1 中科技术物理苏州研究院，江苏 苏州215000云遥动力科技(苏州)有限公司，江苏 苏州215000
2 中科技术物理苏州研究院，江苏 苏州215000中国科学院上海技术物理研究所，上海200083云遥动力科技(苏州)有限公司，江苏 苏州215000
风云四号A卫星（FY-4A）部分通道的图像分辨率较低，影响风云卫星多通道协同监测能力。针对该问题，提出一种改进的超分辨率生成对抗网络（Enhanced Super-Resolution Generative Adversarial Networks, ESRGAN）算法来实现FY-4A影像的超分辨率重建。该方法基于ESRGAN的生成器架构，利用迁移学习策略，将预训练权重作为模型的初始值，设计了一组包含5层空洞卷积层的残差密集模块（Residual-in-Residual Dense Block, RRDB），并优化了损失函数。结果表明，在4倍影像分辨率重建下，相比于ESRGAN算法，改进的ESRGAN算法在峰值信噪比(Peak Signal-to-Noise Ratio, PSNR)、结构相似性（Structural Similarity，SSIM）、空间相关系数（Correlation Coefficient，CC）上分别提高了0704、0029、0002，均方根误差（Root-Mean-Square Error，RMSE）降低了10%，且重建影像更加清晰自然，纹理更加细致。
风云四号 深度学习 图像重建 超分辨率 Fengyun-4 deep learning image reconstruction super resolution
1 南京信息工程大学自动化学院，江苏 南京 210044
2 无锡学院物联网工程学院，江苏 无锡 214105
针对风云四号卫星图像近红外和短波红外波段空间分辨率远低于相应的可见光波段的问题，提出一种基于匹配提取和跨尺度特征融合网络的超分辨率方法，以高分辨率波段图像作为参考图像，辅助重建低分辨率的可见光与近红外波段。首先，使用匹配提取模块，利用高分辨率图像与低分辨率图像间的相似性，将高分辨率图像的细小纹理信息融合到低分辨率图像中。然后，使用跨尺度特征融合方法将仍存在亮度、颜色、结构等差异的参考图像特征图和低分辨率特征图融合。最后，结合空间-光谱总变异损失和L1损失保证重建结果的空间和光谱可信度。实验结果表明，所提方法在空间和光谱可信度方面取得了良好的结果。与Bicubic、RDN、RCAN、EDSR、Dsen2等方法相比，该方法取得了最优的质量评价指标，能有效提高风云四号卫星影像的空间分辨率。
图像处理 风云四号 超分辨率 特征匹配提取 跨尺度特征融合 激光与光电子学进展
2023, 60(14): 1410013
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
3 中国气象局国家卫星气象中心，北京 100081
静止轨道快速成像仪（GHI）是风云四号B星（FY-4B）的主要有效载荷之一。针对该仪器长波红外波段的大视场、高空间分辨率等特点，提出了相应的发射前辐射定标和表征方法。建立了一套定标系统装置，实现了长波红外波段的发射前辐射定标，定标不确定度优于0.67 K@300 K。测量并研究了长波红外波段的空间噪声特性。根据长波红外焦平面4个线阵的设计特点，提出了两种最佳成像探元选择方法，即基于信噪比最大化和响应信号固定图形噪声最小化的方法。测量并分析了这两种最佳成像探元组合线阵的温度探测灵敏度，均优于任务要求，平均水平达到了50~60 mK@300 K。评估了星上黑体参考标准的精度，星上黑体标称亮温比真实亮温偏低约0.42 K@300 K，该结果对黑体的在轨应用具有重要参考意义。
测量 辐射定标 红外成像系统 黑体 光学遥感 静止轨道快速成像仪 风云四号 光学学报
2023, 43(12): 1212005
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所，上海 200083
多通道扫描成像辐射计（Advanced Geostationary Radiation Imager，AGRI）是风云四号A星的主要有效载荷之一。为了满足AGRI长波红外遥感数据高精度定量化应用的要求，构建了扫描镜热辐射随机械转角变化的函数模型，提出了一种可用于星上黑体和地球场景观测遥感数据的校正算法。基于FY-4A星AGRI的在轨数据，分析了模型参数对扫描镜温度的依赖性，研究评估了校正算法对长波红外定标精度的改善效果。在扫描镜温度场平稳时间段内，扫描镜热辐射校正后，B11（8.0~9.0 μm）、B12（10.3~11.3 μm）、B13（11.5~12.5 μm）波段的定标偏差分别可以得到-2.81 K~+1.06 K、-0.60 K~+0.19 K、-0.68 K~+0.24 K的显著改善。与IASI交叉定标检验结果表明，改善后的在轨定标亮度温度偏差优于0.5 K@290 K。
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
基于黑体的在轨辐射定标是多通道扫描成像辐射计(AGRI)红外通道采用的辐射定标方案之一,AGRI某些长波红外通道的图像经过黑体定标后仍残留部分条带噪声,这将影响图像质量。分析了AGRI基于星上黑体的辐射定标模型,提出了通道内像元间光谱响应非均匀性的概念;对像元间光谱响应非均匀性与条带噪声的关系进行了仿真分析;基于分析结果,提出了一种利用均匀场景进行相对辐射定标的方法,并使用AGRI的成像数据,验证了该方法对抑制由像元间光谱响应非均匀性导致的条带噪声的有效性。
成像系统 黑体定标 光谱响应非均匀性 条带噪声 相对辐射定标 风云四号 光学学报
2022, 42(12): 1211001
1 中国科学院上海技术物理研究所红外探测与成像技术重点实验室，上海 200083
2 国家卫星气象中心，北京 100081
3 中国科学院大学，北京 100049
云污染容易造成星基红外高光谱观测精度下降，导致大量观测信息损失。针对有云情况下的干涉式大气垂直探测仪（FY-4A/GIIRS）的观测数据，提出一种云上温度廓线反演方法。利用辐射传输模型分别开展晴空和有云情况下的观测亮温模拟实验，统计分析不同通道的模拟亮温变化特征，根据云顶气压确定通道优选方案，通过神经网络算法实现云上的温度廓线反演，温度廓线反演的精度评估采用ERA5再分析数据作为参照标准。实验结果表明均方根误差（RMSE）整体优于1.5 K，反演的温度廓线具有较高的精度，有效地提高了FY-4A/GIIRS在云污染情况下的观测资料使用率。
大气光学 风云四号气象卫星 干涉式大气垂直探测仪 云污染 温度廓线 大气遥感 激光与光电子学进展
2021, 58(17): 1701002
1 Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai200083, China
2 Key Laboratory of Infrared Detection and Imaging Technology, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai00083, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing100049, China
针对风云四号A星的多通道扫描辐射计（AGRI）出现的行间错位问题，提出解决方案。首先，根据AGRI的扫描方式结合傅里叶相移特性，计算错位行相邻像元相位差谱曲线；其次，通过最小二乘法拟合相位差谱的低频部分获取错位值；最后，利用“权重分配”的方式根据行间错位值对错位行进行重建，解决行间错位问题。本文对该方案进行了仿真实验验证，并对AGRI的在轨数据进行了处理。结果表明应用该方案的重建可以将错位值配准到一个像元以内，实现较好的行间配准结果。
行间配准 相位差谱 图像重建 AGRI图像 风云四号 registration between adjacent rows phase difference spectrum image reconstruction AGRI image Fengyun-4A
1 上海海事大学信息工程学院，上海 201306
2 西藏自治区经济和信息化厅信息化推进处，拉萨 850033
云相态分类在气象预报和气候研究中具有重要的地位。我国新一代气象卫星风云四号的成像仪在光谱通道数量和空间分辨率较上一代风云二号有较大提升，这为云相态的研究提供了新的遥感数据。本文首先对风云四号相隔 15 min的遥感图像进行分析，然后提出亮温云相态指数，该指数可以进行初步云相态分类，最后在此基础上提出基于集成学习的云相态分类算法。实验结果与风云四号官方云相态分类结果进行比较，水云的一致率达到 91.69%，冰云的一致率达到 76.10%。
云相态 集成学习 风云四号 遥感图像处理 cloud phase, ensemble learning, FY-4, remote image
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
分析了多通道扫描成像辐射计(AGRI)条带噪声的主要来源,建立了条带噪声的图像退化模型,提出了一种基于直方图匹配与各向异性全变分正则化相结合的去条带(HMATV)方法。该方法首先使用直方图匹配抑制探测器像元间的非均匀性响应,接着利用各向异性全变分正则化模型去除剩余的条带噪声。使用定性和定量指标对各方法的处理结果进行评价,结果显示:与其他现有前沿的去条带方法相比,所提方法不仅获得了更优异的条带噪声去除效果,还有效保护了原始图像的细节信息。
遥感 条带噪声 直方图匹配 各向异性全变分 风云四号 光学学报
2019, 39(12): 1228004
