中国科学院空天信息创新研究院 中国科学院定量遥感信息技术重点实验室, 北京 100094
针对目前传统的地物光谱仪对光信号强度要求较高, 只能白天使用, 无法在夜间使用而导致夜间遥感在轨辐射定标不确定度较高的问题, 提出一种将传统光谱仪的CCD(Charge-Coupled Device)探测器与像增强器直接耦合提升光谱仪低照度条件下信息获取能力的技术方案。基于该技术方案的光谱仪可有效实现地面目标光谱信息的夜间测量。相关测试试验结果表明: 在入射光源只有月光和星光的条件下, 该微光光谱仪可有效实现对地面目标光谱信息的测量, 且性能良好稳定, 未来可应用于夜间遥感定标、夜间目标光谱信息获取等应用领域, 为夜间遥感在轨定标精度的提升奠定技术基础。
1 中国科学院空天信息创新研究院 定量遥感信息技术重点实验室，北京 100094
2 中国科学院大学 电子电气与通信工程学院，北京 100049
一氧化碳（CO）在热红外波段吸收强度弱且吸收区内具有较多的干扰信号，利用热红外数据反演高精度CO廓线的难度大。超光谱红外探测仪的开发和应用，为提升CO廓线的反演精度提供了可能。然而，随着超光谱热红外数据分辨率的上升、通道之间的间隔变窄，这在给数据引入特有可反演信息的同时产生大量冗余信息。为了保证反演精度和效率，有必要对通道进行选择来获取包含最大可反演信息的通道同时剔除冗余信息。提出了一种同时考虑通道灵敏度和权函数特性的峰采样通道选择方法，用于从超光谱红外数据中反演CO廓线。该方法首先通过分析通道对不同气体的灵敏度情况，去除受其他气体干扰较大的通道获得初选通道。然后，分析初选通道的权函数特性后发现，位于CO亮温变化谱线中峰顶和峰底的通道分别包含了不同大气层的CO反演信息，将这些通道选取为最终通道选择结果。以阿拉善沙漠地区、京津地区、长江三角洲及珠江三角洲的冬夏晴空大气为主要研究对象，比较峰采样法与最优灵敏度剖面法（OSP）所得的通道选择结果及相应的CO廓线反演精度。结果表明，该方法选择的通道比OSP方法选择的通道能覆盖更宽的光谱范围且包含更多的CO反演信息。而且，峰采样通道选择方法的应用可以有效提高本文所研究区域和季节的CO廓线反演精度，其中在阿拉善地区冬季大气条件下改善效果最为明显，反演结果的均方根误差（RMSE）由3.23×10-8 g/g降至3.07×10-8 g/g，平均反演精度提高了10.56%。
大气科学 通道选择 CO廓线反演 超光谱热红外数据 灵敏度 权函数特性 atmospheric science channel selection CO profile retrieval ultra-spectral thermal infrared data sensitivity weighting function characteristics
1 中国科学院空天信息创新研究院定量遥感信息技术重点实验室, 北京 100094
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 季华实验室, 广东 佛山 528000
4 内蒙古北方重工业集团有限公司, 内蒙古 包头 014033
将多个阵列推扫式相机以阵列方向视场拼接的方式进行组合,可以克服相机的探测器规模限制,在保证空间分辨率的同时有效增加视场角。现有视场拼接方法多建立在各子视场严格几何定标的基础上,需要高精度地面定标场数据或检校航带支持。本文提出了一种基于同名特征的子视场相对定向方法,从窄重叠区同名像点出发,在数字高程模型的辅助下建立子视场相对定向模型,同时辅以视场外侧稀少控制点的绝对约束,准确恢复相邻相机之间的安装关系。利用仿真数据对该方法进行的验证实验表明,本文方法解算得到的相对定向参数可支持子视场影像的无缝拼接,影像拼接精度优于2 pixel,几何定位精度平面中误差优于3 pixel。
成像系统 外拼接成像系统 相对定向 航空推扫式 图像拼接 光学学报
2021, 41(18): 1811001
1 中国科学院空天信息创新研究院定量遥感信息技术重点实验室, 北京 100094
2 中国科学院大学电子电气与通信工程学院, 北京 100049
光学载荷辐射定标结果的地基验证受地-气系统中多个因素的综合影响,导致单场地单次验证结果存在差异,且无法对结果进行有效对比和综合分析。考虑了目标特性、大气环境等因素对单场地单次验证结果的影响,提出了一种以验证结果不确定度为权重的基于加权平均值综合定权方法,获取更接近真实值的关键比较参考值(KCRV),实现对单场地单次验证结果的对比和综合分析。同时,基于国家高分辨遥感综合定标场不同反射特性的地面目标对国产高分辨率载荷ZY-3/MUX的辐射定标结果进行综合验证。结果表明,基于12个验证样本的KCRV在蓝光、绿光、红光、近红外波段分别为3.88%、5.42%、6.14%、9.81%,对应的不确定度分别为1.79%、1.87%、1.96%、2.02%,其中,9个验证样本的等效度小于0.1,证明这些样本的验证结果更接近KCRV。
地基验证 不确定性分析 定权 关键比较参考值 光学学报
2020, 40(17): 1712002
1 中国科学院光电研究院 中国科学院定量遥感信息技术重点实验室, 北京 100094
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 内蒙古北方重工业集团有限公司, 内蒙古 包头 014033
热辐射方向性是热红外遥感反演和产品真实性检验中的关键问题之一.针对行播作物, 构建了一个综合考虑光照植被/阴影植被、光照土壤/阴影土壤、植被-土壤多次散射和观测视场多影响因素的行播作物热辐射方向性模型, 并详细分析模型精度以及模型对LAI、冠层结构等参数的敏感性.结果表明, 该模型不仅能够很好体现出行播结构热辐射特性和热点效应, 而且适用于连续作物热辐射特性模拟; 与现有FRA97模型和FovMod模型对比一致性良好, 均方根误差分别为0.18 K和0.36 K.
观测视场 行播作物 热辐射 方向性 sensor footprint row crop thermal radiance directionality
1 中国科学院光电研究院 中国科学院定量遥感信息技术重点实验室, 北京 100094
2 中国科学院大学, 北京 100049
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.
高光谱热红外数据 地表温度 地表比辐射率 hyperspectral thermal infrared data land surface temperature land surface emissivity
1 中国科学院光电研究院定量遥感信息技术重点实验室，北京100094
2 中国科学院大学，北京100049
地表温度反演是红外定量遥感的核心内容之一.与热红外(8~14μm)数据相比，中红外(3~5μm)波谱区大气透过率更高、对发射率的敏感性更低，在温度反演方面具有独特的优势.引入热红外地表温度反演思路，发展了仅利用夜间中红外双通道数据的地表温度反演算法，分析了宽通道组合(3~4 μm和4~5 μm)和窄通道组合(3929~3.989 μm和4.020~4.080μm)模式下的温度反演精度以及模型对噪声和发射率的敏感性.结果表明，宽、窄两种通道组合模型的温度反演精度分别为~0.5 K和~0.3 K；噪声等效温差和地表发射率误差对窄通道组合模型的影响更大.
中红外夜间数据 地表温度 地表发射率 mid-infrared night-time data land surface temperature land surface emissivity
