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基于强度图像和地物偏振反射率数据的光学遥感偏振成像仿真分析

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光学学报 2014年第10期34卷 280-285页

作者：黄红莲易维宁乔延利杜丽丽崔文煜中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031 中国科学技术大学物理学院安徽合肥230026

为获得满足偏振成像探测器的研制所需的偏振成像样本,并解决现有偏振遥感仿真分析中普遍缺乏实测数据支持的问题,提出了一种基于强度图像和实测地物偏振反射率数据的偏振成像仿真方法,介绍了其实现过程,并且得到了不同大气几何条件下的... 详细信息

为获得满足偏振成像探测器的研制所需的偏振成像样本,并解决现有偏振遥感仿真分析中普遍缺乏实测数据支持的问题,提出了一种基于强度图像和实测地物偏振反射率数据的偏振成像仿真方法,介绍了其实现过程,并且得到了不同大气几何条件下的卫星高度偏振仿真图像。通过与强度仿真图像定量的对比表明,偏振成像对比度受大气能见度的影响较弱,在低能见度及后向散射条件下或者某些特定方向上优势更为突出。偏振成像的清晰度对观测方向较为敏感这一属性可以指导选择特定的方向进行偏振探测,并最终提升雾霾条件下偏振成像对地遥感的目标识别能力。

关键词：遥感偏振仿真矢量辐射传输方程偏振反射率对比度

基于多角度偏振载荷数据的中国典型地物偏振特性研究

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物理学报 2015年第22期64卷 380-389页

作者：相坤生程天海顾行发郭红陈好王颖魏曦包方闻中国科学院遥感与数字地球研究所遥感科学国家重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

相对于传统的光学遥感,多角度偏振遥感不仅可以获取辐射强度信息,而且可以获取偏振强度信息.基于多角度偏振卫星载荷观测的中国典型地物的偏振反射率数据,获取了地表偏振双向反射模型——Nadal模型的中国区域模型参数值.在此基础上,基... 详细信息

相对于传统的光学遥感,多角度偏振遥感不仅可以获取辐射强度信息,而且可以获取偏振强度信息.基于多角度偏振卫星载荷观测的中国典型地物的偏振反射率数据,获取了地表偏振双向反射模型——Nadal模型的中国区域模型参数值.在此基础上,基于修正的Nadal模型研究了中国区域森林、草地、沙漠三种典型地物的多角度偏振特性.研究表明:1)各地物的偏振反射率均随着散射角的增大而减小,随着太阳天顶角和卫星观测天顶角的增大而增大;2)森林、草地和沙漠三种典型地表偏振反射率存在明显差别,森林的偏振反射率最低,草地的偏振反射率次之,沙漠的偏振反射率大约为森林的两倍;3)不同地物之间的偏振反射率差值均随着卫星观测天顶角和太阳天顶角的增大而增大.研究结果可为基于多角度偏振遥感数据探测地表偏振特性和反演气溶胶参数提供先验知识.

关键词：多角度偏振偏振反射率 Nadal模型遥感反演

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近红外偏振辐射卫星数据的海洋耀光动态检测

遥感学报 2019年第2期23卷 215-229页

作者：陈震霆孙晓兵汪俊锋李树黄红莲陈卫乔延利中国科学院合肥物质科学研究院通用光学定标与表征技术重点实验室合肥230031 中国科学技术大学合肥230026 昆明学院信息技术学院昆明650214 电子工程学院合肥230037

太阳光入射海表特定区域形成海洋耀光,呈强反射和偏振特性。在卫星海洋遥感中,海洋耀光对遥感成像质量有较大影响,尤其对海洋上空云、气溶胶及海色等研究干扰较大,因此剔除海洋耀光是卫星遥感数据处理过程中首先要解决的重要问题。以PAR... 详细信息

太阳光入射海表特定区域形成海洋耀光,呈强反射和偏振特性。在卫星海洋遥感中,海洋耀光对遥感成像质量有较大影响,尤其对海洋上空云、气溶胶及海色等研究干扰较大,因此剔除海洋耀光是卫星遥感数据处理过程中首先要解决的重要问题。以PARASOL卫星的POLDER3载荷数据为研究对象,获取载荷成像时刻太阳及观测几何、海表风速风向及气溶胶光学厚度等参数,采用海气辐射传输相关理论,结合耀光角和多角度NIR偏振辐射信息(865 nm),构建基于近红外偏振辐射特性规则的OGDD模型,获取耀光角临界值实现耀光动态检测。以印度洋某海区为研究对象,获取实测耀光区NIR通道的大气层顶反射率和偏振反射率,利用OGDD模型将耀光角判别临界值调整为34°。相比MODIS经验临界值(40°),标记耀光像元相对减少了30%。结果表明,该方法不仅能通过动态调整临界值准确识别海洋耀光,为云检测及云物理特性反演提供可靠的源数据,还能为高分五号卫星多角度偏振载荷在轨定标及气溶胶反演提供支持。

关键词： PARASOL 海气辐射海洋耀光辐射信息偏振反射率动态检测高分五号偏振遥感

PARASOL/POLDER3卫星数据的海洋上空云检测

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遥感学报 2018年第6期22卷 996-1004页

作者：陈震霆孙晓兵乔延利中国科学院合肥物质科学研究院中国科学院通用光学定标与表征技术重点实验室合肥230031 中国科学技术大学合肥230026

在卫星海洋遥感中,云作为海气耦合系统最重要的调节器之一,其检测结果对海洋上空云微物理特性的反演精度有较大影响。因此,快速而准确识别海洋上空的云像元是卫星遥感数据处理过程中首要解决的关键问题。以PARASOL (Polarization and An... 详细信息

在卫星海洋遥感中,云作为海气耦合系统最重要的调节器之一,其检测结果对海洋上空云微物理特性的反演精度有较大影响。因此,快速而准确识别海洋上空的云像元是卫星遥感数据处理过程中首要解决的关键问题。以PARASOL (Polarization and Anisotropy of Reflectances for Atmospheric Sciences coupled with Observations from a Lidar)卫星搭载的POLDER3载荷遥感数据为研究对象,提出一种改进的海洋上空云检测方法。首先剔除海洋耀光;接着利用有云与晴空区近红外反射率差异检验识别有云像元,并利用偏振反射率检验进一步识别低反射率的云像元;然后利用近红外与可见光反射率比值检验识别晴空像元;最后建立多角度云检测结果空间融合规则,重新标记有云、晴空和未定像元。以印度洋海区为例进行实验分析,将云检测结果与Buriez方法进行对比,发现检测精度基本相当,而有云像元的识别速度却平均提高约3倍。结果表明:该方法能有效的检测出海洋上空的云像元,满足业务化数据处理的高精度及时效性要求,为后续云微物理特性反演提供可靠的数据源。

关键词：云检测 POLDER3载荷偏振反射率多角度空间融合近红外

基于高分五号卫星DPC和AERONET站点数据的地表BPDF模型对比分析

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光学学报 2022年第18期42卷 138-146页

作者：提汝芳樊依哲黄红莲刘晓孙晓兵洪津刘淑芬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 中国科学技术大学安徽合肥230026 合肥市农业行业首席专家工作室安徽合肥230031 山东省泰安生态环境监测中心山东泰安271018

大气气溶胶卫星偏振遥感探测中,地表偏振反射率估计是最重要的不确定因素之一,是气溶胶反演过程中地气解耦的重要环节。基于高分五号卫星大气气溶胶多角度偏振探测仪(DPC)近红外波段865 nm的多角度偏振观测数据,利用全球地基气溶胶监测... 详细信息

大气气溶胶卫星偏振遥感探测中,地表偏振反射率估计是最重要的不确定因素之一,是气溶胶反演过程中地气解耦的重要环节。基于高分五号卫星大气气溶胶多角度偏振探测仪(DPC)近红外波段865 nm的多角度偏振观测数据,利用全球地基气溶胶监测网(AERONET)站点的气溶胶产品AOD L2.0与DPC数据进行时空匹配,筛选气溶胶光学厚度(AOD)低值数据,以减小气溶胶的影响,获取地表多角度偏振反射率数据。针对8种典型地表类型,基于DPC多角度偏振数据定量比较分析了Nadal-Bréon模型、Waquet模型、Maignan模型、Litvinov模型和Xie-Cheng模型5个半经验地表双向偏振反射分布函数(BPDF)模型的性能。研究结果表明,Litvinov模型和Nadal-Bréon模型所得的结果与实测数据可以较好地吻合,两个模型与DPC实测数据的相关性系数均值分别为0.958和0.952,均方根误差均值分别为0.202%和0.223%。研究结果为基于DPC数据估算地表偏振反射率提供了BPDF模型参考,为利用DPC多角度偏振数据反演气溶胶参数等应用提供了先验数据支持。

关键词：遥感多角度偏振探测仪双向偏振反射分布函数模型地表偏振反射率

基于航空偏振相机的海上气溶胶光学特性反演与验证

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光学学报 2014年第6期34卷 20-26页

作者：黄红莲易维宁乔延利中国科学院安徽光学精密机械研究所安徽合肥230031 中国科学技术大学物理学院安徽合肥230022

采用基于逐次散射法的矢量辐射传输模型,通过求解矢量辐射传输方程,分析了影响海面上空气溶胶光学参数反演的主要因素。根据海洋大气气溶胶模型,通过构建多参数的反射率和偏振反射率查找表,给出了用于海上气溶胶光学参数反演的查找表迭... 详细信息

采用基于逐次散射法的矢量辐射传输模型,通过求解矢量辐射传输方程,分析了影响海面上空气溶胶光学参数反演的主要因素。根据海洋大气气溶胶模型,通过构建多参数的反射率和偏振反射率查找表,给出了用于海上气溶胶光学参数反演的查找表迭代查找法。利用自主研制的多角度航空偏振相机在渤海湾上空航拍的偏振辐射数据,反演获得了该海域550nm波段的气溶胶光学厚度和ngstrm波长指数,其均值分别为0.441和1.15。通过与布置在京津塘周边的多个地基CE318太阳辐射计同步观测数据进行的对比校验发现,两者间具有很好的一致性,说明反演方法针对海天背景的实际问题的考虑和处理过程切实可行。

关键词：大气光学气溶胶光学厚度多角度偏振相机偏振反射率 Angstrom指数

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偏振微面双向反射分布函数建模与仿真研究

光学技术 2024年第5期50卷 560-566页

作者：黄宝锐彭勃任栖锋廖胜中国科学院光电技术研究所四川成都610209 电子科技大学光电科学与工程学院四川成都610054 中国科学院光场调控科学技术全国重点实验室四川成都610209 中国科学院空间光电精密测量技术重点实验室四川成都610209 中国科学院大学北京100049

偏振双向反射分布函数(p-BRDF)可以描述物体表面反射光的空间偏振特性,在许多领域得到了应用。基于微面理论,由微面和物体表面的角度关系以及微面上的菲涅耳反射,对任意偏振状态入射光和反射光的电场振动矢量进行分解与合成,得到偏振反... 详细信息

偏振双向反射分布函数(p-BRDF)可以描述物体表面反射光的空间偏振特性,在许多领域得到了应用。基于微面理论,由微面和物体表面的角度关系以及微面上的菲涅耳反射,对任意偏振状态入射光和反射光的电场振动矢量进行分解与合成,得到偏振反射率pjk,将其作为菲涅耳反射项代入Cook-Torrance BRDF模型中,建立偏振微面BRDF模型。在几何光学模型中引入偏振,模型简单且有明确的物理意义。利用粒子群优化算法,结合黄铜表面的面内BRDF实验数据拟合模型中的参数,参数选取的标准均方误差为0.2820~5.7049%,最佳校正决定系数为0.9957。结果表明,偏振微面BRDF模型用于描述偏振反射特性的准确性和可行性。

关键词：光学测量偏振双向反射分布函数微面理论偏振反射率粒子群优化算法

POLDER-2/PARASOL卫星气溶胶业务产品在北京地区的验证分析(英文)

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遥感学报 2009年第1期13卷 137-144页

作者：范学花陈洪滨林龙福韩志刚 Philippe Goloub 章文星北京应用气象研究所北京100029 中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境探测实验室北京100029 Laboratoire d'Optique Atmospherique Universite des Sciences et Technologies de Lille 59655法国

利用地面AERONET/PHOTONS气溶胶观测网北京和香河站点的资料,在北京地区对POLDER-2/PARASOL卫星多角度偏振信息获得的气溶胶反演产品进行了验证分析。地基AERONET/PHOTONS观测网的体积谱分布资料分析显示,在北京地区气溶胶尺度分布的细... 详细信息

利用地面AERONET/PHOTONS气溶胶观测网北京和香河站点的资料,在北京地区对POLDER-2/PARASOL卫星多角度偏振信息获得的气溶胶反演产品进行了验证分析。地基AERONET/PHOTONS观测网的体积谱分布资料分析显示,在北京地区气溶胶尺度分布的细粒子截断半径约为0.3μm。将POLDER-2/PARASOL卫星气溶胶业务产品和重新定义的地基AERONET/PHOTONS细模态(半径r<0.3μm)气溶胶光学厚度(AOT)比较,两者在北京地区有着很好的一致性,说明卫星的气溶胶业务反演产品表征了主要来自人类污染排放的细粒子气溶胶贡献。然而,由于POLDER系列卫星业务反演方法固定了埃斯屈朗(ngstrm)指数的变化范围是1.8～3.0,造成了细粒子贡献占绝对主导的局限。由地基AERONET/PHOTONS观测资料的分析可知,这个埃斯屈朗指数的先验值远远大于北京地区的地基测量结果,导致了POLDER业务反演的气溶胶光学厚度偏低,埃斯屈朗指数偏高。

关键词：气溶胶 POLDER PARASOL 体积谱分布偏振反射率

利用多角度POLDER偏振资料实现陆地上空大气气溶胶光学厚度和地表反照率的同时反演 I.理论与模拟

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大气科学 2007年第5期31卷 757-765页

作者：段民征吕达仁中国科学院大气物理研究所中层大气与全球环境开放实验室北京100029

陆地上空标量辐射对地表反射率和大气气溶胶散射都具有很强的敏感性,而偏振反射只对大气气溶胶敏感,对地表不敏感。根据这个原理并结合POLDER(POLarization and Directionality of Earth Reflectance)资料的特点,作者提出综合利用标量... 详细信息

陆地上空标量辐射对地表反射率和大气气溶胶散射都具有很强的敏感性,而偏振反射只对大气气溶胶敏感,对地表不敏感。根据这个原理并结合POLDER(POLarization and Directionality of Earth Reflectance)资料的特点,作者提出综合利用标量辐射和偏振反射信息来实现陆地上空大气气溶胶和地表反照率的同时反演。首先,利用多角度偏振辐射观测提取大气气溶胶光学参数,再利用标量辐射测量对偏振反演结果作进一步筛选和订正,同时获得地表反射率。数值模拟试验结果证明,仅利用偏振信息只能获取大气气溶胶信息,而且其结果误差较大,特别是对于散射作用较强的短波长通道如670 nm误差更大,但经过标量辐射订正后的结果得到明显改善,气溶胶光学厚度和地表反射率与真实值之间相关系数都达到0.99以上。为提高查找表的计算效率,提出并建立了反演方案所需要的半参数化数值表,利用内插方法寻求气溶胶光学厚度和地表反射率的数值解的反演方法。

关键词：气溶胶反照率偏振反射率矢量辐射传输