天宫一号高光谱数据相关检测法蚀变信息提取

天宫一号高光谱成像仪是目前中国空间分辨率和光谱综合指标最高的星载光谱成像仪.针对天宫一号高光谱数据,提出了一种基于波段相关检测的蚀变信息提取方法.该方法在对天宫一号高光谱数据进行波段相关检测提取蚀变异常特征波段的基础上,结合异常探测、端元提取和光谱匹配等方法的各自优势进行天高一号高光谱数据的蚀变信息提取.利用该法成功提取了天宫一号高光谱数据中的Al-OH矿物蚀变异常及4种蚀变矿物,结果表明该方法可以有效提取天宫一号高光谱数据中的蚀变信息,有助于天宫一号高光谱数据在地质矿产资源调查中发挥巨大的应用潜力.     

天宫一号高光谱遥感场景分类数据集及应用

天宫一号高光谱成像仪具有空间分辨率高、光谱分辨率高、图谱合一等特性，在中国航天高光谱领域具有里程碑的意义。针对一般遥感场景分类数据集尺度单一、光谱分辨率较低等问题，本文提出基于天宫一号的多谱段、高空间分辨率、多时相高光谱遥感场景分类数据集(TG1HRSSC)。利用天宫一号高光谱成像仪获取的高质量数据，经过辐射校正、几何校正、空间裁剪、波段筛选、数据质量分析与控制等，制作了一批通用的航天高光谱遥感场景分类数据集，通过载人航天空间应用数据推广服务平台（http://www.msadc.cn[2019-09-10]）进行分发和共享。该数据集包括天宫一号高光谱成像仪获取的城镇、农田、林地、养殖塘、荒漠、湖泊、河流、港口、机场等9个典型地物场景的204个高光谱影像数据，其中5 m分辨率全色谱段1个波段、10 m分辨率可见近红外谱段54个有效波段以及20 m分辨率短波红外谱段52个有效波段。研究利用AlexNet、VGG-VD-16、GoogLeNet等深度学习算法网络对构建的数据集进行场景分类的试验，结果表明该数据集的场景分类应用实现较好效果。由于该数据集具备高分辨、高光谱等特征优势，未来在语义理解、多目标检测等方面有着广泛的应用价值。     

天宫一号高光谱成像仪遥感应用

本文重点介绍了天宫一号高光谱成像仪设计、特性、在轨运控支持、地面数据处理技术及应用研究等方面内容,其中高光谱数据的辐射纠正及系统几何校正的精度满足各应用需要,数据产品质量在遥感各个应用领域获得验证.大量用户利用天宫一号高光谱数据在国土资源、海洋、林业、城市环境监测、水文生态监测等方面开展了较好的应用研究工作,取得了一批有价值的应用成果.中国科学院空间应用工程与技术中心作为载人航天空间应用系统的总体单位,负责天宫一号高光谱成像仪的总体研制管理、集成测试验证、在轨运行支持及应用研究的组织推广,为更好地发挥应用效益做出了积极的贡献.     

天宫一号高光谱数据辐射校正的CUDA并行优化

高光谱图像经过辐射校正后,消除了探测元的响应差异,能更好地满足专题信息提取的数据要求.利用探测元的列均值、列标准差等统计信息对天宫一号高光谱短波红外数据进行辐射校正检验,并基于GPU CUDA计算模型对均值归一化、矩匹配、相邻列均衡等3种相对辐射校正算法进行了并行计算优化.通过辐射校正计算流程拆分,CPU控制流程逻辑,GPU执行数据级并行计算,并建立CUDA的计算单元与数据单元的映射关系,获得5—7倍的计算加速比,这些辐射校正算法依据图像自身统计信息,且易于进行并行计算优化,满足实时校正的处理时效要求,为未来高光谱数据在轨实时辐射校正提供了新思路.     

天宫一号高光谱成像仪严密成像几何模型研究

为了获得高信噪比影像数据,天宫一号高光谱成像仪采用了运动补偿技术增加探测器积分时间的成像模式.针对此种成像方式,本文分析了成像仪的成像特点与发射镜的运动规律,建立了反射镜角度与观测矢量的几何关系,形成了基于天宫一号高光谱成像仪的严密成像几何模型.该模型符合反射镜运动补偿条件下像点与对应地物点的几何关系,通过理论精度分析和实际应用验证了纠正模型的正确性,并能获得与理论相符的实际几何定位精度.     

高光谱红外谱段交叉定标与近海遥感应用试验

以MODIS红外谱段数据为基准,对高光谱红外谱段数据进行辐射交叉定标试验,同时运用高光谱红外谱段数据对近海海表水温进行了评估试验.交叉定标数据选取2012年—2013年冬、夏两季各一幅代表性图像,MODIS与高光谱红外谱段数据成像时间均为同一天白天.实验结果表明,天宫一号高光谱红外谱段数据与MODIS数据具有极好的相关性,相关系数R大于0.95;在此基础上建立了基于MODIS 32波段的辐亮度线性回归校正方程,并用于海表温度反演、检测自然与人工扰动造成的海表温度异常.基于校正数据反演的中国南北典型冬、夏代表性季节的海表温度与常识较为一致.由此表明,基于MODIS交叉定标的天宫一号数据可用于实际的业务化定量评估;同时,由于空间分辨率较高,天宫一号高光谱红外谱段数据在海水精细空间动态变化检测上表现出极好的性能.     

天宫一号数据地表温度反演及其在城市热岛效应中的应用

针对天宫一号高光谱成像仪红外波段数据提出了一个单通道地表温度反演算法,算法的输入参数为大气水汽含量和地表发射率.利用模拟数据和黑河流域生态—水文过程综合遥感观测联合试验的地面实测数据对算法进行了精度评价,结果表明算法的均方根误差为2.72 K,能够满足大多数应用研究的需求.以北京市二环以内为研究区域,采用4个时相的天宫一号高光谱红外波段数据进行了城市热岛效应研究,结果表明天宫一号高光谱红外波段数据适合用来进行街区尺度的城市热岛效应研究,具有很大的应用潜力.     

高光谱成像仪发展简况

高光谱遥感由于"图谱合一"的技术特点,能够提供更加丰富的对地观测信息,是一种较为先进的探测技术,目前已应用到地球科学的各个方面.本文首先介绍了高光谱成像仪的成像特点,进而从航空高光谱和航天高光谱两个角度分别介绍了成像仪的工程应用概况.最后,根据近几年国内外的有关论文及研究报告,综述了国内外高光谱成像仪最新发展态势,重点介绍了天宫一号高光谱成像仪的研制技术情况,与目前国际上的在轨运行的卫星高光谱仪相比,其在空间分辨率、波谱范围和波段数目等成像技术参数上具有相当优势,是我国光谱仪技术发展的里程碑.     

基于高性能计算平台的天宫一号遥感数据地面预处理系统

针对天宫一号传感器特点,设计并实现了基于高性能并行集群环境的遥感数据地面预处理系统,可完成对高并发、海量遥感数据处理任务的快速、高效处理.该系统可通过传感器的星上定标参数完成系统辐射校正、系统几何校正等处理过程,生产出高光谱热红外谱段和高光谱数据的1级、2级遥感产品.同时,在数据产品封装与输出分系统中,采用了较为通用的GeoTiff与HDF作为产品的主要输出格式,可满足领域内多种用户的需求.     

“一带一路”沿线港口城市天宫二号多光谱影像数据集

港口城市在“一带一路”建设中具有重要地位和作用,遥感影像数据可以为港口城市的动态监测提供有效的信息支撑。天宫二号空间实验室搭载的宽波段成像仪是新一代中分辨率成像光谱仪,具有谱段宽、视场大等特点,在可见近红外、短波红外、热红外谱段共设置有18个通道,空间分辨率分别为100 m、200 m和400 m,自2016-09—2019-07获取了大量的对地观测多光谱影像数据。本文面向 “一带一路”沿线的25个港口城市,从天宫二号宽波段成像仪获取的多光谱数据中挑选出58组不同时间获取的高质量影像,经过预处理、辐射校正、几何校正等处理和数据质量控制,构建了“一带一路”沿线港口城市专题影像数据集,并对该数据集的应用价值和潜力进行了分析。结果表明该数据集可以为“一带一路”沿线港口城市及其周边区域资源环境遥感监测提供重要信息支撑,在港口城市相关的中大尺度场景分类识别方面具有较大应用价值。     

若干高光谱成像新技术及其应用研究

高光谱成像数据已广泛应用于地质、海洋、农林、水文、城市、环境和军事等领域,对经济的可持续发展发挥了促进作用。随着研究的深入和应用的拓展,对高光谱成像系统的技术要求呈现多样化趋势。本文简要回顾了国内外高光谱成像技术的主要发展历程,依次阐述了运动补偿高光谱成像、紧凑型热红外高光谱低温光学、宽谱段一体化机载高光谱集成、基于AOTF分光的凝视型高光谱成像以及阶跃集成滤光片等具有代表性的高光谱成像关键技术,并简要介绍了这些新技术在天宫一号、嫦娥三号等国家重大任务中的应用情况。     

推帚式超光谱成像仪(PHI)关键技术

成像光谱仪把二维成像技术和光谱技术有机地结合在一起,是具有重大潜力的对地观测仪器。近年来,随焦平面探测器推帚成像技术的发展,先进国家研制成功了超光谱成像仪,成为成像光谱技术的又一生长点。本文结合工作经验,介绍以硅面阵电荷耦合器件（ＣＣＤ）为探测器的推帚式超光谱成像仪ＰＨＩ的关键技术及发展前景。     

面向地质应用的天宫一号成像光谱数据评价

天宫一号高光谱数据是继美国Hyperion之后,另一种可应用于地质领域的成像光谱数据.面向地质应用特点与需求,针对反射率产品开展全面、定量的数据质量评价对于深化应用研究具有重要意义.但是,由于航天成像光谱数据与地面实测波谱空间尺度差异甚大,在荒漠戈壁区选取自然地物进行波谱测试,并对其开展评价,特别是定量评价,非常困难.本文以航空HyMap数据为传递,完成了天宫一号成像光谱数据质量的定量评价.结果表明,在矿物识别采用的主要短波红外谱段,天宫一号高光谱数据的信噪比明显优于Hyperion数据.采用2190—2230 nm、2310—2355 nm两个谱段的吸收深度初步对天宫一号高光谱短波红外数据真实性进行了评价,经过校正后,天宫一号数据Al-OH、Mg-OH/CO₃^2-矿物大类或组合的漏提率从71%、67%减小至29%、28%,可有效提高弱信息的检出率.     

可编程红外焦平面光谱成像技术研究

短波红外焦平面光谱成像技术已广泛应用于各个领域,在应用中发现背景辐射对系统成像质量及信噪比有明显的影响.本文针对影响系统信噪比的因素进行研究,基于可编程的短波红外焦平面探测器技术,提出设置背景参考行和差异化增益的方法,对背景辐射实时监测,并提高弱信号波段的信噪比.经过实验验证,相比于其他系统,采用此方法的短波红外焦平面超光谱成像系统在成像质量和信噪比方面明显提高.研究还表明,利用可编程的特性,选择任务需要的特征光谱波段,还可以进一步提高工作帧频,以满足更高分辨率的航天光谱成像.     

An operational method for fast detecting abnormal channels in imaging spectrometers

Data from abnormal channels in an imaging spectrometer almost always exerts an undesired impact on spectrum matching, classification, pattern recognition and other applications in hyperspectral remote sensing. To solve this problem, researchers should get rid of the data acquired by these channels. Selecting abnormal channels just in the way of visually examining each band image in a imaging data set is a conceivably hard and boring job. To relieve the burden, this paper proposes a method which exploits the spatial and spectral autocorrelations inherent in imaging spectrometer data, and can be used to speed up and, to a great degree, automate the detection of abnormal channels in an imaging spectrometer. This method is applied easily and successfully to one PHI data set and one Hymap data set, and can be applied to remotely sensed data from other hyperspectral sensors.     

An Operational Method for Fast Detecting Abnormal Channels in Imaging Spectrometers

Data from abnormal Channels in an imaging spectrometer almost always exerts an undesired impact on spectrum matching,chassification,pattern recognition and other applications in hyperspectral remote sensing.To solve this problem.researchers should get rid of the data acquired by these channels.Selecting abnormal channels just in the way of visually examining each band image in a imaging data set is a conceivably hard and boring job.To relieve the burden,this paper proposes a method which exploits the spatial and spectral autocorrelations inherent in imaging spectrometer data,and can be used to speed up and ,to a great degree,automate the detection of abnormal channels in an imaging spectrometer.This method is applied easily and successfully to one PHI data set and one Hymap data set ,and can be applied to remotely sensed data from other hyperspectral sensors.     

光谱重建与光谱真实性检验中地物光谱的作用

 将地物光谱与高光谱重建、影像光谱真实性检验相结合,重点阐述地物光谱在高光谱数据预处理中的主要作用。以新疆东天 山航空HyMap数据为例,在光谱重建过程中导入数据区特征地物（白云母和高岭石）光谱,以对利用大气模型校正的视反射率影像光 谱进行平滑、去“伪”或增强处理。进一步利用2种矿物的特征光谱评价重建光谱的真实性,从数据源头确保高光谱遥感数据光谱特 性的准确与可靠。     

多目标无人机微型凝视高光谱成像仪辐射校正

微型凝视高光谱成像仪可以同时获取两个空间维度和一个光谱维度图像,且仅记录整个高光谱图像的外方位元素而不是记录每一帧图像的外方位元素,避免了扫描时的几何不稳定性,有效解决了小型线扫式高光谱成像仪成像几何变形大的问题,适合于姿态不稳定小型无人机负载平台。目前,研究大多集中于线扫式高光谱成像仪辐射校正方法。凝视型高光谱成像仪应用时间较短,国内外没有较为成熟的数据处理研究,阻碍了无人机微型凝视高光谱成像系统的应用。本文研究了无人机载微型凝视高光谱成像仪辐射响应线性度特性和辐射响应变异性的校正方法,并定量评估该方法的有效性。结果表明,辐射响应变异性校正前,高光谱图像存在明显的渐晕效应和条带现象,校正后,不同波段中像元的辐射响应变异系数显著下降,且渐晕效应和图像条带明显减少。本文提出了基于多目标辐射定标方法,并通过比较定标后的高光谱图像光谱与地面光谱仪实测地物光谱来验证辐射定标的精度。结果表明,多目标辐射定标方法的定标结果表现出更好的效果,特别对于近红外波段,与光谱仪实测的地物反射率差异较小。     

对地观测高光谱激光雷达发展及展望

对目标空间三维—光谱信息的高分辨一体化获取与应用,是对地观测技术发展的前沿科学问题。结合高光谱成像与激光雷达测距的技术优势,对地观测多光谱/高光谱激光雷达遥感技术手段应运而生,并成为遥感技术未来发展的重要方向。本文分3个阶段详细回顾了对地观测高光谱激光雷达系统的发展历程,并针对其独有数据类型阐述了数据处理研究方面的探索研究。最后,重点分析了高光谱激光雷达在测绘领域、农林业领域的重大应用潜力,展望了未来对地观测高光谱激光雷达发展面临的机遇和挑战。