1 江西农业大学 工学院，江西南昌330045
2 中国空间技术研究院 北京空间飞行器总体设计部，北京100094
3 吉林大学 工程仿生教育部重点实验室，吉林长春10022
火星表面地形地貌复杂，为了保证火星车行驶安全，需要对巡视器周边土壤的图像信息进行判别和分类。首先，根据试验场地和图像信息等对图像进行预处理，建立鸟瞰图像。接着，以鸟瞰图像为基础建立图像块并建立数据集，建模集和预测集分别包含315组和135组数据。然后，在划分的数据集基础上建立神经网络模型，并对数据进行训练和分类。最后，根据得到的分类模型对图像进行分类，得到感兴趣区域。分类结果表明：应用ResNet50得到的模型其建模集和预测集的分类准确率分别为75.56%和81.48%。该方法可实现巡视器周边地表类型的分类，并提取图像的感兴趣区域，以便实现更为精准的判别，可用于实现火星车通过性感知、风险预测和路径规划，为未来智能星球车移动系统研制和探测提供理论和技术支持。
火星车 通过性 车辆地面力学 机器视觉 滑转率 Mars rover trafficability terramechanics computer vision slip ratio
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
2 中国科学院大学, 北京 100049
水质遥感监测是遥感的重要应用方向之一, 作为传统水体采样化验的辅助手段, 具有快速、 大面积、 无接触的技术优点。 然而, 目前内陆河湖水环境监测常用的遥感传感器大多是针对陆地观测或海洋水色观测而设计的, 其性能指标的设计和设置并未考虑到内陆水体特性, 限制了水质遥感定量监测的应用。 针对这一问题, 提出了一种基于变异系数和噪声占比指数的水质参数反演光谱特征构建方法, 并通过光谱仿真模拟实验, 研究光谱分辨率、 信噪比以及辐射分辨率对典型水质参数反演模型的影响。 选择上海市三项典型水质参数溶解氧（DO）、 总磷（TP）和氨氮（NH3-N）为研究对象, 分别构建了水质参数反演光谱特征及相应遥感反演模型, 然后开展光谱仿真模拟实验, 定义了敏感度S和水质敏感微分指数CI, 进行敏感性分析。 最终从模型反演准确度和稳定性两个方面来评价仪器参数对水质参数遥感反演模型的影响。 结果表明: 光谱特征构建方法能有效确定水质参数反演特征波段。 光谱分辨率对比值型的水质参数反演模型的影响较小, 而信噪比和辐射分辨率对模型影响较大, 随着信噪比和辐射分辨率的增加, 水质参数模型精度和稳定性都有一定提升。 综合仪器指标敏感性分析, 可知当信噪比优于56 dB, 辐射分辨率不低于9 bit, 光谱分辨率适宜, 能够较好地应用于内陆河湖水质遥感监测。 该研究不仅可以为面向内陆河湖水质监测的传感器的研制提供参考和借鉴, 还能为水资源监管部门进行水质遥感监测提供技术支持, 有利于加快水环境智能化监测体系的构建。
内陆水质 高光谱遥感 传感器参数 敏感性分析 Inland water quality Hyperspectral remote sensing Sensor parameters Sensitivity analysis 光谱学与光谱分析
2021, 41(6): 1880
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
4 上海市水文总站, 上海 200232
城市河道水资源是重要的生态资源, 近年来城市工业的不断发展, 导致河道水污染问题日益突出。 治理水污染的前提条件是及时掌握河道水质状况(即水质类型), 传统采样化验的监测方法精度高, 但较费时费力, 该研究提出一种基于光谱二阶微分波动指数的水质类型快速识别方法, 可实现城市河道水质类型的快速排摸。 首先使用光谱差分计算得到光谱二阶微分曲线, 对曲线进行平滑处理消除噪声和其他干扰; 之后使用滑动窗口提取曲线上的局部极大值和极小值点, 并设置最小距离阈值逐步去除虚假极值点, 再使用三次样条插值法得到包含光谱二阶微分曲线的双包络线, 最后利用上下包络线计算得到光谱二阶微分的波动指数曲线。 通过对各类样本的波动曲线分析后发现, 在720～740, 750～770以及820～840 nm处各类水体的波动指数差异较大, 随后统计了各类水体光谱在这三波段内的平均波动指数的均值、 标准差等统计特征, 发现平均波动指数与水质级别具有正向相关关系, 水质级别越高水质状况越差, 平均波动指数也越大。 为验证光谱二阶微分波动指数可用于城市河道水质的快速识别, 将各类水体光谱样本随机划分为训练集和测试集, 结合LSSVM(least-squares support vector machine)构建水质类型识别模型, 将上述三个特征波段的平均波动指数作为特征输入, 经测试, 各类样本的平均识别准确率达80.65%, 误差不超过一类的识别精度超过95%。 基于光谱二阶微分波动指数的河道水质高光谱识别方法识别精度较高, 可作为城市河道水质类型快速排摸的一种辅助技术手段。
河道水质 高光谱 光谱二阶微分 遥感识别 River water quality identification Hyperspectral Second order differential of spectrum Remote sensing recognition 光谱学与光谱分析
2020, 40(5): 1645
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
4 上海普适导航科技股份有限公司, 上海 201799
针对当前遥感图像耀斑恢复算法存在的耀斑增益计算误差大,需要近红外波段信息辅助以及自身信息利用不足等缺陷,提出基于水体指数与色度分离法的耀斑检测算法以及基于离散余弦变换的耀斑图像恢复算法。首先使用色度分离法提取图像中疑似耀斑的高亮区域,再通过水体指数结合面积阈值和形态学滤波去除散点和孤立区域,进而实现耀斑区域的精准定位和提取。然后依据图像的保真度和局部平滑度构建优化函数,利用离散余弦变换对遥感图像耀斑区域内部的像元进行迭代求解,最终得到恢复后的图像。最后开展现场飞行实验,实验结果表明所提算法能够精确提取和恢复图像水体耀斑区域,并且恢复后的图像在纹理特征和光谱特征两个方面的效果得以改进。
遥感 耀斑检测 耀斑去除 离散余弦变换 光学学报
2020, 40(19): 1928001
贵州大学 大数据与信息工程学院, 贵阳 550025
在基于无载波幅度相位调制-正交幅度调制的强度调制直接检测的短距离光通信系统中, 色散和强度调制器啁啾共同导致功率衰落, 造成系统容量受限。针对这一问题, 采用光纤布拉格光栅实现光残留边带的光域滤波均衡以抑制功率衰落。仿真结果表明, 40 Gbit/s无载波幅度相位调制-正交幅度调制信号经60 km标准单模光纤传输时, 采用该方案后, 系统的3 dB带宽得到了提升, 有效抑制了系统功率衰落的影响。
光通信系统 短距离 无载波幅度相位调制 均衡方法 optical communication system short distance carrierless amplitude phase modulation equalization scheme
宽带极紫外连续谱是获得阿秒脉冲的重要途径，在此过程中传播效应是影响宽带极紫外连续谱产生的重要因素，本文针对传播效应对宽带极紫外连续谱的影响，采用慢变波近似的一阶传播方程, 研究了传播过程对双色场周期量级激光脉冲产生宽带连续谱及其对应的单个阿秒脉冲的影响.通过分析不同聚焦位置和介质长度的传播过程，发现介质位于焦点之后有利于产生连续谱，同时随着介质长度的变长，虽然单个阿秒脉冲峰值强度有所提高，但是产生的阿秒脉冲宽度也会增加.进一步的分析表明，在特定的双色场延迟优化下，传播效应不仅使得阿秒脉冲强度增强，还可以获得与单原子模型下具有同样脉宽的单个阿秒脉冲，而不会因为传播效应导致阿秒脉冲宽度变宽.
阿秒脉冲 宽带连续谱 传播效应 Attosecond pulse Broadbandwidth continuum spectra Propagation effect
西北师范大学物理与电子工程学院,兰州,730070
利用Q-开关Nd:YAG激光器产生的1.06 μm、10 ns的脉冲激光聚焦在空气中的Cu靶上,观测了激光诱导的Cu等离子体发射光谱.采用不同的激光能量,分析了波长范围为440 nm到540 nm的空间分辨发射光谱.在局部热力学平衡(LTE)条件近似下,根据谱线的相对强度,得到了等离子体电子温度约在104 K以上,给出了靶面附近电子温度的空间演化规律,并探讨了N(Ⅱ)500.52 nm谱线的谱线强度和半高全宽随激光能量的变化规律
激光烧蚀 谱线展宽 电子温度 Laser ablation Line-Broadening Electron temperature 原子与分子物理学报
2005, 22(3): 472
利用Q-开关Nd:YAG激光器产生的1.06μm、10ns的脉冲激光聚焦在空气中的Cu靶上,观测了激光诱导的Cu等离子体发射光谱。采用激光能量为 45mJ/ pulse ,分析了波长范围为440nm到 540nm的空间分辨发射光谱。在局部热力学平衡 (LTE)条件近似下 ,根据谱线的相对强度 ,得到了等离子体电子温度约在 104K以上 ,给出了靶面附近电子温度和谱线半高全宽的空间演化规律。
激光诱导 谱线展宽 电子温度 Laser ablation Line broadening electron temperature
1 西北师范大学物理与电子工程学院,兰州,730070
2 中国科学院安徽光学精密机械研究所,合肥,230031
利用Nd:YAG激光(波长1 064 nm,脉宽10 ns)烧蚀金属Cu靶获得等离子体 .改变激光脉冲能量,观测到Cu的原子谱线和离子谱线随激光脉冲能量有不同的变化关系, 但都在330 mJ/pulse时,谱线强度达到最大,随后在330 mJ～370 mJ/pulse间出现一小平台 ,能量继续增加,各谱线强度减小.同时,使用烧蚀Cu靶产生的五条原子谱线(465.11 nm,5 10.55 nm,515.32 nm,521.82 nm,529.25 nm)的相对强度,在局部热力学平衡近似下,利用B oltzmann图的最小二乘法拟合,测定了不同激光能量下Cu等离子体的电子温度.随激光能量的增加,电子温度近似单调地从1.02×104 K上升到1.46×104 K后,反而有所下降.
激光诱导等离子体 Cu等离子体 局部热力学平衡 电子温度 Laser induced plasma Cu plasma Local thermodynamic equilibrium Electron temperature 原子与分子物理学报
2003, 20(3): 343
