1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100191
2 北京航空航天大学 “精密光机电一体化技术”教育部重点实验室，北京 100191
针对AOTF成像光谱仪的光谱图像退化程度难以定量化评价的问题，提出了包含后楔角影响的AOTF器件调制传递函数（MTF）定量计算方法。该方法通过建立AOTF的光谱-空间维响应模型获取AOTF器件的线扩散函数(LSF)，然后通过线扩散函数傅里叶变换得到理论MTF。在验证实验中，截止频率内的MTF理论值与实测值相对偏差小于15%，可以为AOTF的像质评估提供理论依据。进而，通过该定量计算方法讨论不同AOTF后楔角对光谱图像像质的影响。通过仿真分析得出，AOTF的后楔角难以同时满足横向色差校正与图像退化抑制，需要根据实际应用对于空间分辨率以及横向色差的要求进行取舍。所以，针对AOTF不同后楔角进行光谱图像像质的定量分析对于评估AOTF光谱图像像质具有重要意义，为AOTF器件设计提供了理论依据。
声光可调谐滤波器 后楔角 光谱成像 acousto-optic tunable filter rear cut angle spectral imaging 红外与激光工程
2022, 51(7): 20210590
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院精密光机电一体化技术教育部重点实验室，北京 100191
2 北京航空航天大学人工智能研究院，北京 100191
针对海面太阳耀光背景下传感器受到强干扰而无法有效探测的问题，本文提出了太阳耀光场景下的自适应偏振探测方法。根据太阳耀光辐射分量的偏振特性，本团队设计了单/双偏振片观测模式，搭建了中红外偏振探测系统。先根据计算得到的不同场景下的耀光辐射，切换相应的工作模式进行耀光抑制，以增强目标在图像中的对比度；然后结合图像处理滤波算法，对不同太阳耀光背景下的船体目标进行有效探测。两种工作模式被用于太阳耀光抑制实验：针对远距离、近布儒斯特角观测实验场景，选择单偏振片观测模式即可有效凸显目标，然后结合形态学滤波算法就可实现目标探测；针对近距离、近水平角观测实验场景，选择双偏振片观测模式，可在有效抑制太阳耀光水平分量的同时对残留的垂直分量进行抑制，然后结合管道滤波算法即可实现目标探测。野外实验结果表明，本文提出的两种偏振探测模式均可有效削弱不同场景下的海面太阳耀光辐射，有利于提升偏振系统对不同场景的适应能力。
探测器 偏振成像 太阳耀光 中红外偏振探测 目标探测 中国激光
2022, 49(19): 1910004
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院 精密光机电一体化技术教育部重点实验室，北京 100191
2 中国测绘科学研究院，北京 100830
最新一代可见近红外（VNIR）和短波红外（SWIR）双通道星载高光谱成像仪，多采用视场分离器将VNIR和SWIR通道分离为多个子视场，同一时刻各子视场对地成像区域不同，在采用运动补偿技术提高图像信噪比时，各子视场对同一地物的观测角不同，导致图像间失配关系复杂，无法获取同一地物的VNIR-SWIR连续光谱。通过建立运动补偿下的严格成像几何模型，定量分析了双通道图像的畸变和失配规律，进而提出了各子视场分别几何定位再相位相关法配准的方案，并利用东天山区域运动补偿下星载双通道高光谱仿真数据进行验证。结果表明，传统的基于图像的配准方案精度为3.9像元，仍无法得到同一地物像元的VNIR-SWIR光谱曲线，文中方案配准精度提高到0.3像元，VNIR和SWIR重叠波段的反射率光谱重合度误差由41.5%降低到1.2%。
高光谱成像仪 运动补偿 失配分析 图像配准 重采样 hyperspectral imager motion compensation mismatch analysis image registration resampling 红外与激光工程
2021, 50(3): 20211022
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京 100191
2 北京航空航天大学青岛研究院,山东 青岛 266000
大气温湿度廓线是大气热力状态分析、大气发展变化研究、天气过程预警和数值天气预报中关键的基本气象参数。基于红外光谱的 大气温湿度反演方法研究从上世纪60年代开始发展,根据观测位置不同分为地基红外反演方法和天基红外反演方法。总结了红外光谱反 演大气温湿度方法的基本类型,介绍了地基、天基红外探测的大气温湿度廓线反演方法的发展历程,对地基-天基红外探测联合反演大 气温湿度方法进行了分析。最后对基于红外光谱的大气温湿度廓线反演技术在气象中的应用和发展趋势进行了简要的论述。
红外光谱 温湿度廓线 反演 联合反演 infrared spectra temperature and humidity profiles retrieval combining retrieval
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院 精密光机电一体化技术教育部重点实验室, 北京 100191
2 中国科学院 软件研究所, 北京 100190
针对高光谱数据热红外温度和发射率反演为病态方程且易受大气下行辐射噪声干扰的问题, 提出了基于相关性和小波滤波相结合的高光谱热红外温度发射率分离方法, 即相关-小波法。在相关性方法的基础上, 引入小波降噪的思想, 生成一系列温度梯度, 在不同温度梯度下, 带入大气下行辐射计算得到的发射率曲线和不考虑大气下行辐射直接小波滤波得到的发射率曲线计算相关性, 取相关性最大时的温度为反演温度。同时在反演发射率时利用相关性计算不同尺度的小波信号所占的比例合成发射率曲线。模拟数据结果显示: 相关-小波法在温度梯度为0.01 K时, 温度反演平均误差为0.05 K, 并且相关-小波法在温度反演精度和发射率反演精度上都优于相关性方法和小波法。由此表明, 该算法可一定程度上抑制大气校正不准确引入的误差, 有效提高热红外温度和发射率的反演精度。
高光谱热红外 地表温度 地表发射率 相关性 多尺度小波 hyperspectral thermal infrared land surface temperature land surface emissivity correlation multiscale wavelet
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院 精密光机电一体化技术教育部重点实验室, 北京 100191
2 北京空间机电研究所, 北京 100076
静止轨道全谱段高光谱成像仪需采用通道分离、视场和机械拼接的方式, 并通过扫描镜摆扫获得宽视场、高空间分辨率的高光谱影像, 若直接拼接, 子视场间不一致的几何变形将使地物光谱信息失真。假设子视场间同名像点坐标的差异是由各子视场内部参数变化引起的, 提出以全景畸变正切改正公式为数学模型的区域网平差方法, 实现像方坐标系内的视场拼接。并在可见光近红外通道4个子视场仿真影像的基础上完成了视场拼接实验, 达到了0.72 pixel的拼接精度。与基于共线条件方程区域网平差的视场拼接方法相比, 该方法精度与其相当, 且算法更简单, 不需要控制点和DEM辅助, 适用于初级影像生产。
视场拼接 正切改正 共线条件方程 区域网平差 FOV stitching tangent correction collinear conditional equation block adjustment 红外与激光工程
2019, 48(3): 0303005
Author Affiliations
Abstract
1 School of Instrumentation Science and Opto-electronics Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China
2 Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China
A method for calculating the atmospheric parameters measurement accuracy requirement based on polarized reflectance retrieval is proposed. The at-sensor polarization states with different atmospheric parameters content are simulated based on the atmospheric radiative transfer model in order to select the key parameter affecting the polarization observation. The accuracy requirement of atmospheric parameters is derived through the polarized reflectance retrieval method. Experiment results show that retrieval accuracy of polarized reflectance of typical ground objects can be up to 90%. The atmospheric parameters measurement accuracy requirement when the retrieval accuracy is more than 75% is derived.
260.5430 Polarization 110.5405 Polarimetric imaging Chinese Optics Letters
2019, 17(1): 012601
北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院, 北京 100191
提出一种基于大气矢量辐射传输模型的地物偏振反射率反演方法.利用辐射传输模型, 建立地表反射率、观测条件与传感器入瞳处辐亮度偏振态的查找表, 再进行查找表反查及数值计算, 完成偏振反射率反演.验证实验表明, 典型地面目标物的偏振反射率反演精度可达到90%.
偏振反射率 反演 大气矢量辐射传输模型 polarized reflectance retrieval atmospheric polarized radiative transfer model
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 教育部精密光机电一体化技术重点实验室, 北京100191
2 国土资源部航空地球物理与遥感地质重点实验室, 北京100083
邻近效应会影响高光谱遥感的定量化应用, 而地气耦合辐射是邻近效应的重要组成部分。 高光谱遥感数据多受地形背光和阴影的影响, 不利于描述地物的光谱特性, 并且地形的相互遮蔽使得辐射在大气、 地表之间的耦合过程变得更加复杂。 为了满足高光谱数据模拟快速性的要求, 在深入分析辐射传输过程的基础上, 利用邻近地物和目标地物的相对方位以及局地地形特征描述背景等效反射率, 计算地气耦合辐射对传感器入瞳辐亮度的贡献, 从而在起伏地形下实现了精确的地气耦合辐射建模。 将此建模方法应用于高光谱遥感成像仿真, 通过对实测图像的模拟, 验证模型的有效性。 结果表明, 模拟图像与实测图像在视觉效果上具有较好的一致性； 在地形起伏区域, 仿真中采用改进后的地气耦合模型可提高模拟图像与实测图像的光谱相似度, 同时在地形平坦区域保持了较高的仿真精度。
高光谱遥感 地形起伏 地气耦合辐射 成像仿真 Hyperspectral remote sensing Rugged scenes Earth-atmosphere coupling Simulation
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 精密光机电一体化技术教育部重点实验室, 北京 100191
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
串扰是成像光谱仪非理想成像特性中的一种, 分为电串扰和光串扰, 它广泛存在于现有的成像光谱仪之中。 推扫型高光谱数据的光串扰使目标像元受到临近像元的影响, 目标像元光谱曲线发生变化, 图像的清晰度降低。 基于推扫型成像光谱仪的成像原理, 提出一种针对推扫型高光谱数据的光串扰校正方法。 从高光谱数据中选取包含白色定标布地物的区域作为参考数据, 通过行间差值方法得到所有白色定标布像元产生的总光串扰量; 对总光串扰量进行拟合以抑制噪声, 并通过递归方法计算单个白色定标布像元所产生的光串扰量; 使用该串扰量对整景数据进行光串扰校正。 选用三景不同地物类型的PHI数据进行光串扰校正, 结果显示, 校正后数据的光串扰现象得到明显的抑制, 数据质量在光谱维和空间维均得到有效提升。 在光谱维, 由光串扰引起的光谱曲线变化得到校正; 在空间维, 图像清晰度提高50%以上的波段数占总波段数的83%。 校正方法直接从高光谱数据本身提取光串扰量, 并对数据光串扰现象进行校正, 不依赖于其他外部数据, 且适用于不同的地物类型。 该光串扰校正方法亦对实验室测定成像光谱仪的光串扰量具有借鉴意义。
高光谱数据 非理想成像 光串扰 预处理 Hyperspectral data Non-ideal imaging Optical crosstalk Preprocessing 光谱学与光谱分析
2014, 34(11): 3141
