山地光学遥感成像仿真的实现

为了进一步提高对山区地表特征的研究精度,为光学遥感摄影等相关工作提供有力参考,基于山地辐射传输方程建立了一个山地光学遥感成像仿真模型.利用辐射传输软件MODTRAN4.0进行辐射计算及大气校正,结合得到的数字方程模型(DEM)数据进行地形参数的计算,以美国资源卫星的多光谱扫描影像(TM)为基础反演得到地表反射率.通过对...     

基于6S模型的遥感图像大气校正方法

去除大气影响是遥感影像应用中具有重要实用意义的一步,因此依据多光谱遥感数据开展了大气校正方法的研究工作.基于6S辐射模型和消除邻边效应的经验方法对ZY-3卫星影像数据进行大气校正;作为对照,对同一影像也做FLAASH(一种成熟的大气校正软件模块)大气校正处理.由结果所见,校正后影像质量得到提高;校正精度与FLAASH精度都在10％左右,具有较高准确性.     

高光谱遥感大气辐射校正技术的研究

为满足高光谱遥感图像定量化解译的需求,针对现有大气校正方法面临的大气参数不同步问题,对基于大气参数空间同步获取的大气辐射校正技术进行了研究。首先总结了利用卫星搭载专用大气辐射校正载荷,同步提供大气校正参数与地表反射特性的方法,从根本上解决辐射传输模型中的大气参数难以同步获取的问题。其次结合国外在轨运行的高光谱遥感卫星的调研结果,在大气校正载荷的设计—尤其是谱段选择和优化方面对载荷系统的方案特点和技术指标进行了归纳。并选取EO-1 Hyperion高光谱遥感图像进行了大气校正,从校正前后图像的视觉效果、光谱特性、典型地物的分类识别效果三方面分析了大气校正对高光谱遥感定量化应用性能的提升。最后对大气辐射校正技术的发展前景进行展望。     

PHI高光谱图像的大气校正算法

从高光谱遥感图像中提取较为精确的定量信息,大气校正是必不可少的步骤.本文在应用大气辐射传输模型对高光谱遥感数据进行大气模拟的基础上,研究并发展基于遥感影像信息的经济、有效的大气辐射校正和反射率反演算法.该算法可以根据遥感图像有效地估计大气中气溶胶的空间分布,并分析交叉辐射的影响,进而对其进行大气辐射校正和反射率反演.通过对几景PH I高光谱遥感图像的校正试验,表明了这种算法的有效性.     

基于FLAASH和6S模型的Spot 5大气校正比较研究

采用基于大气辐射理论的FLAASH和6S模型,对Spot5遥感影像进行了大气校正,通过比较校正前后地物光谱曲线和NDVI分析两种类型的实际校正效果,结果表明,FLAASH模型能较好地消除了大气影响,对Spot5遥感影像有更好的校正作用。     

CBERS-02B影像HR数据的地形效应校正实现

中巴资源卫星CBERS-02B星是我国第一颗能为众多行业提供高分辨率图像数据的卫星,广泛应用于国土资源、农业、林业、水利、环保、灾害监测、测绘、城市规划等众多领域。考虑到山区地形对高分辨影像的山区地表特征反演精度的影响,对数字高程模型(DEM)精度对地形校正的影响进行了初步分析,比较了几种常用地形校正模型：C校正、SCS+C校正、Minnaert校正和Ekstrand-r校正,并对校正结果进行了评价,结果表明以往的地形校正方法对CBERS-02B影像HR数据具有一定可行性,从而为中巴资源卫星CBERS-02B影像的地形校正提供了依据。     

基于遥感数据的地球背景中红外场景仿真

卫星遥感是研究地球大气背景红外辐射特性的重要手段,受大气影响及传感器观测条件的限制,无法获取多气象、多探测条件的辐射数据。针对该问题,基于JHU地物光谱数据库,分析了植被、水体、岩石等光谱辐射特性,结合传感器光谱响应,建立了3~5 m基于光谱相关性的地表辐射波段转换模型,并利用逐步回归法计算误差,模型误差小于10%。利用MODIS、AIRS等多源遥感数据产品,根据地表-大气-传感器辐射传输模型,模拟不同时空分辨率、探测条件等的地球背景辐射中红外图像。结果表明,利用多源遥感数据进行中红外图像仿真,可以实现大尺度、具有细致纹理结构的图像模拟,应用于遥感研究。     

遥感试验数据确定大气气溶胶类型的方法研究

以太湖为研究区,通过水面光谱实验采集,地基太阳光度计大气测量,和当天的MODIS遥感影像,联合遥感太湖地区的大气光学特性,提出了一种实验确定气溶胶类型的方法.通过与卫星影像准同步的地面光谱和太阳光度计试验,利用辐射传输模式6S,变化气溶胶类型各组分,建立关于星上辐射的查找表,并利用定义的相对误差参量,在其总误差最小时确定气溶胶类型.将其用于改进后的Mie散射程序来计算大气气溶胶粒子群包括偏振散射相函数等的光学特性,并用于太湖地区大气气溶胶光学厚度的反演中,所得结果参考CE318实测值,反演精度有了较大的提高.该研究方法与结果可为大气气溶胶光学特性计算,大气辐射传输方程,气溶胶光学厚度反演,卫星数据大气校正等遥感应用提供支持.     

基于MODTRAN的高光谱快速大气校正方法

高光谱遥感成像过程中一般会受大气成分的影响,为了利用高光谱数据进行有效的地物识别,这些影响必须消除。详细介绍大气校正的一个过程:首先采用大气预处理微分吸收法(APDA)和暗像元法,通过并行调用MODTRAN先后建立水汽和能见度的查找表,从而计算出图像中水汽含量和能见度,并利用得出的这些参数建立反射率查找表,最终对高光谱图像进行逐像元校正。该过程结合辐射传输模型法和基于图像信息的校正方法的优点,不需要实时的大气参数也能进行绝对大气校正。同时,加入并行处理使运行速度显著提高。通过对校正后的数据进行对比分析,结果表明校正后的光谱曲线与地面实物和其他软件校正后的光谱特征相吻合,该方法能够满足大气辐射校正的基本要求。     

红外预警卫星探测波段地球背景辐射仿真研究

针对红外预警卫星探测波段遥感数据难以获取的问题,研究了基于地表温度反演的红外预警卫星探测波段地球背景辐射仿真方法。采用了通用型单通道算法对FY-3/MERSI数据集进行地表温度反演,得到了全球地表温度分布图。在此基础上,构建了地表红外辐射模型,充分考虑了海拔、大气模式、地表类型等因素对地表辐射的影响,利用MATLAB与MODTRAN进行联合编程完成每个像元对应的地表辐射计算,实现了红外预警卫星探测波段地球背景辐射场景的图像生成。仿真结果表明:仿真图像分辨率高,能够准确反映红外预警卫星探测波段的地球背景辐射特性,可为研究红外预警卫星作战效能评估和目标识别技术提供场景数据支撑。     

基于大气吸收线特征的高光谱热红外数据地表温度/比辐射率反演算法

地表温度和比辐射率的准确提取和反演是热红外遥感的核心问题之一.由于地表温度/比辐射率反演问题的病态性,以及地表—大气强耦合特征等诸多问题,导致目前反演精度仍有待进一步提高.通过深入挖掘大气吸收峰/谷通道处下行辐射偏移量特性,提出了一种基于大气吸收线特征的高光谱热红外温度/比辐射率反演方法,并通过最优通道选择提高了算法的效率和精度.算法一定程度上可抑制大气校正不准确引入的误差,能够有效提高低比辐射率地物的反演精度.模拟数据结果表明:针对高比辐射率地物,算法与ISSTES方法的反演精度基本一致;针对低比辐射率地物,算法最大可提高温度0.48 K和比辐射率2.1%的精度.地面实测数据结果表明:约77%的样本温度反演误差优于1K,比辐射率误差均值优于0.01.     

CFFT最优信噪比的星载高光谱影像噪声抑制方法

高光谱遥感影像独特的"图谱"特征为定量遥感等遥感监测提供了重要的技术支撑,但由于大气、地形材料等因素影响和限制,易受到各种噪声污染。基于光谱学领域的光谱统处理理论,结合信息时域分析领域的快速傅里叶变换,实现频域内噪声与光谱有效信息的分离,同时在最优信噪比约束条件下选择最优滤波阈值,设计噪声滤波器,实现了卫星高光谱遥感影像的噪声滤除。以中国北京城区和中国新疆谢米斯台上戈壁区的两景Hyperion高光谱遥感影像为例,进行了该滤波算法的定性和定量评价。结果表明:文中提出的高光谱遥感影像噪声滤波算法,有效地滤除了高光谱影像数据光谱维高斯白噪声和空间维的条带噪声、波段差噪声,提高了影像的清晰度,影像的信噪比提高5 dB以上,为后续定量分析等遥感监测研究提供了较高质量的数据保障。     

光学遥感对地成像过程中的邻近效应模拟分析

光学遥感的邻近效应可以看作大气点扩散函数(PSF)和地表辐射场的卷积,通过逆向蒙特卡罗法模拟大气PSF,利用辐射传输模型MODTRAN计算地表辐射场,获得遥感器入瞳处的辐亮度值.开展不同对比度目标背景物在典型条件下的邻近效应模拟与分析,结果显示:目标和背景的反射率分布对邻近效应影响很大,背景反射率越大,邻近效应占总辐射的比例越高;暗目标在亮背景下的邻近效应明显大于亮目标在暗背景下的邻近效应;固定成像高度和区域,空间分辨率越高,邻近效应越明显;地面气象视距对邻近效应的影响非常显著,气象视距增大,邻近效应减弱;太阳天顶角增大,邻近效应减弱.模拟结果为高分辨率光学遥感成像系统高精度建模和邻近效应校正算法研究提供了依据.     

基于SVM混合核的遥感图像变化检测

针对由实际遥感地物类型难以确定导致的多光谱遥感影像变化检测精度较低的问题,提出一种基于SVM混合核的遥感图像变化检测。首先利用CVA算法构造差异影像,其次利用灰度共生矩阵提取差异影像的纹理特征与差异影像的灰度特征组成特征向量,接着利用差异影像的直方图选择置信度高的训练样本,并利用构造的SVM混合核进行训练得到分类超平面,最后利用SVM混合核函数对差异影像进行二分类得到最后的变化检测结果。实际遥感数据验证结果表明,所构造的SVM混合核函数用于多光谱遥感影像变化检测中是可行、有效的。     

基于改进PMVS算法的多视遥感地形影像密集匹配

基于面元的多视立体(PMVS)算法应用于遥感多视地形影像三维场景重建时,影像中的弱纹理、灰度值变化不明显区域使得重建出的三维地形点云存在整体分布密度低和局部孔洞现象.结合遥感地形影像的特点,提出了基于影像块的并发SIFT算子和地面高程范围约束的改进PMVS算法,首先在特征提取阶段得到分布密集、均匀的特征点,进而通过地面高程范围约束的匹配传播过程高效地得到种子面元,再通过迭代种子面元扩充、面元过滤过程得到地形影像的三维点云数据.实验结果表明,相比原PMVS算法,改进的PMVS算法可在幅宽大、存在弱纹理区域的多视遥感地形影像上重建出稠密点云,有效修复了地形点云场景中的孔洞,并提高了重建时间效率.     

基于快速傅立叶红外光谱仪的自然地物光谱发射率测量

自然地物的红外特征数据在伪装、遥感等领域有着重要的作用.由于仪器所采集的信号种类繁多,自然地物表面性质复杂,热传导能力较差,难以直接准确获得自然地表物体光谱发射率曲线,需要特殊的算法通过自然地物的辐射亮度曲线间接得到其表面温度和发射率曲线.分离算法主要有最大发射率法、黑体拟合法以及光谱平滑法.光谱平滑法由于操作简单,计算准确,是目前应用最广泛的分离算法.在光谱平滑法的基础上,利用美国D&P公司的Model 102F快速傅立叶变换红外光谱分析仪对3种典型自然地物(裸露的土壤、草地、树木)进行红外特征数据采集.结果表明,自然地物的表面温度随时间变化产生显著的变化,而其发射率水平则近似保持恒定.     

短波红外垂直失水指数对大气效应的敏感性分析

在业务应用中,用光学遥感方法反演地表土壤水分时常常会因受到大气效应的影响而降低精度。利用中分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer.MODIS)的卫星观测数据、相应的地表反射率产品以及辐射传输模型模拟方法,评估了短波红外垂直失水指数(Shortwave Infrared Perpendicular Water Stress Index,SPSI)对大气效应的敏感性。结果表明,大气效应会使近红外和短波红外波段的反射率呈线性增加,但对由近红外和短波红外波段组成的光谱特征空间中的典型三角形分布以及像元间几何关系影响较小,能够在一定程度上补偿大气效应对土壤水分反演的影响。因此,在实际的区域化应用中,可以不考虑大气效应给SPSI指数计算及土壤水分反演带来的不确定性,从而简化业务流程。     

高分辨率中红外遥感(3～5μm)成像模拟中邻近效应分析

在星载高分辨率遥感成像模拟中,需要重点考虑大气辐射传输过程.通常情况下,中红外波段大气多次散射作用可以忽略,但在高分辨率中红外遥感成像中却需对由多次散射产生的邻近效应加以适当考虑.为对其进行定量分析,分别将影响中红外邻近效应的地表、大气及卫星观测几何参量等进行分析,结果表明:邻近效应随像元测量条件而改变,且在正常条件下其贡献达到3%左右.通过将现有大气点扩散函数(PSF)解析算法扩展至中红外波段,建立了中红外像元邻近效应模型,将其与大气辐射传输模型进行耦合,共同实现大气辐射传输与邻近效应模拟.模拟结果表明,模型是正确的,且应用方法切实可行;对中红外大气校正、成像模拟均具有一定参考价值.     

恐龙谷南缘山区DIM点云的PTD滤波改进试验研究

无人机DIM点云滤波处理是地物分类、地物单体化提取和地形特征分析的关键步骤,为解决高原山区因地形复杂而导致DIM点云滤波处理难度大和精度低等问题。选择以滇中高原恐龙谷南缘山区为试验区,首先利用DJI Phantom 4 RTK采集影像数据,解算密集影像获取DIM点云;其次,考虑山体点与地面点有较大高程差,选择经典PTD滤波算法对实验区密集匹配点云进行滤波处理;最后,综合考虑实验区山顶和山脚存在较大高程差且山体两侧沟壑丛生,山体两侧地面点易被识别为非地面点,提出以脊-谷交汇地形特征点为PTD滤波算法的种子点,在山体两侧精细化构建不规则三角网的改进PTD滤波算法。结果表明：1)PTD滤波算法得到地面点较为完整保留整个实验区,但明显的地物如山体两侧低矮植被和山脚蔬菜大棚基本未被剔除,且山体部分的地面点易被识别为非地面点而在出现山体K1、K2、K3区域的空洞现象。2)针对恐龙谷南缘山区复杂地形,提出以脊-谷交汇地形特征点为PTD滤波算法的种子点,在山体两侧精细化构网,山体低矮植被部分清除,相对于PTD滤波算法蔬菜大棚大面积被清除。并且山体两侧地面点得到较为完成保留,未出现明显点云空洞的现象。     

400-1000nm波段反演气溶胶光学厚度的暗像元法

从卫星遥感的角度来看,气溶胶的不确定性是可见一近红外遥感中大气校正的难点,从遥感数据本身来反演气溶胶参数,进而完成大气校正,一直是遥感研究的重点.针对可见一近红外波段大气辐射传输特点,提出了利用浓密植被红波段(660 nm)与近红外波段(830 nm)之间的线性关系反演气溶胶光学厚度的基于可见近红外波段的暗像元法,该方法主要思想是首先假设在清洁大气的条件下,利用MODTRAN辐射传输模型对遥感图像进行大气校正,以减少近红外波段大气的影响,再通过双层叠代法搜索浓密植被像元作为暗像元,根据红波段和近红外波段之间的线性关系通过近红外波段计算暗像元的红波段表观反射率,并反演气溶胶光学厚度.利用该方法对PHI航空高光谱图像进行了气溶胶光学厚度的反演,并给出了反演原理、步骤和误差分析.