1 中国科学院大学，北京 100049
2 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
北极航道海冰运动的准确预测对于保证航行安全、评估航道可通行性和动态修正航线具有重要的指导意义。传统的光流法无法满足海冰运动预测任务中“时空预测+语义分割”的要求。为此，基于MERSI-Ⅱ影像制作了海冰运动数据集SeaiceMoving，提出了一种基于Multiloss-SAM-ConvLSTM的海冰运动预测算法，该算法在SAM-ConvLSTM的基础上引入加权的FDWloss，强化了各节点空间语义的获取。针对样本分布不平衡，讨论了后端分割阈值的偏移效应，通过网格搜索确定最佳分割阈值，提高了海冰整体预测结果。实验结果表明，该方法的Kappa系数为0.75，IOU为0.61，Dice系数为0.76，相较于SAM-ConvLSTM，分别提高了0.1、0.12和0.1，对运动后海冰的位置预测和形状提取能力均有提升，减少了海冰“黏连”的情况。此外，该算法对薄云干扰下的海冰运动依然具备良好的预测能力，可以为北极航线的动态规划和航线修正提供较为准确的技术支撑。
北极航道 风云三号卫星 独立海冰 Multiloss-SAM-ConvLSTM 运动预测 Arctic route FY-3 satellite independent sea ice Multiloss-SAM-ConvLSTM motion prediction
1 中国科学院大学，北京 100049
2 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
基于风云三号卫星MERSI-Ⅱ影像的特性，提出了一种基于U-ASPP-Net的独立海冰分割算法，该算法在U-Net的基础上引入了空洞空间金字塔池化模块和空洞深度可分离卷积，构建了新型独立海冰分割网络U-ASPP-Net，并在网络后端将FDWloss作为损失函数，最后利用重叠消边策略生成最终的独立海冰分割图。为验证U-ASPP-Net的准确性与有效性，选取U-Net、Deeplab v3+和分区梯度差分与双峰阈值分割法作为对照方法进行实验，实验结果表明，基于U-ASPP-Net的独立海冰精细化分割方法在OA、Kappa系数、IOU、Dice系数四种指标上均优于其他方法，对细节与边缘的提取能力较强，对极小块海冰的还原度较高。此外，算法在一定程度上能够解决基于中分辨率遥感影像提取独立海冰时无法解决的薄云干扰问题，对薄云下的海冰依然具有良好的提取能力，能够为北极航线的动态规划提供较为准确的技术支持。
北极航线 风云三号卫星 独立海冰 U-ASPP-Net 精细化分割 arctic route FY-3 satellite independent sea ice U-ASPP-Net refined segmentation
1 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
3 中国科学院大学，北京 100049
针对红外舰船小目标图像复杂背景弱信号，虚警率较高且难以被精确检测的问题，提出了一种恒虚警率(Constant False-Alarm Rate，CFAR)-全连接条件随机场(Dense Conditional Random Fields，DCRF)舰船目标检测算法.该算法针对小目标与虚警信号变化特征相似但结构特征不同的特点,利用CRF的多维上下文(空间、辐射)表达的优势，实现虚警特征抑制，并引入CFAR对模型进行改进，提高了DCRF对于弱信号目标的检出能力,实现舰船小目标的精确检测与分割.实验结果表明，该算法能够充分利用海域的全局上下文信息，能够在保持较高检出率同时，有效降低虚警率，实现单帧端到端的小目标检测.
遥感 全连接条件随机场 红外小目标 恒虚警率 remote sensing dense conditional random fields infrared dim target constant false-alarm rate (CFAR) 红外与毫米波学报
2019, 38(4): 04520
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
采用4种不同的地表特征因子及其组合,使用三层分解模型对研究区地表温度进行降尺度实验。实验结果表明:1)使用多地表特征因子组合的三层分解模型获得的降尺度精度高于使用单因子获得的降尺度精度,均方根误差由0.813 K提高到0.763 K,降尺度结果的误差主要集中在建筑区域;2)采用热场强度指数和热场变异指数作为评价指标,研究城市热岛效应,两种评价指标均表明多因子模型的精度优于单因子模型的精度。
遥感 热红外图像降尺度 地表特征因子 城市热岛 地表温度
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
基于相机模型,建立多分辨率下的成像链路仿真,对不同尺度和采样体制下的舰船目标结构和方向特征进行分析。结果表明:对于长度在百米级的舰船,当空间分辨率高于12 m时,形状和方向特性能够保持稳定;当空间分辨率低于12 m时,随着分辨率下降,很难通过单帧图像信息来识别目标类型和判断目标的方向;与单采样相比,过采样虽然能够提高图像的空间分辨率,但目标边缘的扩散更明显,不利于目标形状特征的提取;对于具有对称结构的舰船目标,两种采样体制对运动目标方向的捕捉和判断能力相当。
传感器 光学遥感 系统仿真 相机模型 图像多分辨率 舰船目标
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
地表温度(Land surface temperature, LST)是地-气相互作用和能量交换的重要参数之一.为了获取高空间分辨率地表温度数据, 研究改进了一种热红外遥感数据降尺度方法, 并以上海市Landsat8 OLI/TIRS影像为数据源进行了实验验证, 归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)被分解为低频层、边缘层和细节层, 其中边缘层和细节层按比例增加到热红外数据中.并与经典的热红外降尺度方法DisTrad算法和TsHARP算法作为对比, 将模拟的地表温度(270 m)作为降尺度数据源实现LST降尺度(90 m).实验结果表明, 三种降尺度方法都保留原有的地表温度的空间特征, 但DisTrad算法和TsHARP算法增加了真实数据中并不存在的温度差异; 改进的三层分解模型地表温度的均方根误差为0.913 K, 与DisTrad方法和TsHARP算法相比精度分别提高了0.937 K和0832 K.
空间降尺度 三层分解模型 热红外影像 地表温度 spatial downscaling threelLayer decomposition thermal infrared image land surface temperature 红外与毫米波学报
2019, 38(2): 02203
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室(中国科学院上海技术物理研究所), 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
围绕单采样和过采样扫描探测体制下的点目标定量检测性能, 基于亚像元的采样模型, 建立了一定分辨率条件下探测不同高度、尺寸目标的成像链路仿真模型, 从目标信号采集能力、背景及杂波水平影响、检测能力和测量特性四个方面对比分析了相同瞬时视场的单采样、过采样以及两倍瞬时视场的过采样三种规格采样体制的目标检测性能.分析结果表明:相同瞬时视场的过采样比单采样更有利于目标信号的采集, 检测能力更强, 两倍瞬时视场的过采样对目标信号有抑制作用, 不利于低信杂比情况下的目标探测；两种规格的过采样对背景信号及杂波均有抑制作用；两种规格的过采样对目标辐射强度都有明显的过采集误差, 必须进行修正.
扫描系统 过采样 点目标 采样模型 定量检测 scanning system over-sampling point target sampling model quantitative detection
1 武汉大学 遥感信息工程学院, 武汉 430072
2 中国科学院上海技术物理研究所 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
风云三号卫星MERSI影像的空间分辨率达到250 m, 不仅可以长期宏观监测海冰整体分布变化, 而且能够观测分析破碎冰块的面积、圆度等细节形态特征.从海冰光谱特征和冰块灰度分布特征出发, 给出MERSI影像提取海冰整体分布参数和冰块形态参数方法, 包括海冰识别、冰块分离提取以及海冰参数提取, 利用这些方法成功提取了2014年夏季弗拉姆海峡海冰边缘区的海冰细节信息.给出的方法可为研究分析北极海冰变化及海气相互作用提供方法支持和信息保障.
MERSI影像 海冰分布 冰块形态 特征参数 北极 MERSI imagery sea ice distribution ice block shape characteristic parameter Arctic
1 中国科学院上海技术物理研究所 遥感信息研究实验室, 上海 200083
2 中国科学院研究生院, 北京 100049
基于环境减灾卫星的热红外波段数据, 采用普适性单通道温度反演算法反演了田湾核电厂附近海域海面温度, 反演结果与MODIS海面温度产品具有一致性, 然后依据反演所得海面温度分布图, 对不同季节和不同潮汐条件下温排水的分布特征进行了分析, 结果表明, 夏季温升超过3℃的区域明显小于冬季, 夏季温排水沿海岸单向扩散, 冬季的温升区域呈扇形分布；低潮时温排水扩散范围明显增大, 温升超过3℃的区域面积超过高潮时的4倍.
热红外 温排水 海面温度 单通道算法 thermal infrared data thermal discharge sea surface temperature single-channel method
1 中国科学院上海技术物理研究所,上海 200083
2 中国科学院研究生院, 北京 100039
3 上海市卫星遥感与测量应用中心, 上海 201100
针对FY-4三轴稳定静止卫星上遥感器的夜间太阳入侵问题，建立了星上遥感器的太阳辐照模型，由此计算了星上任意面元的太阳入射角系数和太阳辐射.针对其上的大气垂直探测仪结合遮光罩实际设计参数，分析了扫描镜的每日太阳入射角系数、太阳辐射、太阳入侵的时刻、入侵持续时间以及接受的太阳辐照的年变化曲线，并与GOES-8(地球静止轨道环境卫星8号)实测数据作比较，验证了计算的合理性和正确性.
FY-4静止卫星 大气垂直探测仪 太阳入侵 三轴稳定 FY-4 geostationary meteorological satellite atmosphere vertical sounder solar intrusion 3-axis stabilization
