1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
地物三维结构在像元尺度下的光学辐射特征并不等同于其表面材质的反射特性，这给基于图像信息的目标特征提取与识别造成困难。结合对三维几何体的外场零视距测量实验, 分析了地物几何结构对像元综合反射率的影响效应。基于线性混合像元模型, 尝试加入方向辐射特性、光照阴影和端元分布等修正因子进行改进。结果表明, 较之于目前广泛使用的线性混合模型, 改进模型对像元综合反射率的计算精度有所提高, 相对误差由原先的 13.08% 平均减小至 8.79%。鉴于三维异质结构混合像元综合辐射作用的复杂性, 改进方法的完备性和模型普适性有待进一步研究和验证。
目标特性 混合像元 三维结构 target characteristics mixed pixel three dimensional structure 大气与环境光学学报
2021, 16(6): 457
红外与激光工程
2021, 50(12): 20210127
1 中国科学院合肥物质科学研究院 安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
3 北京市遥感信息研究所，北京 100085
海洋背景的仿真是海面目标场景仿真的关键环节，是海洋目标-背景耦合作用模拟的重要基础，决定了仿真图像中目标与背景差异特征的正确性和真实性。高分辨率遥感成像下，海面细节特征突显，以往视海表为均匀辐射面的处理方法给高分辨率海洋场景仿真造成较大误差。重点研究了海面三维形态、多组分分布与海水方向反射特性的耦合作用和辐射模型，提出了海面高分辨率遥感成像仿真方法。通过频谱分析的方法构建海面三维模型，根据海面组分分布的不同及不同位置海面法向的不同，修正了低分辨率下的海洋BRDF模型，使其满足高分辨率卫星图像的仿真应用，计算出不同组分的海面的方向反射数据，并将其与海面三维模型关联，构建了亚米级海面三维辐射模型，通过光线追踪方法建立海面零视距辐射场，并经过大气影响和传感器效应，模拟不同海况条件下卫星遥感图像。结果表明：将ZY3-02卫星实测海面图像与相同成像条件下的仿真图像对比，图像均值的误差为3.7%，标准差误差为9.9%，可以较真实地模拟高分辨率卫星成像下的海洋背景。
高空间分辨率 海洋背景 三维海浪 海面辐射 遥感成像仿真 high spatial resolution ocean background 3D waves sea surface radiation remote sensing imaging simulation 红外与激光工程
2021, 50(9): 20200514
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
3 北京市遥感信息研究所, 北京 100085
4 中国科学院空天信息创新研究院遥感卫星应用国家工程实验室, 北京 100101
大气对太阳辐射的吸收和散射会导致卫星影像的亮度和对比度降低,大气能见度越低、卫星空间分辨率越高,这种现象越明显,以至于低能见度条件下的亚米级空间分辨率光学卫星影像看起来非常模糊。基于辐射传输方程开发的自适应大气校正算法充分考虑了大气和目标物周围环境对卫星入瞳处目标辐亮度的影响,定量化描述了目标物周围像元的反射率与目标像元的反射率差异对邻近效应的影响。利用自适应大气校正算法对低大气能见度条件下的亚米级空间分辨率卫星影像进行大气校正,并且将其与常规图像处理结果进行对比。结果表明,利用自适应大气校正算法校正后的卫星影像质量得到了明显改善(清晰度提高了4.5275倍,对比度提高了44.61%,信息熵值提高了64.22%)。相对于常规图像处理方法在提升卫星图像质量时会带来噪声和过度增强的问题,自适应大气校正算法在提升卫星图像质量时不会带来噪声和过度增强问题。
大气光学 大气校正 亚米级卫星影像 图像模糊 图像增强 灰度直方图分布偏移 灰度直方图分布动态范围 光学学报
2021, 41(11): 1101002
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
同时偏振成像系统可获取动态物体的瞬态偏振特性,具有广泛的应用前景。然而各偏振探测通道存在空间和辐射响应差异,对准确建立仪器穆勒矩阵造成干扰。针对分束型同时偏振成像系统,分析了误差来源,提出了定标及预处理方法。通过成像非均匀性、辐射响应不一致性、检偏角度误差、瞬时视场像差的标定和校正,消除了偏振成像探测的系统误差。结果显示:经过定标和校准处理,各通道图像非均匀度平均降低了2.24%,辐射响应差异率绝对值平均降低了17.22%,偏振相对快轴方向平均纠正了1.71°,成像几何偏差平均纠正了1.87个像元。校正后,系统偏振度和偏振角测量误差分别降低0.47和32.84°。对室外场景进行测量实验,经过预处理正确解算斯托克斯参量,并通过偏振图像融合处理,突出了不同材质的物性差异。
成像系统 偏振成像 同时 定标 预处理 光学学报
2020, 40(20): 2011002
1 中国科学院西北生态环境资源研究院, 甘肃 兰州 730070
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院安徽光学精密机械研究所 通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
地表热辐射时序变化模拟是红外场景仿真的核心环节。利用地表热传导差分计算地表热辐射是物理上较严谨的模拟方法, 但受限于差分方程边界条件的不确定性, 在红外场景仿真中未得到广泛应用。提出一种基于光照、气温、湿度等环境参数的地表热辐射时序变化计算方法。重点根据地质热环境变化规律设计闭环迭代过程, 自动修正初始和下边界热辐射值, 解决了边界条件的不确定问题, 提高了地表热传导计算精度和算法适应性。野外实验结果表明: 该算法计算温度与实测温度绝对误差小于2 K, 等效黑体辐射度相对误差小于3%, 为准确模拟红外动态场景提供基础。此外, 利用该方法对山区地表的热辐射分布时序变化进行了模拟, 显示了其在红外场景仿真方面的初步应用效果。
热红外 地表 时序变化 仿真 thermal infrared terrain surface time series dynamics simulation 红外与激光工程
2019, 48(8): 0803004
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥230031
2 西安测绘研究所, 陕西 西安 710054
提出了一种基于灰阶靶标的多传感器协同辐射定标方法,通过有效利用具有自动化观测设备的固定定标场、合理共享其他卫星的移动靶标场来提高定标频次。根据灰阶靶标的光谱平坦特性及同平台多传感器观测时相、几何、视场的一致性,建立了多光谱相机与全色高分辨相机间的辐亮度关系模型,实现了全色高分辨相机对多光谱相机的协同辐射定标。天绘一号卫星星地同步实验结果表明:建立的辐亮度关系模型具有通用性;多光谱相机协同与场地辐射定标系数相对差异小于5.3%;协同辐射定标精度优于5%,在提高效率的同时,可获取与场地辐射定标相当的精度。
大气光学 天绘一号 灰阶靶标 协同辐射定标 反射率反演
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
准确地获取地表双向反射特性是遥感辐射定标和卫星全链路成像仿真的重要基础。在野外条件下通常使用实测的双向反射因子(BRF)反演得到双向反射分布函数(BRDF)。仿真分析显示,大气能见度分别为23 km和15 km时,同一地表的BRF方向性系数相差19%。野外条件下实测的BRF因受大气散射的影响而不能准确表征地表方向反射特性。通过同步测量2π空间内的大气散射,提出一种BRDF反演方法。该方法将BRF实测值与测量模型计算值之间的残差作为反演的代价函数,以消除大气散射的影响,可反演地表真实的BRDF模型特征参数。结果证明方向反射特性是地物的固有属性,不随测量环境辐射的变化而变化。
散射 双向反射分布函数 双向反射因子 大气散射 双向反射分布函数反演
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
高分辨率卫星成像全链路仿真是卫星发射前效果评估的主要手段,零视距标准图是验证成像仿真链路基础环节准确性的必要标准。地面设备获取零视距图像时,由于存在成像视场受到限制、观测角度与卫星不一致、工作量大、难以定量化等问题,难以直接获取垂直对地观测的零视距标准图。通过建立地面零视距标准图测量系统,利用轨道逐行拍摄、几何校正、图像拼接,得到较大幅宽垂直向下图像。并且通过同步辐射校正法进行定量化,得到零视距反射率图像。最终,在距离地面2.6 m的观测平台上,获取了面积为10 m×10 m,分辨率为亚米级的零视距标准图(反射率图)。与地面实测反射率对比,结果表明零视距标准图(反射率图)误差小于5%,可为亚米级高分辨率卫星成像仿真链路基础环节的精度验证提供标准。
遥感 卫星成像仿真 零视距图像 定量化 同步辐射校正法
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所 通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学, 安徽 合肥 230026
地基测量是获取空间目标红外辐射特性的主要手段。地基测量由于大气影响, 测量结果含有严重误差。利用由大气光学参数测量设备和辐射传输软件构成的大气同步修正系统, 可以减小大气影响引入的误差。然而, 由于典型大气模式和测量参数精度限制, 经大气修正后的测量误差仍高于20%。提出一种基于红外标准星的辐射测量方法, 使用与目标具有相近观测仰角的红外标准星作为参考源, 准确获取空间目标观测光路上的透过率, 分析了水汽、臭氧和观测仰角对透过率精度的影响。进行了红外星测量实验, 利用文中方法测量的目标辐射误差为4.65 %, 明显优于传统方法的14.57%。结果说明文中方法能作为一种获取空间目标红外辐射的有效途径。
辐射测量 红外星 空间目标 radiation measurement infrared star spatial target 红外与激光工程
2018, 47(8): 0804004
