基于能量平衡与端元合成技术的地表热辐射场景动态模拟

地表热辐射场景动态变化模拟分析是热红外遥感领域研究热点之一.首先基于地表能量平衡方程和一维导热方程,建立地表温度二次谐波模型,模拟裸露地表温度日变化规律,并利用CUPID模型模拟植被冠层温度;其次利用高空间分辨率多光谱遥感影像的可见光-近红外光谱特征,提取植被、裸土、水体、不透水面等地物端元的覆盖比例及分布;最后结合地表温度模拟结果和典型发射率波谱,基于端元能量线性混合的假设,模拟地表热红外辐射动态场景.结果表明,地表温度日变化模拟值与实测值吻合较好,标准偏差在2.7℃以内;模拟场景可展现出清晰的纹理细节和较强的遥感成像真实感,场景热辐射特征与地物类型及其空间分布、成像时刻、观测角度均有关联.     

高光谱卫星海洋遥感资料辐射精度评价模型研究

对于海洋水色遥感卫星来说,辐射定标精度作为一项重要的核心指标,恰恰是目前我国自主海洋水色卫星存在的不足之处,需要对遥感器进行系统的在轨辐射测量精度评价.文中基于大气辐射传输理论开发了一套高光谱卫星海洋遥感资料辐射精度评价模型(HRSREM),可以比较精确地计算出卫星平台接收到的遥感反射率,来衡量可见光遥感数据的测量精度.通过Gordon查找表方法对HRSREM模型的大气Rayleigh散射和气溶胶散射分量的精度验证,表明模型对两种大气散射计算误差小于2%;利用海上现场ASD高光谱仪测量的天空光反射率对模型的前向散射计算结果验证,其光谱平均相对误差约5.4%;利用宽视场海洋水色扫描仪(SeaWiFS)数据对模型的大气顶遥感反射率计算精度进行验证,其相对误差小于3.5%,说明HRSREM模型对卫星遥感资料的光谱辐射测量评价具有很高的精度.利用HRSREM模型对高光谱遥感卫星Hyperion在澳大利亚附近海域测量数据进行精度估算,可见近红外波段的光谱平均相对误差约为7.3%;对中分辨率成像光谱仪(CMODIS)数据精度评价结果表明,CMODIS存在较大的测量误差,特别是近红外波段的定标系数明显偏大,需要重定标来提高定量化处理和应用水平.     

基于单形体几何的高光谱遥感图像解混算法

提出一种新的基于单形体几何的高光谱遥感图像混合像元丰度估计算法.该算法的目标是在已知端元矩阵的基础之上,估计高光谱图像中各个观测像素点中每个端元的丰度.根据凸几何理论,基于线性混合模型的高光谱解混问题可以看成一个凸几何问题,其中端元位于包含整个高光谱数据集的单形体的顶点,而它们对应的重心坐标则可以看作各个观测像素的丰度.提出的方法由3部分组成,分别为基于单形体体积的重心坐标计算方法、距离几何约束问题和基于内点的单形体子空间定位算法.与其他基于单形体几何的算法相比,该方法具有诸多优点.Cayley-Menger矩阵的引入使得欧式空间上的运算转化为距离空间上的运算,在降低运算复杂度的同时很好地兼顾到数据集的几何结构.而且,单形体重心的使用确立了一种快速而精确的判断方法来确定观测像素所属的子空间,进而利用递归的思想得到丰度值.此外,算法核心仅仅涉及观测点与端元之间的距离,而与波段数无关.因此,该算法无须对数据执行降维处理,从而可以避免因数据降维而造成的有用信息的丢失.仿真和实际高光谱数据的实验结果表明,所提出的算法与同类其他优秀的算法如FCLS和SPU相比,具有更高的运算精度,同时在端元数目较小时具有较快的运算速度.     

北部湾红树林的HJ星多光谱遥感提取模式

大区域红树林多光谱遥感提取易受多种地物及自身覆盖度等因素影响,针对这一难题,文中以广西北部湾为研究区,基于HJ星CCD影像,并结合红树林空间分布特征和图谱特征,建立一种适合大区域海岸带的红树林识别提取模式.首先分析影像地物图谱特征,提出用于瞬时海水边线提取的海水比值指数,以及指示红树林的特征指数:红波段角度植被指数和像元波段反射率标准差指数.再从红树林空间生境判定和不同覆盖度反射率变化两方面入手,划分生长适宜区,通过特征指数辅助判定建立最终提取模式.应用结果表明该模式能完整准确地提取不同覆盖度红树林,最大程度消除其他干扰因素影响,总体制图精度达83.70%,用户精度为79.37%,同时也证实HJ卫星CCD多光谱遥感数据应用于海岸带红树林研究的有效性.     

航天成像光谱仪CHRIS辐射与光谱性能评价

CHRIS是欧空局于2001年10月成功发射的PROBA卫星上搭载的探索性高光谱遥感器,它共有5种可选择的作业模式,在可见光到近红外(0.4～1.05μm)范围,最多可以获取62个波段.文中采用基于图像自身的大气校正方法(模型法ACORN和经验法),在图像上选取最具代表性的植被和土壤光谱,对CHRIS这一新型的航天成像光谱仪进行了光谱与辐射性能评价.计算显示,ACORN校正得到的玉米反射率在498～750nm波长区间能够较好地表征植被的反射率光谱特征(如红边特征),尤其是在对气溶胶敏感的蓝光部分比经验方法更有优势,但是在750nm之后就有很大偏差,表明CHRIS在750nm之后的波段存在光谱定标误差;土壤光谱反射率在800nm之后有递减的误差趋势,表明CHRIS在部分波长区间还不能满足模型法大气校正的要求;ACORN反演得到的水汽含量分布图上存在的竖条纹,则表明CHRIS的辐射定标性能的不足.CHRIS仪器作为欧空局第一个真正意义上的航天高光谱遥感器在光谱和辐射性能上仍有待改善.     

基于小波变换的海量高光谱遥感数据分形编码压缩算法研究

提出基于小波变换和频域空间分形编码的海量高光谱数据压缩新方法(AWFC).与传统的数据压缩相区别,基于图像自身灰度空间的压缩编码为第一代图像压缩技术,以小波变换为工具基于图像频域空间的编码为第二代图像压缩技术,以分形技术为代表对图像的特征空间编码为第三代图像压缩技术.同时探讨了利用成像光谱影像数据存在空间维和光谱维上的相关性,尽可能保持光谱不变情况下如何进一步提高图像压缩效率.和传统的图像有损压缩相比,在同等信息损失的情况下,AWFC算法能够极大的提高压缩比,同时和第二代以小波技术为代表压缩算法相比,本算法也具有效率更高的优势.同时提供了对光谱空间[光谱维],灰度空间[空间维]和经过小波变换WT频域空间3种分形编码FC进行对比,探讨光谱保持下的高压缩比,同时保持快速编码与解码的分形高光谱影像压缩方法.与经典的图像数据压缩方法相比,基于分形编码的图像压缩方法其压缩比在理论上可以超过经典压缩方法的几个数量级.分形图像压缩极高的压缩比,快速的解压速度在高光谱影像压缩中将会为高光谱甚至超光谱航天遥感带来新的思路.提供了将分形分块技术引入到高光谱甚至超光谱影像光谱维分块的思路,发展了光谱形态保持的图像分块技术,给出了基于光谱保持的分形编码压缩框架.最后,作为高光谱图像处理与分析系统HIPAS的一部分,我们在VC 6.0下,基于WindowsXP平台对高光谱影像压缩模块进行了软件模块实现和验证.     

云南瑞丽江、大盈江流域湿地动态遥感监测研究

本文以遥感和地理信息系统相结合的方法对我国西南边陲的瑞丽江、大盈江流域的湿地进行了动态监测研究.通过分析和处理遥感图像建立了湿地的遥感解译标志;采用计算机自动分类、相关分析法和GIS矢量化的方法提取了湿地信息;以差异主成份法、多波段主成份分析法、分类比较法、光谱特征变异法等,检测湿地的动态变化范围、位置、大小等,分析了该地区的湿地动态变化趋势及原因.     

利用MODIS对CBERS-02卫星CCD相机进行辐射交叉定标

CCD相机数据的应用是CBERS-02为国民服务的重要部分,而提供长期稳定的绝对辐射定标系数是其应用的关键.试验场定标法是一种有效的方法,但该方法需要地面同步测量数据,提供的定标系数数量不可能很多,且该方法不能对历史数据进行定标.交叉定标是解决该问题的有效方法之一.但目前该方法对同步测量数据的依赖性较大.模拟分析各种因素对光谱匹配因子的影响.结果表明地物的光谱匹配因子受大气条件、传感器观测几何条件及地物类型的影响.但是在环境一样时,不同时期或测区获取的同类型地物的光谱匹配因子相对稳定,可代替同步测量数据来模拟光谱匹配因子.基于该方法,利用MODIS数据对CCD数据进行交叉定标,研究发现CCD各波段都存在偏移量,传统的单点定标法不适用于CCD的辐射定标.文中以多点交叉定标法计算获取各波段偏移量,并获得了时间序列图像的定标系数,发现CCD传感器响应随时间衰减.     

基于造影图像的能量场反投影合成冠脉三维重建

基于造影图像的血管三维重建技术对于心血管疾病的计算机辅助诊断具有重要的临床实用价值.本文针对两幅单平面冠脉造影图像,提出了一种能量场反投影合成冠脉三维重建方法.深入研究了X射线造影成像原理和非封闭参数曲线构建方法,基于透视投影模型将两幅造影图像中形变曲线所受的外部驱动能量场反投影到三维空间中实现合成.在外部形变驱动力和内部平滑力的共同作用下,三维参数曲线不断形变向合成能量场最小的方向演化.为获得高精度的重建结果,通过曲线匹配方法实现参数曲线上点对点的稠密匹配,然后使用集束调整方法实现投影参数和血管三维结构的非线性全局优化.为了验证算法的有效性,我们将本文提出的方法在仿真数据和真实造影图像上进行了一系列实验;同时对具有不同造影成像角度差的图像进行了重建精度比较.实验结果表明本文提出的方法非常有效和鲁棒,重建冠脉血管树在三维空间中的均方误差小于0.80mm.     

基于二通道不可分小波的多光谱图像融合

提出了一种伸缩矩阵为[1，1；1，-1]的二通道不可分小波滤波器组的构造方法，并把它应用于多光谱图像与高分辨图像的融合中．设计出多组不可分4×4小波滤波器组，并提出了一种基于该类小波的多光谱图像融合算法．利用所设计滤波器分别对多光谱图像的亮度分量和全色图像作多尺度小波分解，选取参数对分解后的低频分量进行调节融合．实验结果表明，该方法能较好地保持多光谱信息和高分辨率信息，其保持光谱信息的能力和保持高分辨率信息的能力比基于张量积离散小波帧变换（DWFT）的融合方法和基于改进的IHS变换的融合方法都强，当t值较大时，融合结果图像含有较丰富的光谱信息．与基于4个通道小波的图像融合方法相比，该方法可节约一半的运算量．     

针对东方人黑色虹膜识别的光谱选择

本文以东方人黑色虹膜作为研究对象,进行两方面研究:1)对于单一光谱照明,找到某一个最适合东方人黑色虹膜的光谱段;2)对于多个光谱照明,确定东方人黑色虹膜所需要的光谱段数量.第一部分研究中,采用改进的卷积矩阵与频谱能量相结合的算法,对虹膜纹理质量进行评估;采用改进2-DGabor与1-DLog-Gabor相结合的编码方法,获得虹膜匹配性能的指标.实验显示:针对单一光谱照明,700nm对于东方人的黑色虹膜是最优的光谱段.第二部分研究中,采用改进multi-group(2D)2PCA算法,基于多光谱虹膜图像的最大不相关性进行层次聚类分析.实验显示:针对多个光谱照明,3个主聚类可以最好地描述从545nm到940nm的所有光谱段.以上研究在该领域内具有开拓性,解决了东方人黑色虹膜多光谱采集与识别的基础问题,为东方人黑色虹膜的多光谱融合提供了理论依据.     

基于SVM的环境减灾卫星HJ-1B影像作物分类识别研究

环境减灾卫星作为我国自主研制发射的环境与灾害监测预报卫星，要发挥它的作用就是要更好的使用其数据源。支持向量机（SupportVectorMachine，SVM）是一种卓越的分类方法，本文通过SVM方法对环境减灾卫星14J-1B星CCD影像数据进行作物分类识别实验并将结果与最大似然法分类结果进行比较。结果表明：利用SVM方法进行遥感图像分类，精度优于传统的最大似然法分类精度；HJ—1A／1B星CCD数据对于农作物具有较好的指示效果，可应用于作物识别等农业领域。     

基于HJ-1星CCD数据的溢油遥感特性分析与信息提取

基于HJ-1星CCD多光谱数据,以2010年美国墨西哥湾深海油井溢油污染海域为研究区,对溢油迁移转化过程进行分析,认为油水混合物是该次事故的主要污染类型之一.研究HJ-1星CCD数据多种目标的影像特征与光谱响应特征,指出油水混合物能明显改变海水对入射光的后向散射性能,可以被有效地识别与判定.利用决策树分类方法能有效地提取墨西哥湾溢油污染中的油水混合物;对误判信息进行分块合并处理后,可进一步提高油水混合物的提取精度.研究表明,HJ-1星CCD多光谱数据能有效提取海洋溢油污染信息,具备了开展海洋溢油污染遥感监测的能力.     

基于太赫兹时域光谱图像序列的运动检测研究

太赫兹时域光谱（THz-TDS）图像是一种新的图像形式，THz—TDS图像的每个像素点是一个一维时间脉冲信号，该信号承载了像素点位置处目标材料在太赫兹（THz）波段的吸收谱或散射谱：由于THz频段覆盖了许多有机大分子和半导体材料分子振动和转动的频率，可以预计，随着THz技术发展的不断深入，THz—TDS技术乃至THz—TDS图像分析技术将会成为研究这些材料基础问题的重要手段。本文针对THz-TDS图像的特点，提出了一种对在THz-TDS图像序列中的目标微小运动进行检测和估计的方法。该方法通过假设目标材料的局部THz特性保持守恒，导出了目标物的运动方程，并通过引入矢量同质微分概念，给出了该方程的近似求解方法。本文最后给出的实验结果验证了方法的可行性和有效性.     

基于波谱知识的CBERS-02卫星遥感图像棉花像元识别方法研究

从中国典型地物标准波谱数据库中收集到3年共16d的地面实验测量数据, 进行统计分析, 得到了棉花各生长期的主要结构参数的分布范围, 使用冠层反射率模型SAILH对棉花全生长期的波谱进行了模拟分析, 进而模拟得到不同日期棉花像元对应的CEBERS-02 CCD各波段的反射率. 并以新疆生产建设兵团农八师143团农场为实验区, 用马氏距离匹配和光谱角度匹配两种方法, 实现了CBERS-02 CCD图像棉花像元提取. 并在最后分析了辐射定标误差对棉花像元识别的影响. 结果表明, 基于CEBERS-02 CCD数据, 使用光谱角度匹配方法可以得到较好的棉花像元识别结果, 能够为以后的棉花长势监测提供有力支持.     

基于HJ-1B卫星的作物秸秆提取及其焚烧火点判定模式

作物秸秆焚烧产生的气体和颗粒物严重污染大气环境,威胁人类健康,给交通带安全带来隐患,利用遥感技术优势监管秸秆焚烧火点具有重要的现实意义.文中基于HJ-1B卫星CCD多光谱遥感数据和IRS热红外遥感数据,以中国江苏中东部为研究区,开展作物秸秆提取及其焚烧火点判定的一体化研究.根据秸秆的光谱特征研究建立了秸秆乘积指数(SMI),结合其纹理信息可从HJ-1BCCD遥感图像上快速有效的提取出秸秆分布,继之结合修正后的火点探测算法可对HJ-1BIRS遥感数据进行火点提取.在秸秆分布和火点探测结果矢量化的基础上,通过GIS技术进行火点叠置分析,可有效地判定作物秸秆火点分布,同时结合实地调研及与MODIS火点产品比对分析验证评价了本研究方法的可行性和有效性.     

基于光学扩散的景物3D形貌重建

基于光学扩散的景物3D重建方法具有小透镜下深度恢复精度高、重建深度范围广、只需要一台摄像机、不需要调整相机参数或者改变相机和景物之间距离等优势.但是目前并没有一种描述光学扩散中深度变化和扩散能量分布之间关系的严谨数学模型.本文引入了物理学中的热量辐射方程,建立了光扩散过程中的连续能量分布模型,并提出了一种基于光扩散的精确单目视觉全局景物3D深度信息获取方法.首先,详细分析了物理学中热辐射机理,建立了用来描述光扩散成像过程中的连续能量分布模型;然后,结合光扩散引起的图像模糊(点扩散函数扩散程度)与景物深度之间的数学关系,提出了一种基于光学扩散的景物3D形貌重建方法.最后,使用合成图像和真实图像分别验证了本文算法在3D重建中的有效性和精确性.     

基于混合像元分解的遥感图像融合实用算法

传统的图像融合算法,如IHS变换、合成变量比、主成分替换等方法所得到的融合图像通常存在不同程度的光谱扭曲现象.一种基于混合像元分解的图像融合算法(FSMA)可以很好地保持图像的光谱信息,但该算法仅在以终端端元为先验知识的模拟数据中得到了成功的应用.分析表明,由于全色波段与多光谱波段光谱响应函数不同以及多光谱波段通常不能覆盖整个全色范围,原有的FSMA算法并不能直接应用到真实遥感数据中.文中提出了一种改进的基于混合像元分解的图像融合算法(IFSMA).该算法通过重构原有算法中优化问题的目标函数,降低了对利用多光谱数据模拟全色波段亮度值的难度,使得基于混合像元分解的图像融合算法可以推广应用到真实遥感数据中.实验结果表明,IFSMA算法在光谱信息和空间信息的保持方面均优于IHS变换、合成变量比、主成分替换以及原有的FSMA等算法.     

水质遥感监测研究进展

本文对近年来应用遥感技术对地表水水质进行监测的研究进展做了总结.在描述地表水体的光谱特征基础上,简述了水质遥感监测的基本原理,其次总结了水质反演的方法和可用的卫星遥感数据源;最后,对此领域存在的问题和今后的重点研究方向作了探讨。     

环境一号B星红外多光谱相机综合辐射定标

环境一号B星红外多光谱相机(简称HJ-1B星IRS)在轨运行过程中受各种因素的影响,其探测性能不断发生衰减,绝对辐射定标可有效地改善遥感器辐射特性的测量精度,从而提高遥感数据辐射质量.文中针对HJ-1B星IRS星上定标系统特点,利用2010年8月地面同步试验数据对IRS热红外通道进行综合辐射定标,修正了原始定标系数,并进行定标系数的真实性检验.结果表明借助地面试验数据进行的综合辐射定标弥补了星上定标系统的不足,获得的定标系数准确可靠,可满足遥感数据定量化应用的需要.