1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院，北京 100191
2 北京航空航天大学 “精密光机电一体化技术”教育部重点实验室，北京 100191
针对AOTF成像光谱仪的光谱图像退化程度难以定量化评价的问题，提出了包含后楔角影响的AOTF器件调制传递函数（MTF）定量计算方法。该方法通过建立AOTF的光谱-空间维响应模型获取AOTF器件的线扩散函数(LSF)，然后通过线扩散函数傅里叶变换得到理论MTF。在验证实验中，截止频率内的MTF理论值与实测值相对偏差小于15%，可以为AOTF的像质评估提供理论依据。进而，通过该定量计算方法讨论不同AOTF后楔角对光谱图像像质的影响。通过仿真分析得出，AOTF的后楔角难以同时满足横向色差校正与图像退化抑制，需要根据实际应用对于空间分辨率以及横向色差的要求进行取舍。所以，针对AOTF不同后楔角进行光谱图像像质的定量分析对于评估AOTF光谱图像像质具有重要意义，为AOTF器件设计提供了理论依据。
声光可调谐滤波器 后楔角 光谱成像 acousto-optic tunable filter rear cut angle spectral imaging 红外与激光工程
2022, 51(7): 20210590
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院精密光机电一体化技术教育部重点实验室，北京 100191
2 北京航空航天大学人工智能研究院，北京 100191
针对海面太阳耀光背景下传感器受到强干扰而无法有效探测的问题，本文提出了太阳耀光场景下的自适应偏振探测方法。根据太阳耀光辐射分量的偏振特性，本团队设计了单/双偏振片观测模式，搭建了中红外偏振探测系统。先根据计算得到的不同场景下的耀光辐射，切换相应的工作模式进行耀光抑制，以增强目标在图像中的对比度；然后结合图像处理滤波算法，对不同太阳耀光背景下的船体目标进行有效探测。两种工作模式被用于太阳耀光抑制实验：针对远距离、近布儒斯特角观测实验场景，选择单偏振片观测模式即可有效凸显目标，然后结合形态学滤波算法就可实现目标探测；针对近距离、近水平角观测实验场景，选择双偏振片观测模式，可在有效抑制太阳耀光水平分量的同时对残留的垂直分量进行抑制，然后结合管道滤波算法即可实现目标探测。野外实验结果表明，本文提出的两种偏振探测模式均可有效削弱不同场景下的海面太阳耀光辐射，有利于提升偏振系统对不同场景的适应能力。
探测器 偏振成像 太阳耀光 中红外偏振探测 目标探测 中国激光
2022, 49(19): 1910004
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院 精密光机电一体化技术教育部重点实验室，北京 100191
2 中国测绘科学研究院，北京 100830
最新一代可见近红外（VNIR）和短波红外（SWIR）双通道星载高光谱成像仪，多采用视场分离器将VNIR和SWIR通道分离为多个子视场，同一时刻各子视场对地成像区域不同，在采用运动补偿技术提高图像信噪比时，各子视场对同一地物的观测角不同，导致图像间失配关系复杂，无法获取同一地物的VNIR-SWIR连续光谱。通过建立运动补偿下的严格成像几何模型，定量分析了双通道图像的畸变和失配规律，进而提出了各子视场分别几何定位再相位相关法配准的方案，并利用东天山区域运动补偿下星载双通道高光谱仿真数据进行验证。结果表明，传统的基于图像的配准方案精度为3.9像元，仍无法得到同一地物像元的VNIR-SWIR光谱曲线，文中方案配准精度提高到0.3像元，VNIR和SWIR重叠波段的反射率光谱重合度误差由41.5%降低到1.2%。
高光谱成像仪 运动补偿 失配分析 图像配准 重采样 hyperspectral imager motion compensation mismatch analysis image registration resampling 红外与激光工程
2021, 50(3): 20211022
1 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,北京 100191
2 北京航空航天大学青岛研究院,山东 青岛 266000
大气温湿度廓线是大气热力状态分析、大气发展变化研究、天气过程预警和数值天气预报中关键的基本气象参数。基于红外光谱的 大气温湿度反演方法研究从上世纪60年代开始发展,根据观测位置不同分为地基红外反演方法和天基红外反演方法。总结了红外光谱反 演大气温湿度方法的基本类型,介绍了地基、天基红外探测的大气温湿度廓线反演方法的发展历程,对地基-天基红外探测联合反演大 气温湿度方法进行了分析。最后对基于红外光谱的大气温湿度廓线反演技术在气象中的应用和发展趋势进行了简要的论述。
红外光谱 温湿度廓线 反演 联合反演 infrared spectra temperature and humidity profiles retrieval combining retrieval
1 北京航空航天大学 仪器科学与光电工程学院 精密光机电一体化技术教育部重点实验室, 北京 100191
2 北京空间机电研究所, 北京 100076
静止轨道全谱段高光谱成像仪需采用通道分离、视场和机械拼接的方式, 并通过扫描镜摆扫获得宽视场、高空间分辨率的高光谱影像, 若直接拼接, 子视场间不一致的几何变形将使地物光谱信息失真。假设子视场间同名像点坐标的差异是由各子视场内部参数变化引起的, 提出以全景畸变正切改正公式为数学模型的区域网平差方法, 实现像方坐标系内的视场拼接。并在可见光近红外通道4个子视场仿真影像的基础上完成了视场拼接实验, 达到了0.72 pixel的拼接精度。与基于共线条件方程区域网平差的视场拼接方法相比, 该方法精度与其相当, 且算法更简单, 不需要控制点和DEM辅助, 适用于初级影像生产。
视场拼接 正切改正 共线条件方程 区域网平差 FOV stitching tangent correction collinear conditional equation block adjustment 红外与激光工程
2019, 48(3): 0303005
Author Affiliations
Abstract
1 School of Instrumentation Science and Opto-electronics Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China
2 Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China
A method for calculating the atmospheric parameters measurement accuracy requirement based on polarized reflectance retrieval is proposed. The at-sensor polarization states with different atmospheric parameters content are simulated based on the atmospheric radiative transfer model in order to select the key parameter affecting the polarization observation. The accuracy requirement of atmospheric parameters is derived through the polarized reflectance retrieval method. Experiment results show that retrieval accuracy of polarized reflectance of typical ground objects can be up to 90%. The atmospheric parameters measurement accuracy requirement when the retrieval accuracy is more than 75% is derived.
260.5430 Polarization 110.5405 Polarimetric imaging Chinese Optics Letters
2019, 17(1): 012601
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,精密光机电一体化技术教育部重点实验室, 北京 100191
基于MODTRAN辐射传输模型，假设近红外波段地物反射率随波长线性变化，考虑程辐射的影响，发展了一种通过双查找表反演高光谱遥感数据水汽含量的方法。建立查找表过程中，使用三次样条插值方法对查找表水汽含量值加密以减少MODTRAN运行时间。使用两个查找表，通过逐步搜索法对高光谱遥感数据进行水汽反演，得到水汽含量分布图。结果显示，使用三次样条插值方法得到的辐亮度值与MODTRAN计算结果只有0.1%的误差。对两景机载可见光/红外成像光谱仪(AVIRIS)高光谱数据进行水汽反演，得到水汽含量分布图，并用其对辐亮度数据进行大气校正，得到反射率数据。水汽含量分布图变化平缓，无亮/暗点出现，反射率数据在水汽吸收波段的光谱曲线没有过/欠校正现象，这表明水汽反演方法有效。
遥感 水汽含量 双查找表 逐步搜索法 光学学报
2012, 32(10): 1001001
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院精密机电一体化技术教育部重点实验室, 北京 100083
提出了一种新型的基于扩展数学形态和光谱相似度测量的高光谱图像异常检测方法。在目标与背景未知的情况下,同时利用光谱和空间信息实现目标的定位与检测,实现高光谱遥感数据的目标检测。通过扩展的膨胀和腐蚀操作实现目标特征提取; 通过正交投影散度计算扩展形态学操作的累加距离确定排序关系并利用其融合特征提取结果实现特征提取结果的融合。算法性能通过合成的OMIS数据进行评价,与经典异常检测RX算法进行比较,并应用于具有相似光谱特征目标的区分。实验证明,本文提出的算法性能优于RX算法,具有低虚警率的异常目标检测结果,并且能够较好地区分了相似光谱特征的异常目标。
遥感 高光谱数据处理 异常检测 扩展数学形态学 正交投影散度
北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院, 北京 100083
时-空联合调制型干涉成像光谱仪获取的像面干涉图是带有干涉条纹的二维空间图像,具有对姿态变化敏感的特点。根据该类仪器的成像过程,在竖直摄影时,相邻两帧像面干涉图之间的像移量为一列像元;偏离竖直摄影时,由于像面干涉图的几何变形或旋转,会引入非正常像移。利用共线方程导出了这一非正常像移量的表达式。利用仿真计算说明:这一非正常像移会在像面干涉图序列中不断积累,导致提取出的物体干涉信息失真。在竖直摄影而平台指向精度较低、倾斜摄影、探测器阵列的安装方向精度较低或者航空成像且存在偏流角时,必须对像面干涉图进行有效校正,才能保证最终反演出的物体光谱的真实性。
光谱学 干涉成像光谱仪 姿态倾斜 共线方程 时-空联合调制型 像移
