1 辽宁科技大学土木工程学院, 辽宁 鞍山 114051
2 中国科学院空天信息创新研究院, 北京 100101
3 中国科学院大学资源与环境学院, 北京 100049
4 河南理工大学测绘与国土信息工程学院, 河南 焦作 454003
总悬浮物(TSM)是水环境评价的重要参数之一, 也是遥感水质反演的重要指标。 GF-1/WFV和GF-6/WFV作为高分系列对外免费开放的卫星数据, 在遥感监测中的应用较为广泛, 但目前针对两种数据的对比分析以及GF-6/WFV新增波段在水体水质参数反演中的适用性研究较少。 以云南滇池水域为研究区域, 对与水体实测数据同步过境(或时相相近)的GF-1/WFV和GF-6/WFV遥感影像采用统计分析的方法进行相同波段(蓝、 绿、 红、 近红外)一致性分析, 在此基础上运用经验回归方法分别构建两种数据的TSM反演模型, 并将加入GF-6/WFV新增波段的模型与GF-1/WFV构建的模型进行对比分析, 选择最优模型应用于滇池2020年的6幅GF-6/WFV图像得到滇池TSM分布图。 结果表明: GF-1/WFV与GF-6/WFV的蓝、 绿、 红、 近红外波段的相关系数分别为0.98, 0.98, 0.97和0.99, 两种数据的表观反射率具有很高的一致性。 GF-1/WFV基于蓝、 绿、 近红外波段构建的差值模型“B2+B4-B1”反演精度较高, 模型反演的均方根误差为6.35 mg·L-1, 平均绝对百分比误差为23.60%。 GF-6/WFV基于近红外、 红边1和红边2波段构建的比值模型“1/B5+B6”反演精度较高, 模型反演的均方根误差(RMSE)为3.07 mg·L-1, 平均绝对百分比误差(MAPE)为20.65%, 以GF-1/WFV构建的差值模型“B1-B4”与GF-6/WFV构建的“B5-B4”对比发现后者均方根误差减小了2.61 mg·L-1, 平均绝对百分比降低了32.33%, 实验表明加入红边波段的模型反演效果较其他模型更好。 采用建模公式得到了2020年滇池TSM分布图, 滇池TSM的变化范围在4~45 mg·L-1, 均值为18.23 mg·L-1, 总体空间分布呈现北重南轻的分布态势, 滇池TSM时间分布表现为上升-下降趋势。 该研究不仅可以为湖泊水质监测传感器波段设置提供参考和借鉴, 也为滇池水资源监管部门进行水质遥感监测提供了技术支撑。
滇池 总悬浮物 对比分析 GF-1/WFV GF-1/WFV GF-6/WFV GF-6/WFV Dianchi Lake Total suspended matter Comparison and analysis
光子学报
2021, 50(12): 1212002
1 中国建筑材料科学研究总院有限公司, 绿色建筑材料国家重点实验室, 北京 100024
2 太阳能与建筑节能玻璃材料加工技术北京市重点实验室, 北京 100024
3 中科信工程咨询(北京)有限责任公司, 北京 100039
4 中建材光芯科技有限公司, 山东 枣庄 277100
为实现工业生产中光纤传像材料的微纳米尺度形变监测,基于数字散斑相关理论提出了一种测量离面位移的新方法。运用数字散斑相关算法测得材料变形前后两幅图像之间的面内位移,然后根据楔面化模型即可得到光纤传像材料在显微镜下的离面位移场。介绍了离面位移提取算法的原理,并基于球面化理论对光纤传像材料离面位移测量进行了计算机模拟和实验测试,模拟结果与实验结果均表明该方法可以由二维图像中直观的面内位移直接提取离面位移,可以完成光纤传像材料的实时形变测量。该方法的优点为实验装置十分简单,只需要一部工业相机拍摄显微镜下两幅图像即可完成测量,提取离面位移时无需转换到频域和相位解包操作,适合于动态测量。
测量 数字散斑相关理论 离面位移 光纤材料 动态监测 工业检测 光学学报
2021, 41(17): 1712002
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院, 安徽 合肥 230026
2 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, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
3 中国科学技术大学精密机械与精密仪器系, 安徽 合肥 230026
4 生态环境部卫星环境应用中心, 北京 100094
利用中国科学技术大学开发的 GF-5/EMI 对流层 NO2 柱总量产品, 结合排放清单和地面降水、气温数据, 研究了 2019 年 1-8 月华北平原对流层 NO2 的时空变化趋势。结果表明, NO2 污染集中在河南省、河北省和天津市, 河南省焦作市 (1.670×1016 molecules·cm－2) 和河北省石家庄市 (1.426×1016 molecules·cm－2) 尤为严重; 周变化总体呈现“ 反周末效应”, 但部分农业城市趋势相反; 月变化从 1 月 (1.635×1016 molecules·cm－2) 起持续下降, 8 月降至最低水平 (1.839×1015 molecules·cm－2), 与月降水、月气温的相关系数分别为 －0.8622 (p = 0.0059 < 0.01) 和 －0.9162 (p = 0.0014 < 0.01), 与人为生活源月排放的相关系数为 0.9778 (p = 2.69×10－5< 0.01); 以天津市为代表的华北平原工业城市污染严重, 在未来大气污染治理中需继续关注。
对流层 高分五号 华北平原 NO2 污染 troposphere GF-5 the North China Plain NO2 pollution 大气与环境光学学报
2021, 16(3): 186
基于球面化成像算法, 提出了一种微通道板微尺度形变检测的方法.首先通过数学推演建立了图像球面化模型; 然后以直线图像为标准图, 对微通道板的形变做了成像模拟测试, 解释了微通道板像旋转现象的产生机理; 最后, 根据模拟数据和扫描电子显微镜测量所得的形变结果, 提出了双线形变检测方案,设计了检测仪器并制定了检测标准.光干涉仪的实际测量结果表明微通道板的实际形貌与模拟结果相符.当两条垂直直线在微通道板上的反射像的旋转夹角超过40°时该板被认为是不合格品; 当旋转夹角小于7°时则被认为符合国军标中的平面度标准.该方法的测量精度可达1 μm, 已被应用于微通道板生产过程中.
形变测量 机器视觉 图像球面化 微通道板 像旋转现象 检测 Deformation detection Machine vision Image spherizing Micro-channel plate Image twisting phenomenon Detection 光子学报
2018, 47(11): 1112003
山东师范大学物理与电子科学学院, 山东 济南 250014
提出了一种提取两幅条纹图像间离面变形相位的新方法。由数字散斑相关方法(DSCM)测得两帧连续图像间的运动场，根据光流基本等式，运用初始图像的条纹频率与该运动场计算全场变形相位分布。介绍了基于DSCM变形相位方法的原理，对周边固定、中心加载圆盘的变形相位测量进行了实验和计算机模拟，验证了该方法的有效性。模拟结果和实验结果表明，该算法能够将直观的面内运动场和离面变形相位的提取联系起来，能够解调出物体全场离面变形相位信息。该方法优点是操作过程简单方便，既不需要将条纹图像转换到频域，也不需要相位解包络运算，且在条纹越密集处提取的变形相位信息更准确。该方法为计算物体全场变形相位分布和动态测量物体形变提供了新的途径。
测量 数字散斑相关方法 条纹分析 动态形变测量 窗口傅里叶变换
山东师范大学 物理与电子科学学院, 济南 250014
为减少噪音对散斑相位图的影响, 提出了一种无阈值的窗口傅里叶变换滤波方法.通过对窗口内条纹频率幅值扫描, 寻找条纹频率幅值的最大值作为滤波标准, 得到最佳滤波图像, 缩短了计算时间, 解决了窗口傅里叶变换滤波中需要设定阈值的问题.在无阈值窗口傅里叶变换滤波算法基础上, 对散斑条纹图像进行了滤波, 证明了该算法的可行性和良好的滤波效果, 可用于各类条纹图像的低通滤波.
图像处理 窗口傅里叶变换 滤波 无阈值 Image processing Windowed fourier transform Filtering Non-threshold
