光学遥感卫星信息获取能力指数的评估

提出了一种客观评估遥感卫星获取信息能力的指数模型。分析了影响遥感卫星信息获取能力的主要因素,包括运行轨道、成像分辨率、成像幅面、姿态机动能力等。以目标综合辨识量作为衡量标准,建立了涵盖成像分辨率、目标重访、姿态机动能力等要素的信息获取能力指数评价模型。介绍了模型的实现流程和具体步骤。该模型集成目标获取数量和目标获取精度两个维度信息,可实现遥感卫星信息获取能力的综合评估。以世界观测(Worldview)卫星系列、昴星团(Pleiades)和高景一号(Superview-1)等国内外光学遥感卫星为例进行了验证分析。结果表明,该指数模型能够对性能各异遥感卫星的信息获取能力做出准确评估,如WorldView-3的分辨率不到WorldView-1的分辨率的两倍,但信息获取能力却是其是3倍多;Superview-1分辨率比Pleiades高,但实际信息获取能力还不到后者的一半。得到的结果验证了提出模型的有效性,表明提出的模型可为综合评价光学遥感卫星遥感能力提供量化参考,为光学遥感手段的发展提供评估模型支持。     

关于遥感卫星影像数据应用的调查分析

20世纪末前,我国一直在购买国外的卫星数据。直到1999年10月14日,中巴地球资源卫星(CBERS-01)成功发射,开创了我国卫星遥感事业的新纪元。之后,北京一号、遥感二号等相继发射成功,我国拥有了完全属于自己的卫星遥感事业,也获取了更多的卫星影像数据。然而,目前我国的技术还处于成长阶段,尚有很多不足需要完善。本文对遥感卫星影像数据应用进行调查分析,以期在卫星数据获取方面提供借鉴。     

吉林一号轻型高分辨率遥感卫星光学成像技术

为了实现吉林一号光学遥感卫星轻量化设计与高分辨率多光谱多模式成像,采用星载一体化设计理念及敏捷多模式成像策略,完成了吉林一号卫星的指标、方案及关键技术的设计与在轨多模式光学成像。吉林一号整星的质量为450kg,有效载荷比高达40%,机动能力达2.1(°)/s,可实现大侧摆、同轨立体与条带拼接等多模式成像,结合星上800GB的FLASH存储能力和X波段双通道600 Mbps的数据传输能力,卫星每天可获取近150 000km~2的图像数据。吉林一号轻型高分辨率光学卫星于2015年发射入轨,运行在656km太阳同步轨道,地面全色和多光谱分辨率分别优于0.72m和2.88m,满足多行业应用及商业化运营的需求。     

基于气象预测数据优化卫星成像参数

卫星传感器成像参数包括增益、积分级数、行积分时间等,需要在传感器成像前通过地面站指令上注,合理的成像参数设置是获取高质量遥感影像数据的重要前提。本文提出了一种基于气象预测数据的卫星传感器成像参数优化与计算方法,首先,根据成像链路模型,结合气象预测数据中能够较好反映地表状态变化的地表反照率数据,解算目标地物成像时刻天顶辐亮度;然后,利用传感器绝对辐射定标系数解算不同成像参数下对应的图像灰度;最后,根据图像灰度适宜的策略选取合理的成像参数。通过吉林一号视频04星推扫成像模式验证本文提出的算法对全色和多光谱谱段图像信息熵分别提升4.37%~23.71%,采用本文提出的优化成像参数可以有效改善卫星遥感影像的有效动态范围,满足高质量遥感影像数据获取需求。     

遥感影像在海洋特别保护区地理信息系统研发中的应用

海洋特别保护区具有位置偏僻、信息数据难以获取等特点,由于遥感影像是真实的航空像片和卫星像片,在海洋特别保护区地理信息系统中加入遥感影像数据可以客观地、真实地反映保护区基本状况.结合锦州大笔架山国家级海洋特别保护区地理信息系统,通过精确配准、二次开发等手段对遥感影像数据在系统中的应用以及遥感影像数据与矢量数据的融合方法和管理方法进行了研究.     

多光谱大幅宽光学遥感卫星的热设计及验证

为解决有限热控资源下卫星多个光学遥感载荷及平台单机的热控问题,对该卫星采取主、被动热控相结合的设计方案。首先,根据卫星自身特点、热控需求及轨道外热流确定热设计的总体方案;接着,针对光学载荷和平台重要单机进行详细热设计说明,并利用有限元分析软件计算卫星各组件的温度结果;然后,开展整星热平衡试验,获取试验温度结果判断热设计的正确性;最后,通过对比卫星在轨遥测、热分析及热试验温度数据,验证了该热设计方案的实际效果。在轨遥测数据显示主载荷相机温度控制在19.7~20.3℃之间,光学小载荷温度控制在-31.2~6.6℃之间,舱内单机温度在9.7~29.5℃之间。各温度结果均满足热控指标要求,在轨数据与热分析及热试验结果偏差小于±3℃。表明该光学遥感卫星热设计正确可行,热分析及热试验过程合理可靠。     

基于高频修正姿态的高分辨率光学卫星全色与多光谱影像几何定位一致性修正

针对具有高姿态测量精度、高姿态稳定度且探测器采用机械式交错拼接的光学卫星受到微量高频姿态误差影响时，所产生的全色数据与多光谱数据间微小几何定位误差问题，提出了基于高频修正姿态的高分辨率光学卫星全色与多光谱影像几何定位一致性修正方法。在推扫式光学遥感卫星成像原理的基础上建立严密成像几何模型，利用机械式交错拼接成像探测器的分时成像特性，结合几何定位约束及金字塔影像搜索策略的同名点匹配方法获取同名点数据，再利用同名点数据解算卫星成像过程中的高频姿态数据。最后，将解算得到的高频姿态用于对应多光谱影像的传感器几何校正处理中，得到基于高频修正姿态的多光谱影像数据。实验结果表明：该方法有效消除了由微量高频姿态误差引起的全色数据与多光谱数据间微小的几何定位偏差，使传感器几何校正后的多光谱数据与全色数据具有高精度几何定位一致性，将具有高姿态测量精度、高姿态稳定度且探测器采用机械式交错拼接的高分辨率推扫模式成像光学卫星的全色数据与多光谱数据间行方向的相对几何定位误差提升至0.15个多光谱像元，以为后续高精度影像融合产品的生产奠定基础。     

星载光学遥感器地面幅宽与轨道参数之间关系

星载光学遥感器的地面覆盖宽度是卫星遥感应用的重要指标,在很多对地遥感卫星中比较受到关注。为使光学载荷能够达到地面幅宽要求,除了对光学系统设计以外,还必须对卫星运行的轨道参数进行合理选择。本文以太阳同步轨道为例讨论了星载光学遥感器地面幅宽与轨道参数（特别是轨道高度）的关系,提出了满足星载光学遥感器地面幅宽要求的太阳同步轨道高度的选取方法。本文首先从地球非球形摄动理论的讨论开始,引出了太阳同步轨道的定义。然后通过引入假想交点的概念,推导出了交点周期、基本交点距与轨道高度的关系。最后,在以上讨论的基础上,得出了满足幅宽要求的轨道高度的约束条件。本文首次提出了假想交点这个概念,假想交点概念的提出对太阳同步轨道相关理论的理解以及一些重要公式的推导有很大的帮助。此外,本文推导出的太阳同步轨道交点周期与轨道半长轴的关系式已成功应用于某课题的太阳同步轨道设计中。     

基于MODIS和太阳光度计对台湾地区气溶胶光学厚度的分析研究

目前,大气气溶胶光学厚度探测主要有卫星遥感和陆基探测两种手段,其中陆基太阳光度计探测气溶胶光学厚度是目前气溶胶遥感手段中最准确的方法,常用来验证卫星气溶胶光学厚度遥感的结果。而卫星遥感气溶胶光学厚度我们常选取MODIS气溶胶产品进行研究,MODIS气溶胶反演算法是美国NASA基于一定气溶胶模型建立的,但这种模型在我国的气溶胶反演中是否具有准确性,是需要进一步研究的。而对于研究区域的考虑,我们选取我国AERONET站点(全球气溶胶自动观测网)最密集的台湾地区进行研究,利用台湾地区四个AERONET站点的地基太阳光度计测得的气溶胶光学厚度和MODIS气溶胶产品的光学厚度进行对比、验证。主要通过:(1)对MODIS与光度计观测的气溶胶光学厚度分布规律进行对比分析;(2)对处理后的MODIS与光度计观测的气溶胶光学厚度结果进行线性回归分析。旨在通过分析了解两种探测手段的差异,为气溶胶相关研究提供一定的参考价值。     

新型遥感光学立体成像系统的光学系统设计

用前视、直视和后视三个相机及相应的传感器阵列CCD以获取地面的不同视角下的信息,通过计算机处理得到地面的立体图像的技术是80年代发展起来的新型遥感光学立体成像技术,本文简述了遥感光学立体成像原理,详述了整个系统的主要参数斜视相机倾角、扫描频率、地面分辨率、直及斜视相机焦距和视场角的确定,对光学系统的设计进行了详尽的分析.设计出了性能很好、在系统中得到应用的光学系统.     

飞轮组件微振动对高分辨率光学卫星光轴的影响

为了研究高分辨率光学卫星星上飞轮的微振动对卫星成像质量的影响,分别建立了飞轮扰动模型和整星结构动力学模型。首先,对飞轮组件系统进行了地面扰动测试,对实测扰动数据的分析表明,飞轮组件在与转速相关的一阶频率50Hz处产生一次谐波,在190Hz与280Hz左右存在与转速无关的一系列峰值。然后,对整星进行了单位正弦激励,获得了光轴角位移响应,并对其与飞轮实测扰动数据进行了集成分析。分析结果表明:整星在50~80 Hz和230~280Hz的角位移响应有较多的谐振响应频率成分,沿光轴方向和垂直光轴方向整星光轴的角位移最大谐振响应幅值分别为2.718″、2.739″,在245Hz左右存在较多幅值为0.5″量级的谐波。分析显示飞轮组件微振动对高分辨率光学卫星成像质量影响较大,得到的结果可为整星系统的优化设计和隔振补偿措施提供参考依据。     

一种不同分辨率异类图的融合算法

将较高分辨率的图像分解到各个较低分辨率，对最低分辨率的图像采用先加权平均，进而取亮度极大值的融合方法进行融合，并对上述最低分辨率上的融合图像和较高分辨率的图像利用基于Kalman滤波的多分辨图像融合算法进行融合；上述2步重复进行，最后可得最高分辨率下综合所有图像信息的融合图像。实验表明，本文所介绍的图像融合算法是有效的。     

基于卷积神经网络的光学遥感图像检索

提出了一种基于深度卷积神经网络的光学遥感图像检索方法。首先,通过多层卷积神经网络对遥感图像进行卷积和池化处理,得到每幅图像的特征图,抽取高层特征构建图像特征库;在此过程中使用特征图完成网络模型参数和Softmax分类器的训练。然后,借助Softmax分类器在图像检索阶段对查询图像引入类别反馈,提高图像检索准确度,并根据查询图像特征和图像特征库中特征向量之间的距离,按相似程度由大到小进行排序,得到最终的检索结果。在高分辨率遥感图像数据库中进行了实验,结果显示:针对水体、植被、建筑、农田、裸地等5类图像的平均检索准确度约98.4%,增加飞机、舰船后7类遥感图像的平均检索准确度约95.9%;类别信息的引入有效提高了遥感图像的检索速度和准确度,检索时间减少了约17.6%;与颜色、纹理、词袋模型的对比实验表明,利用深度卷积神经网络抽取的高层信息能够更好地描述图像内容。实验表明该方法能够有效提高光学遥感图像的检索速度和准确度。     

星载多光谱CCD相机研究

研制的星载多光谱 CCD相机采用线阵 CCD推扫方式成像 ,具有蓝、绿、红、近红外、全色五个成像谱段 ,在轨工作时地面像元分辨率为 2 0米 ,覆盖宽度 113公里。相机光学系统采用单镜头焦面分色结构实现多光谱成像 ,每个谱段的探测器阵列由 3片 2 0 4 8元 CCD光学拼接而成 ,以实现地面宽覆盖成像。多片 CCD信号采用串行读出方式 ,使焦面 15片 CCD形成两路视频信号输出给数据传输系统。测试结果显示 ,相机各谱段 MTF典型值为 0 .2 5 ,满足使用要求。     

Correction of image drift and distortion in a scanning electron microscopy

Continuous research on small‐scale mechanical structures and systems has attracted strong demand for ultrafine deformation and strain measurements. Conventional optical microscope cannot meet such requirements owing to its lower spatial resolution. Therefore, high‐resolution scanning electron microscope has become the preferred system for high spatial resolution imaging and measurements. However, scanning electron microscope usually is contaminated by distortion and drift aberrations which cause serious errors to precise imaging and measurements of tiny structures. This paper develops a new method to correct drift and distortion aberrations of scanning electron microscope images, and evaluates the effect of correction by comparing corrected images with scanning electron microscope image of a standard sample. The drift correction is based on the interpolation scheme, where a series of images are captured at one location of the sample and perform image correlation between the first image and the consequent images to interpolate the drift–time relationship of scanning electron microscope images. The distortion correction employs the axial symmetry model of charged particle imaging theory to two images sharing with the same location of one object under different imaging fields of view. The difference apart from rigid displacement between the mentioned two images will give distortion parameters. Three‐order precision is considered in the model and experiment shows that one pixel maximum correction is obtained for the employed high‐resolution electron microscopic system.     

双CMOS成像系统中运动模糊图像的复原

为获取高空间分辨率的清晰图像,设计了一种双CMOS成像系统.该系统的两片CMOS传感器可同时获取相同场景的图像.其中一片CMOS传感器获取高帧率、低空间分辨率的图像序列;另一片CMOS传感器获取低帧率、高空间分辨率的运动模糊图像.首先,通过光流法计算高帧率、低空间分辨率CMOS传感器获取图像序列的全局运动路径,在能量守恒和能量与积分时间成正比2个约束条件下估计运动模糊核初始值,通过贝叶斯准则交替迭代优化运动模糊核.最后,利用TV-L1方法从低帧率、高空间分辨率CMOS传感器获取的模糊图像中快速、有效地恢复出清晰图像.仿真和实验结果表明;有38％以上的仿真图像复原结果误差率小于2,且受噪声影响小,复原图像的振铃小.另外,能有效去除实拍图像的空间移不变运动模糊.     

Out‐of‐focus background subtraction for fast structured illumination super‐resolution microscopy of optically thick samples

We propose a structured illumination microscopy method to combine super resolution and optical sectioning in three‐dimensional (3D) samples that allows the use of two‐dimensional (2D) data processing. Indeed, obtaining super‐resolution images of thick samples is a difficult task if low spatial frequencies are present in the in‐focus section of the sample, as these frequencies have to be distinguished from the out‐of‐focus background. A rigorous treatment would require a 3D reconstruction of the whole sample using a 3D point spread function and a 3D stack of structured illumination data. The number of raw images required, 15 per optical section in this case, limits the rate at which high‐resolution images can be obtained. We show that by a succession of two different treatments of structured illumination data we can estimate the contrast of the illumination pattern and remove the out‐of‐focus content from the raw images. After this cleaning step, we can obtain super‐resolution images of optical sections in thick samples using a two‐beam harmonic illumination pattern and a limited number of raw images. This two‐step processing makes it possible to obtain super resolved optical sections in thick samples as fast as if the sample was two‐dimensional.     

Seamless stitching of tile scan microscope images

For diagnostic purposes, optical imaging techniques need to obtain high‐resolution images of extended biological specimens in reasonable time. The field of view of an objective lens, however, is often smaller than the sample size. To image the whole sample, laser scanning microscopes acquire tile scans that are stitched into larger mosaics. The appearance of such image mosaics is affected by visible edge artefacts that arise from various optical aberrations which manifest in grey level jumps across tile boundaries. In this contribution, a technique for stitching tiles into a seamless mosaic is presented. The stitching algorithm operates by equilibrating neighbouring edges and forcing the brightness at corners to a common value. The corrected image mosaics appear to be free from stitching artefacts and are, therefore, suited for further image analysis procedures. The contribution presents a novel method to seamlessly stitch tiles captured by a laser scanning microscope into a large mosaic. The motivation for the work is the failure of currently existing methods for stitching nonlinear, multimodal images captured by our microscopic setups. Our method eliminates the visible edge artefacts that appear between neighbouring tiles by taking into account the overall illumination differences among tiles in such mosaics. The algorithm first corrects the nonuniform brightness that exists within each of the tiles. It then compensates for grey level differences across tile boundaries by equilibrating neighbouring edges and forcing the brightness at the corners to a common value. After these artefacts have been removed further image analysis procedures can be applied on the microscopic images. Even though the solution presented here is tailored for the aforementioned specific case, it could be easily adapted to other contexts where image tiles are assembled into mosaics such as in astronomical or satellite photos.     

宜丰县短时强降水云图回波数值产品特征分析

文章研究了江西省宜丰县短时强降水天气的卫星云图、雷达回波和数值预报等产品的特征。利用江西自动气象站数据、MICAPS系统云图、江西WebGIS雷达拼图和武汉数值预报产品等资料,采用统计分析、形态对比、特征提取和相似性对比等方法,对2017-2019年宜丰县4次暴雨和大暴雨过程中的短时强降水天气特征进行了分析。研究结果为提高宜丰县短时强降水的预警预报能力、开展气象服务奠定了基础,提供了依据。