1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 国民核生化灾害防护国家重点实验室, 北京 102205
被动红外气体遥测系统具有成本低、体积小、便于扩展等优点。利用窄带滤光片进行被动红外气体探测时,为抑制信号漂移和背景噪声干扰,需要对信号进行调制、滤波和锁相处理。系统接收的测量信号受斩光器辐射的影响较大,需要对测量过程进行辐射建模分析。本文研究了基于锁相放大的被动红外探测辐射模型,提出了在锁相放大算法后添加相位判断的信号处理方法;设计并搭建了被动式气体多光谱探测系统,在实验室对系统进行定标,并开展了不同温度黑体的测量实验。结果表明:实际测量的各通道辐射值与所建模型的结果比较吻合。本研究为基于锁相放大的被动红外信号提供了模型基础和实验验证,并为便携式近距离气体遥测系统的研制提供了参考。
测量 被动红外 辐射模型 锁相放大 相位判断
中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
针对爆炸恐怖事件预防和打击领域内的大范围开放空间下制爆运爆可疑人员衣物表面沾染爆炸物粉末检测问题, 研究基于近红外光谱的爆炸物粉末表面沾染遥测方法。 研制了一套近红外成像光谱数据采集系统, 采集了多种爆炸物粉末和沾染基底的近红外反射光谱, 制备了多个爆炸物粉末表面沾染样本。 针对表面沾染检测应用中爆炸物粉末与沾染基底近红外反射特征混叠问题, 利用近红外光谱数据处理技术构建近红外光谱解混校正模型, 去除了沾染基底信号对爆炸物粉末目标识别的干扰。 针对遥测应用中光源照射不均匀问题造成的干扰(如强光反射造成的光谱信号饱和, 光线遮挡造成阴影引起的信号微弱, 引起光谱反射率测量异常问题), 对目标校正得分图进行有效过滤避免误识别问题。 此外, 针对背景噪声较大时出现光谱预处理过度造成的误识别问题, 利用目标原始光谱反射率均值和得分图综合判别加以校正解决。 通过实验验证, 提出的方法成功解决了表面沾染特征混叠问题、 去除了遥测中光照及其他噪声因素的干扰影响, 避免了误分类, 在典型背景材质棉麻、 化纤布料基底上成功识别分类AP(高氯酸铵)、 CL-20(六硝基六氮杂异伍兹烷)、 NQ(硝基胍)、 RDX(黑索金)、 TATB(三氨基三硝基苯)、 硝娣(工业炸药)、 烟花爆竹等爆炸物粉末单质及混合物, 验证了系统及方法的有效性和可行性, 首次在实验室环境下实现了爆炸物粉末表面沾染遥测成像报警, 有效距离可达数十米, 具备一定应用价值与发展潜力。
近红外光谱 爆炸物粉末 表面沾染 识别分类 NIR Spectra Explosive powder Surface contamination Classification
1 Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei23003,China
2 Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei23003,China
3 Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei23003,China
针对红外强度图和红外偏振度图融合问题,提出了基于烟花算法优化空域加权平均法的智能图像融合方法。在构建优化问题模型的基础上,确定了烟花算法的边界条件。通过引入相对熵权值建立了基于综合相对熵的适应度函数。最后,与6种典型的传统融合方法在“ground”、“truck”、“car”3组红外强度和偏振度图像数据上进行了融合实验,对融合结果进行了客观评价和视觉效果评价。实验结果表明:所提方法可以有效实现红外强度图和红外偏振度图的融合,较好保留了红外强度和红外偏振特征。综合视觉效果和客观评价结果,在相对熵、总结构相似性、总互信息指标上优于比较算法。
烟花算法 群体智能 红外偏振图像 智能融合 加权平均法 fireworks algorithm swarm intelligence infrared polarization image intelligent fusion weighted averaging method
1 Key Laboratory of Optical Calibration and Characterization of Chinese Academy of Sciences, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei23003, China
2 University of Science and Technology of China, Hefei3006, China
多角度信息在扩展云检测功能、提高检测精度等优势的同时,带来多角度遍历计算的复杂度和数据规模增大的问题。云检测角度信息来自地表的二向性反射分布函数和大气分子散射效应,尽管在局部区域内存在用分析解确定某些观察角的可能性,但由于卫星运动观察几何变化、云几何因子的影响、地物调查的巨大工作量等实际应用的复杂性,POLDER等官方产品仍采用所有角度遍历计算。由于邻近角度间信息的冗余,文章用平均联合信息熵和K-L信息散度作为角度子集选择的特征,提出了Pareto多目标前沿最优解和理想解算法,在POLDER和“高分五号”卫星搭载的多角度偏振探测仪(directional polarimetric camera, DPC)的数据集上进行云检测实验。2角度组合结果与POLDER产品相比,总体精度89.36%,Kappa系数0.7845,DPC检测分类相似度86%,时间复杂度减少约1/7。实验表明所提方法在保持检测效果的同时具有降低计算开销的优点,可为云检测提供一种快速有效、满意精度和自动化运行的新途径。
云检测 多角度偏振遥感 遥感角度选择 Pareto最优 cloud detection multi-angular polarized remote sensing angular selection in remote sensing Pareto Optimality
1 中国科学院 安徽光学精密机械研究所 通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
针对尺度不变特征变换(SIFT)算法所提取图像特征点数量少、误匹率高的问题, 提出了一种基于高光谱图像的改进SIFT算法。首先, 依据传统SIFT算法中高斯金字塔的构造思想, 结合在不同波段下的高光谱图像具有相同宏观特征的特点, 首次用高光谱图像作为原始算法中经高斯变换产生的图像, 使得检测到的具有实际意义的特征点数量大幅增加; 其次, 传统SIFT算法以及大量的改进方法都只通过目标象元邻域范围内的像素信息来构造特征描述符, 而忽略了像素点的位置信息, 文中将目标象元的位置信息纳入了特征描述符, 在特征描述符的匹配阶段, 在利用邻域范围内的像素信息进行粗匹配之后, 利用特征描述符中的位置信息进行精细匹配。仿真实验结果表明: 在限定最优值与次优值之比的情况下, 采用高光谱图像构造高斯金字塔的方式能显著增加特征点的提取数量, 更多地挖掘出图像中的极值点; 在特征描述符中加入目标象元的位置信息作为特征点匹配第二阶段的判断依据, 正确匹配数量达到原方法的59倍以上, 极大提升了算法的匹配性能。
尺度不变特征变换 高光谱图像 位置准则 图像匹配 Scale Invariant Feature Transform (SIFT) hyperspectral image position criteria image matching
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
高分五号卫星多角度偏振探测仪(DPC)是国内首台具备业务化多光谱多角度偏振探测能力的星载遥感器。发展了一套针对DPC观测数据的处理算法,可获取观测区域上空云检测结果、相态分布和云光学厚度。利用670 nm、865 nm反射率、490 nm几何归一化偏振辐亮度和865 nm线偏振度进行云检测;利用865 nm归一化偏振辐亮度进行相态识别;利用670 nm、865 nm反射率以及相态识别结果反演云光学厚度。由于尚未获取可反演的DPC L1级观测数据,仅将算法应用于地球反射率多角度偏振观测仪(POLDER)数据,以验证算法有效性。对比POLDER云产品,得到判云一致性和判晴一致性分别为93.3%和92.9%;水云、冰云和混合相态判别一致性分别为87.4%,76.6%和22.8%;云光学厚度的相关系数为0.89,故该算法可行有效。该算法为DPC发展业务化云产品提供参考。
大气光学 多角度偏振观测 云检测 云相态 云光学厚度 多角度偏振探测仪(DPC) 地球反射率多角度偏振观测仪(POLDER) 光学学报
2020, 40(11): 1101002
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
农村地区遥感图像语义分割是进行城乡规划、植被以及农用地检测的基础。农村地区高分辨率遥感图像含有较为复杂的地物信息,对其进行语义分割难度较大。基于此,提出一种改进的对称编码-解码网络结构SegProNet,利用池化索引与卷积融合语义信息及图像特征,通过1×1卷积构建Bottleneck层进一步提取细节、减少参数量,逐步加深过滤器深度以构建端到端的语义分割网络,改进激活函数进一步提升网络性能。实验结果表明,在CCF卫星数据集上,所提方法及经典语义分割网络U-Net、SegNet的准确率分别为98.4%,80.3%,98.1%,所提方法较其他方法更优。
图像处理 农用地检测 遥感图像 语义分割 编码-解码网络 深度学习
1 中国科学院 合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 国家卫星气象中心, 北京 100081
为了实现星载成像仪的月球绝对辐射定标, 在轨对月观测数据的预处理环节需要完成两方面的任务: 一是从全部的冷空视场数据中, 准确判识出月亮进入冷空视场的时刻; 二是将对月观测原始计数值换算为全圆盘辐照度, 以便与月球辐射模型比较。具体到中分辨率光谱成像仪(MERSI), 本文从MERSI观测模式出发构建出月亮进入冷空视场的阈值判识模型。根据MERSI对月观测的成像几何和定标公式, 分别以单探元多帧扫描图像和多探元单帧扫描图像为基础, 构建出月球全圆盘辐照度算法。结果显示, 阈值判识模型可以实现从平均约30 d的观测数据中, 准确标记出约1 min的月亮图像数据。两种计算辐照度的方法得到的辐照度平均差异约0.9%。所提方法可以将原始的对月观测数据计算为辐照度值, 为进一步的绝对辐射定标及误差分析提供基础, 同时, 也可以为类似的成像遥感器的月亮定标工作提供参考。
月球定标 中分辨率光谱成像仪 星载成像仪 月球辐照度 过采样 lunar calibration Medium Resolution Spectral Imager (MERSI) imager lunar irradiate over sample
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院通用光学与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
针对128维尺度不变特征变换(SIFT)特征描述子进行图像局部特征点提取时匹配时间过长,以及三维重建进行特征点配准时的应用局限性,结合深度学习方法,提出一种基于卷积神经网络的SIFT特征描述子降维方法。该方法利用卷积神经网络强大的学习能力实现了SIFT特征描述子降维,同时保留了良好的仿射变换不变性。实验结果表明,经过训练的卷积神经网络将SIFT特征描述子降至32维时,新的特征描述子在旋转、尺度、视点以及光照等仿射变换下均具有良好的匹配效果,匹配效率比传统SIFT特征描述子效率提高了5倍。
图像处理 神经网络 图像局部特征点提取 降维 激光与光电子学进展
2019, 56(14): 141008