成像光谱仪数据信息提取和分类方法探讨

成像光谱技术的应用，开辟了遥感技术的新纪元。由于成像光谱仪的数据具有波段多，光谱分辨率高，数据量大，数据率高等特点，传统的数据处理方法无法 适应成像光谱数据的处理，本文对成像光谱仪数据信息提取和分类方法进行了探讨，提出了一个系统地对高分辨率成像光谱数据进行处理，分析、分类的方案。经过分析，我们认为该方案具有先进性和可靠性。     

干涉光谱图像分类压缩算法研究

为了更好的压缩干涉光谱图像,针对干涉光谱仪成像特点,运用欧氏距离法和夹角余弦法对干涉图像进行分类压缩.根据干涉成像光谱仪的性能参数—信噪比,推导了这两种分类方法的阈值计算公式,用该阈值对模拟干涉数据和实测干涉数据进行了分类,取得了到了较好的分类效果,从而有效的去除了干涉光谱图像的空间相关信息,达到对干涉光谱图像的压缩目的.     

双通道衍射计算成像光谱仪系统

常规衍射光谱成像系统采用单通道方案,主要针对简单图形目标或光谱特征已知的气体目标进行模拟仿真和光谱成像实验。而当目标为自然场景等复杂景物时,成像系统的光谱解算效果和精度难以保证。针对复杂景物成像,设计了一套双通道可见近红外衍射计算成像光谱仪系统,在常规单通道衍射成像光谱仪系统的基础上,增加一路全色相机成像,可以为衍射成像通道提供复杂景物的全色信息和先验知识。将两个通道的数据进行联合处理,提升最终的光谱数据反演效果和反演精度。介绍了系统组成和基本原理,分析了系统性能,利用仿真程序模拟了系统成像过程。在实验室搭建了可见近红外衍射计算成像光谱原理验证装置。对实验得到的450~800 nm的可见近红外混叠光谱数据进行光谱复原。利用海洋光学光谱仪测试色板的光谱曲线作为标准谱线,与复原得到的光谱数据进行对比,反演的光谱数据平均精度优于90%。通过衍射计算成像原理分析、模拟仿真和原理实验,验证了双通道衍射计算成像系统原理的正确性,能够反演得到精度优于90%的复杂景物光谱数据,提升了衍射成像光谱系统应用潜力和应用价值。     

一种改善成像光谱仪光谱检测能力的新方法

为了改善成像光谱仪的检测能力，在不改变硬件结构的情况下，采用光谱细化最优化的新方法，利用液晶可调谐滤光片式成像光谱仪，取得了入射光近似光谱数据，进行了理论分析和实验验证。结果表明，在3组数值仿真数据中，相较于成像光谱仪测量光谱，该方法得到的近似光谱与入射光真实光谱的光谱强度差的标准差分别减小了79.3%，68.3%和58.8%；在两组实验数据中，标准差分别减小了84.4%和60.7%；求解得到的近似光谱与入射光真实光谱的近似程度得到了显著提高，较好地分离了相隔较近的光谱峰。这一研究改善了成像光谱仪的光谱检测能力。     

一种基于空间连续性的高光谱图像分类方法

利用地物在空间上分布连续性这一信息，提出了一种高光谱图像先分块、再分类的分类方法，改进了通常意义下的分类只考虑光谱信息这一缺陷，通过对2000年我们在日本长野南牧村，采用上海技术物理研究所研制的推扫式成像光谱仪(PHI)获得了80个波段的高光谱数据进行实验，验证了我们算法的优越性．     

利用恒星对天文观测系统光轴平行性检校

基于地基天文观测系统光轴平行性的校验需求,建立了一套高精度多光轴平行性检测系统。针对具有成像光谱仪的天文观测系统,将恒星作为点光源,利用天文跟踪系统完成对恒星星象及相应光谱数据的同步采集。在光谱维视场中,成像光谱仪不易准确地确定恒星的位置,该检测方案利用赤道仪控制系统和成像光谱仪狭缝视场的特点,对恒星目标进行一维扫描,将成像光谱仪接收到的恒星能量随着扫描位置进行拟合来确定光谱维视场中心,通过高斯拟合法来计算光学仪器之间光轴的平行性偏差。试验结果表明:测量结果不确定度为1.52,该检测系统结构简单,满足成像光谱仪和其它成像仪器野外高精度快速检测光轴一致性的要求。     

基于MODIS数据的安徽省土地覆盖分类研究

利用中分辨率成像光谱仪MODIS(MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer)多时相、多光谱及纹理数据,结合安徽省GIS属性数据(2000年1∶25万土地利用图),采用多时相分类和分层分类相结合的方法对安徽省土地覆盖进行分类(水田、旱地、林地、水体、城市).最后,使用安徽土地利用格点数据对分类结果进行精度分析.结果表明:应用MODIS数据可以实时有效的获取安徽省土地覆盖信息,同时对大面积土地覆盖分类具有很好的精度.     

正在崛起的成像光谱遥感

成像光谱遥感由于具有高光谱分辨率的特点正在受到国内外的广泛关注。本文主要介绍了国内外有关成像光谱技术的发展过程,包括成像光谱仪的发展历程,成像光谱数据处理技术的发展现状,对成像光谱遥感技术在相关领域,诸如海洋遥感、地质勘探、军事等领域的应用,做了较为详细的介绍。最后对高光谱遥感的发展趋势作了展望。     

成像光谱仪的发展与应用（特邀）

成像光谱仪是一种有效的定量探测工具,得益于其可通过高空间分辨率和高光谱分辨率同时获取探测目标的三维立方体数据的能力,使得成像光谱仪在测绘遥感、目标识别、环境监测与评估、临床影像诊断、过程监控等领域应用极为广泛。文中根据分光原理和分光元件的不同,将成像光谱仪分为四类:滤光型、色散型、干涉型和快照型,在分类的基础上对各种成像光谱仪的主要代表形式和应用进行了回顾和介绍,并对成像光谱仪未来可能存在的发展和应用方向进行了展望。     

基于误差分析的岩芯高光谱数据几何校正方法

南京地质调查中心研制的推扫式岩芯成像光谱仪由可见近红外成像光谱仪、短波红外成像光谱仪以及载有岩芯盘的导轨构成。导轨匀速运动的控制误差、两台独立成像光谱仪不同的空间分辨率不同以及不重合的视场范围,导致所获得的数据存在几何畸变,无法直接进行应用处理。针对上述问题,在分析了畸变产生机理的基础上,提出了基于三角形靶标的拉伸压缩畸变校正方法以及像元级与亚像元级联合配准方法。通过在岩芯盘一侧布设等腰直角三角形靶标,实现无位置姿态参数下的几何拉伸压缩畸变检测与校正;同时将尺度不便特征变化与扩展的相位相关方法相结合进行图像配准,提高图像配准的精度。实验结果表明,利用南京地质调查中心研制的岩芯成像光谱仪的实测高光谱数据进行方法性能验证,经过几何校正处理后的岩芯高光谱数据,拉伸压缩畸变校正精度为0.28个像元,配准精度优于0.1个像元。     

星载成像光谱仪星上实时数据压缩的研究

针对星载成像光谱仪的地物信息获取模式，运用最佳线性预测压缩技术，并配合霍夫曼（Ｈｕｆｆｍａｎ）高效编码方法，达到对星载成像光谱仪谱、像综合数据进行严格保存信息压缩的目的。给出星载成像光谱仪星上实时数据压缩技术方案的基本原理、系统实现以及相应的实验结果与结论。     

成像光谱仪辐射定标概览

成像光谱仪相关技术研究一直是遥感技术研究前沿,成像光谱仪完善的辐射定标是完成各种高质量定量化产品应用的基础.本文介绍了成像光谱仪辐射定标原理和辐射定标方法,并对成像光谱仪辐射定标技术进行了展望.     

基于Offner凸面光栅星载CO2成像光谱仪光学系统设计

星载CO₂成像光谱仪具有图谱合一、高空间分辨率、高时间分辨、非接触和长期监测的优点,已成为监测全球温室气体变化的重要手段之一。为解决大视场因入射狭缝较大,信噪比低,成像质量不佳的问题,文中对Offner成像光谱仪的光学系统初始结构设计提出了一种新方案。该方案基于在30 mm狭缝处发出的子午光线、弧矢光线在中心波长处相切,提高入射光线在整个光谱范围内的利用率。利用光学设计软件,设计在1594~1619 nm波段范围内,F数为2.5,光谱系统分辨率为0.1 nm的成像光谱仪。设计结果表明,点列图均方根（RMS）半径小于5 μm,系统在33 lp/mm处的传递函数优于0.7。此外,该系统采用像元合并（即扩展像元）的方法,进一步提高光谱信号的探测强度,该设计方案能够满足应用于星载CO₂成像光谱仪大视场、高光谱分辨率和高信噪比的遥感探测需求。     

阵列探测器在成像光谱偏振探测技术中的应用

为了在成像光谱偏振仪中应用近红外焦平面阵列探测器,得到高质量图像信息,结合新型弹光调制型成像光谱偏振探测技术(PEM-ISP),提出了一种基于近红外焦平面阵列探测器的成像光谱偏振探测技术。系统采用FPA-640512 InGaAs焦平面阵列探测器作为光学探测接收元件,采用高速现场可编程门阵列(FPGA)作为信号处理单元,做到对光学信号的快速采集与并行处理,满足高速、实时的信号传输与处理技术等要求。将经高速A/D采集得到的数据存储到FPGA外扩的静态随机存储器中,以保证数据的完整性。数据最终通过通用串行总线传至上位机,上位机通过LabVIEW实现图像还原。结果表明,该系统可以应用于PEM-ISP中,实现对测量信号的精确探测与采集,并得到完整的图像信息。     

Hadamard变换成像光谱仪实验室辐射定标方法

Hadamard变换成像光谱仪采用多通道探测数字变换技术实现光谱成像。主要介绍了基于数字微镜阵列器件的Hadamard变换成像光谱仪的工作原理与仪器结构,研究设计了一套适用于该Hadamard变换成像光谱仪的实验室辐射定标方案。用远距点光源光路进行CMOS探测器像元响应不均匀性修正,获得相对定标精度达到4.6%;采用太阳模拟光源和均匀平行光路,用光谱辐射度计实现标准辐射亮度的传递进行光谱辐射定标,绝对定标精度达到8.92%。通过实物成像,Hadamard变换成像光谱仪的实验室辐射定标方法精确、实用。     

基于分体式Sagnac干涉仪的长波红外干涉成像光谱系统

介绍了基于分体式Sagnac 干涉仪的静态高通量干涉成像光谱技术的基本原理,设计并实现了长波红外宽波段等比消偏振分光膜系,给出了干涉仪尺寸的设计方法并利用TracePro 软件验证了设计的干涉光路。使用制冷型和非制冷型探测器对该红外干涉成像光谱仪方案进行了塑料薄膜透过率测试,实验结果与高精度Michelson 光谱仪测量值有较高的吻合度,证实了该方案的正确性。最后进行了推扫实验,给出了数据重排、基线校正和切趾等数据预处理方法,验证了该系统方案工作模式的可行性。     

基于FPGA的干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原研究

对目标的实时探测与识别是当前干涉式红外成像光谱仪领域研究的热点问题,而光谱仪实时光谱复原是有效解决该问题的前提。利用可见光相机模拟干涉仪而得到干涉图信号,利用高速大容量FPGA芯片设计了一种干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原系统。系统主要由干涉图数据预处理、实时光谱复原以及光谱显示等模块组成,以流水线方式运行,能够实时输出目标的光谱信息,具有运算速度快、体积小、便于算法升级等优点,为光谱仪对目标的实时探测与识别研究奠定了良好的技术基础。     

成像光谱仪光谱定标

成像光谱仪是谱像合一的新型光学遥感器.成像光谱仪的光谱定标是辐射定标的基础,准确的光谱定标是获得地物正确光谱信息的必要条件.介绍了成像光谱仪光谱定标的原理和几种光谱定标方法,并对国内成像光谱仪光谱定标技术进行了展望.     

遥感图像数据实时无失真压缩的研究

讨论了对单波段遥感图像和多波段遥感图像都适用的一种实时无失真数据压缩的方法，该方法应用线性预测原理减少数据的冗余度并应用Huffman编码以实现最佳平均码长，文中讨论和比较了几种预测的方法，并选用了2－D空间预测，为方便实现实时的数据压缩，本文对Huffman编码作了必要的简化，对于不同编码技术的结果，文中也进行了讨论，本方法将软件仿真应用于LANDSAT TM，SPOT HRV，AIR SAR以及中科院上海技术物理研究所研制的航空成谱仪的8bit／像元遥感数据，平均压缩比为2，其中最高的为3．1，最低的为1．2。