1 桂林电子科技大学电子工程与自动化学院，广西 桂林 541004
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，安徽 合肥 230031
3 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
针对卫星上相机对高信噪比、抗辐照等特殊要求，提出一种基于长光辰芯公司的科学级CMOS探测器HR400的多光谱相机成像电子学系统设计，采用FPGA加SRAM缓存的系统架构，重点讨论了CMOS探测器的驱动设计和图像采集技术。首先，针对滤光片轮式多光谱相机曝光时间变化会导致成像偏振方位角差异的问题，提出一种能够根据曝光时间动态调整的延时成像方法，将通道通光中心作为成像的采集中心，保证不同曝光时间下采集的图像中心位置一致且处于最佳采样位置；然后，针对该延时成像方法的成像中心位置误差进行分析；最后，对相机成像性能和不同曝光时间的偏振方位角进行测试验证。测试结果表明：成像系统的时域暗噪声为71.6（等效电子数），当系统光强为饱和光强的80%时，信噪比为588.1，满足载荷成像要求；延时成像方法对由曝光时间导致的偏振方位角差异有明显改善。
成像系统 多光谱相机 CMOS 卫星成像 信噪比 光学学报
2023, 43(24): 2411001
1 临沂大学资源环境学院(山东省水土保持与环境保育研究所), 山东 临沂 276000
2 华东师范大学地理科学学院, 崇明生态研究院, 地理信息科学教育部重点实验室, 上海 200241
目前, 无人机获取的多光谱遥感数据已被广泛应用于农业、 林业、 环境等领域的定量监测中。 然而, 现有的将多光谱遥感数据转换为地表反射率的方法, 仍然存在一定的缺陷, 如需要依赖地面参考板、 无法适应光照条件变化、 得到的结果不准确等, 从而影响了多光谱遥感数据定量化应用的效果。 为了解决该问题, 提出了一种可以利用无人机搭载的多光谱相机, 直接对地表反射率进行测量的新方法。 该方法具有非常强的适应能力, 即使在环境光照强度变化的条件下, 仍然能够得到准确的地表反射率。 其中, 如何利用倾斜状态下的光强传感器获取准确的太阳辐照度, 是需要解决的关键问题。 对此, 提出了一种利用两个或者更多朝向不同方向的光强传感器, 实现太阳直射和散射辐照度测量的新方法。 利用此方法即可将相机记录的数字量化(DN)值直接转换为地表反射率。 为了验证本方法的实际效果, 设计了具体的实验验证方案, 对不同日期不同光照条件下获取的无人机遥感数据进行验证。 实际测试结果表明: 利用该方法, 得到黑、 灰、 白三张参考板的反射率在5个多光谱(蓝、 绿、 红、 红边和近红外)波段中最大的平均绝对误差为3.34%, 其对应的标准差为2.11%; 三张参考板在所有波段中最大的平均绝对误差为2.94%, 其对应的标准差为1.84%。 由此可见, 在光照强度变化的条件下, 利用该方法实现地表反射率的准确测量是可行性的。 该方法极大地简化了无人机遥感数据转换为地表反射率的过程。 对多光谱无人机的设计, 以及无人机遥感数据的定量化应用, 都具有重要的参考价值。
无人机遥感 多光谱相机 地表反射率 辐射校正 太阳辐照度 UAV-based remote sensing Multispectral camera Land surface reflectance Radiometric calibration Solar irradiance 光谱学与光谱分析
2022, 42(5): 1581
1 中国科学院空天信息创新研究院， 北京 100094
2 中国科学院大学， 北京 100049
针对传统畸变校正方法无法完成镀膜双镜头多光谱相机影像畸变校正的问题，提出了一种基于数字畸变模型采样的单波段影像畸变校正方法。采用多片后方交会完成相机检校得到各类参数，建立起原始影像的数字畸变模型; 对原始数字畸变模型采样得到各波段数字畸变模型; 利用各波段数字畸变模型完成对应波段影像畸变的校正。实验结果表明，数字畸变模型采样法能够有效解决镀膜双镜头多光谱相机单波段影像畸变的校正问题，校正精度较高; 通过进一步实验证明，经畸变校正后的单波段影像配准误差达到亚像素级，数据可用性高。
镀膜多光谱相机 相机检校 畸变校正 数字畸变模型 coated multispectral camera camera calibration distortion correction digital distortion model
1 中国科学院空天信息创新研究院, 北京 100094
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 首都航天机械有限公司, 北京 100076
分视场滤光片型多光谱相机在利用拼接和配准生成多光谱图像时, 受云、水等特殊地物的影响, 利用现有方法生成的结果图像上容易出现条带噪声和错配现象。提出了一种三维信息约束下的尺度不变特征转换(SIFT)图像配准和地物光谱特性约束下的多光谱图像预处理算法, 该算法利用三维信息约束的SIFT算子提高配准精度, 同时在地物光谱特性约束下选取有效的辐射校正点提高图像拼接时各条带图像灰度的校正精度。实验结果表明, 利用该方法对分视场多光谱相机数据进行预处理时, 即使图像上存在云、水等特殊区域的地物, 结果图像仍能保持高精度配准且无条带噪声。
分视场滤光片型 多光谱相机 SIFT算子 多光谱图像预处理 split-field filter type multispectral camera SIFT operator multispectral image preprocessing
西安邮电大学 电子工程学院，陕西 西安 710121
随着光谱技术的发展，多光谱相机在农业、医疗、机器视觉、遥感探测等领域都得到了广泛的应用。提出一款小型化四通道可见光波段的多光谱相机，尺寸为107 mm×110 mm×74 mm，质量1 043 g，适合搭载在小型化无人机上进行遥感探测。相机系统采用棱镜分光光路设计方案，避免光程差和光轴偏移；设计开发的四通道可见光多光谱相机，采用一个FPGA控制器同时驱动4个图像传感器，实现4个通道像素级同步采集，曝光完全一致。实验结果显示：在红、绿、蓝3个特定波段及全波段相机可实时输出图像，既可输出某个特定波段图像(60 fps)，也可同时输出4个波段图像（15 fps），有利于多波段图像同步采集，以及多光谱图像融合的研究。
多光谱相机 小型化 光路设计 同步采集 multi-spectral camera miniaturization optical path design synchronous acquisition
1 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院, 北京 100049
2 中国科学院遥感与数字地球研究所, 北京 100101
介绍一款适用于轻小型无人机的多光谱相机。将多个独立的滤光片依次拼接成滤光片阵列在成像探测器前放置由多个滤光片依次排列而成的滤光片阵列, 一次曝光得到地物目标分条带区域的分波段图像, 通过飞行平台的前向运动获得每个条带区域的多光谱图像。利用平台的前向运动代替了旋转、扫描等机械运动, 减轻了相机重量和体积, 适用于轻小型无人机平台, 由于采用较大的探测器件, 能够获得更多的旁向像素数(约4300)和更宽的旁向幅宽。利用研制的多光谱相机, 在中国科学院怀来遥感站进行了无人机飞行试验, 获取了站区周边的6波段多光谱图像。数据处理结果表明该相机的数据质量能够满足植被指数计算等相关要求。
轻小型无人机 多光谱相机 滤光片阵列 small UAV multispectral camera Filter array
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
2 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
多光谱遥感技术在研究地表生物量、 气候变迁和自然灾害预报等方面有重要应用, 遥感器的光谱敏感度与遥感数据的定量化存在相关性。 遥感器在轨运行期间, 受空间辐射、 温度剧变和化学分子污染或宇宙尘埃等因素的影响, 光学系统光谱敏感度产生退化, 导致测量值与真值出现偏差, 影响影像产品的精度。 在已有工作的基础上, 提出了一种简化的基于人工光谱检测参照的光谱响应特性在轨评估方法, 通过建立光谱响应函数的退化模型, 结合光谱靶标反射率的测量结果与影像反演结果, 实现遥感器光谱响应特性的在轨评估。 经仿真实验与在轨实验验证, 该方法可以有效实现对光谱响应函数波长漂移和带宽缩放变化的检测, 并有利于提高遥感器长时间序列数据产品精度和多种遥感器数据产品的综合利用水平。
遥感 光谱定标 多光谱相机 光谱响应函数 光谱靶标 Remote sensing Spectral calibration Multispectral camera Response sensitivity Spectral targets
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 空间光学部,吉林 长春 130033
为检测空间小型凸非球面反射镜，设计了一种适合其检测的结构。由于需要透射式检测,材料选择有局限性,首先优选反射镜材料,然后优选反射镜支撑方案,并对反射镜定位原理进行详细分析。在设计此反射镜组件时特地添加了阻尼环节及柔性环节,以减小装配应力、热应力及动力学响应,并重点而透彻地分析了装配方法,且对该反射镜组件进行了模拟工程分析。分析结果满足指标要求,该方案设计合理可行。
空间多光谱相机 次镜 周边支撑 工程分析 the space remote sensor secondary mirror peripheral support finite analysis
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
针对某离轴多光谱相机焦平面高精度的装调要求, 设计了焦平面组件, 阐述了装调、检测的仪器设备和方法。首先将焦平面组件安装至镜头, 测量并解算出CCD光敏面的角度和位移偏差, 接着根据偏差确定调整垫修研量, 进行初次修垫并重新安装, 然后利用调整工装微调CCD姿态至满足指标要求, 调整垫处打销钉定位, 最后根据拟合出的最佳焦平面位置再次修研调整垫, 利用销钉复位完成装调工作。检测结果表明, 相机的CCD光敏面相对于设计焦平面三维角度偏差分别为Δα=-67″, Δβ=19′, Δγ=132″, 三维位移偏差分别为Δx=-0004 mm, Δy=0006 mm, Δz=-0070 mm, 相机四谱段、全视场MTF优于025, 满足设计和装调要求。测量和解算误差分析表明, 所用的设备与方法能够满足装调精度的要求, 可以为此类相机的研制提供一定的技术参考。
多光谱相机 焦平面 装调 测量 调制传递函数 multispectral camera focal plane alignment measurement Modulation Transfer Function(MTF)
山东农业大学资源与环境学院, 土肥资源高效利用国家工程实验室, 山东 泰安 271018
选择山东省无棣县“渤海粮仓”项目核心示范区为研究区, 利用ADC便携式多光谱相机和EC110便携式盐分计, 采集该区近地多光谱相片和土壤表层含盐量数据, 通过NDVI, SAVI, GNDVI三种植被指数分别与实测土壤含盐量构建线性、 指数、 对数、 乘幂、 二次和三次函数共18种模型, 进而优选土壤盐分含量最佳估测模型, 反演和分析研究区土壤盐分状况。 结果显示, 各模型均可有效估测土壤盐分含量, 以SAVI为因变量构建的各模型估测效果较好, 其中以SAVI的线性模型(Y=-0.524x+0.663, n=70)为最佳, 显著检验水平下的F检验值最高, 为141.347, 估测R2为0.797, 精度达到93.36%; 研究区的土壤盐分含量集中在2.5‰～3.5‰之间, 呈现从西南向东北逐渐升高的明显分布规律。 探索了基于近地面多光谱数据的土壤含盐量估测方法, 为研究区乃至整个黄河三角洲滨海盐碱土的盐分含量估测提供了一种快速有效的技术方法。
无棣县 ADC多光谱相机 土壤含盐量 Wudi County ADC portable multispectral camera NDVI NDVI SAVI SAVI GNDVI GNDVI Soil salinity
