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高光谱遥感影像异常目标检测研究进展

遥感学报 2024年第1期28卷 42-54页

作者：屈博郑向涛钱学明卢孝强中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术实验室西安710119 西安交通大学信息与通信工程学院西安710049 中国科学院大学北京100049

随着航空航天技术与遥感技术的不断发展,遥感影像在诸多领域的应用不断拓展,其中高光谱分辨率遥感影像具有“图谱合一”的特点,即该数据既包含了具有强大区分性的地物光谱信息,又包含了丰富的地物空间位置信息,因此高光谱数据具有非常... 详细信息

随着航空航天技术与遥感技术的不断发展,遥感影像在诸多领域的应用不断拓展,其中高光谱分辨率遥感影像具有“图谱合一”的特点,即该数据既包含了具有强大区分性的地物光谱信息,又包含了丰富的地物空间位置信息,因此高光谱数据具有非常大的应用潜力。高光谱异常目标检测问题,是在对目标先验信息未知的前提下,根据光谱与空间信息实现对区域中的异常目标的进行“盲”检测,因此其在资源调查、灾害救援等领域发挥了巨大的作用,是遥感领域非常重要的研究课题。本文针对高光谱遥感影像异常目标检测研究方向,首先总结阐述了目前高光谱异常目标检测问题的主要研究进展,根据算法原理的不同对现有主流算法进行了分类与总结,主要分成了基于统计学、基于数据表达、基于数据分解、基于深度学习等不同的种类的方法,并对每类方法的特点进行分析。随后通过对现有方法的调研、分析与总结,提出了数据库拓展、多源数据融合、算法实用化等高光谱异常检测研究未来发展的3个方向。

关键词：遥感高光谱遥感高光谱异常检测深度学习矩阵分解

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一种大孔径静态干涉高光谱成像数据压缩方法

光子学报 2024年第6期53卷 226-239页

作者：汪巍冯向朋张耿刘学斌李思远中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049 陕西省光学遥感与智能信息处理重点实验室西安710119

大孔径静态干涉成像遥感数据的数据量较大,需要寻找一种合适的方法对其压缩。从大孔径静态干涉成像机理出发,分析了干涉数据的空间和干涉维冗余性,并基于现有成熟混合压缩编码方法,提出了基于相似干涉曲线与不同光程差之间冗余去除的算... 详细信息

大孔径静态干涉成像遥感数据的数据量较大,需要寻找一种合适的方法对其压缩。从大孔径静态干涉成像机理出发,分析了干涉数据的空间和干涉维冗余性,并基于现有成熟混合压缩编码方法,提出了基于相似干涉曲线与不同光程差之间冗余去除的算法,对冗余数据进行去除预处理。对干涉数据进行基于曲线表的干涉曲线编码表示,对不同光程差之间的图像进行相关性预测,减少了大孔径静态干涉成像遥感图像的量化深度并降低了图像的信息熵,再结合JPEG2000算法进行无损或有损压缩。实验结果表明,对于大孔径静态干涉成像数据,该算法可实现压缩比为3.1倍的无损压缩,有损压缩的率失真曲线也优于其他对比算法,其复原图像反演出的光谱曲线的光谱角和相对二次误差均优于其他对比算法处理的数据,有效保护了光谱信息。

关键词：大孔径静态干涉成像图像压缩信息冗余干涉光谱

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间接型光谱成像仪相对光谱响应函数标定方法

物理学报 2024年第12期73卷 108-117页

作者：李潇潇李娟柏财勋畅晨光郝雄波文镇清王鹏冲冯玉涛中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049 山东理工大学物理与光电工程学院淄博255000

间接型光谱成像仪通常采用面阵探测器作为光电转换器件,探测器像元间光谱响应的不一致性会导致采集到的目标光谱失真,所以标定和修正像元间光谱响应的不一致性是提升间接型光谱成像仪光谱辐射测量精度的重要手段.本文以干涉光谱成像仪为... 详细信息

间接型光谱成像仪通常采用面阵探测器作为光电转换器件,探测器像元间光谱响应的不一致性会导致采集到的目标光谱失真,所以标定和修正像元间光谱响应的不一致性是提升间接型光谱成像仪光谱辐射测量精度的重要手段.本文以干涉光谱成像仪为例,分析了系统像元间相对光谱响应不一致对目标光谱辐射测量准确性的影响,提出了基于傅里叶变换调制定标源的间接型光谱成像仪全系统相对光谱响应函数测量方法,并建立了相对光谱响应函数标定的数理模型.仿真分析结果表明,理想无噪声时,像元间1%的相对光谱响应不一致性会对复原光谱造成1.02%的相对误差,经过相对光谱响应校正后,不同行复原光谱的相对误差降至0.08%.最后,仿真分析了相对光谱响应不一致性在不同光谱信噪比下的校正效果.该方法可提高间接型光谱成像仪光谱测量的准确性和一致性.

关键词：间接型光谱成像仪傅里叶变换光谱仪相对光谱响应定标

基于F-P干涉仪CH_(4)气体点源探测关键参数仿真分析

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光子学报 2024年第1期53卷 176-186页

作者：张强柏财勋傅頔李娟畅晨光赵珩翔王素凤冯玉涛中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术重点实验室西安710119 中国科学院大学北京100049 山东理工大学物理与光电工程学院淄博255000

基于多光束干涉光谱成像原理,研究一种高空间分辨率甲烷气体点源探测方法。首先,介绍了甲烷气体探测仪的工作原理和探测方案,详细设计法布里-珀罗干涉仪的系统参数,并建立甲烷气体探测正演模型。然后,分析了干涉信号和甲烷浓度之间的对... 详细信息

基于多光束干涉光谱成像原理,研究一种高空间分辨率甲烷气体点源探测方法。首先,介绍了甲烷气体探测仪的工作原理和探测方案,详细设计法布里-珀罗干涉仪的系统参数,并建立甲烷气体探测正演模型。然后,分析了干涉信号和甲烷浓度之间的对应关系,以及仪器参数对探测灵敏度的影响。最终,迭代优化得到各光学结构参数的最优取值。结果表明,在甲烷探测波段为1630~1675 nm,自由光谱范围为12.5 nm,光谱分辨率为0.1 nm,法布里-珀罗标准具腔长为0.08 mm,腔内反射率为97.5%,截止滤光片范围为(1630±4)nm~(1675±4)nm时,探测源25%浓度变化对应的干涉信号相对变化量范围为[0.65%,4.30%],探测灵敏度较好。研究结果可为高精度碳监测提供理论依据和技术支撑。

关键词：温室气体探测甲烷法布里-珀罗干涉仪探测灵敏度

基于自由曲面的紧凑型大视场离轴三反空间光学系统设计

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光子学报 2024年第9期53卷 166-180页

作者：陆志贤李旭阳任志广许彤裕边立国魏锦洋姚凯中中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学技术研究室西安710119 中国科学院大学北京100049

为缩小空间光学系统的体积,降低遥感卫星的发射成本,根据初级像差理论求解光学系统的初始结构,采用视场和面型的渐进式优化策略设计了一款焦距为2000 mm,视场为5°×5°,F数为12.5,外包络圆直径为750 mm,具有“环形轮廓”的离轴三反光... 详细信息

为缩小空间光学系统的体积,降低遥感卫星的发射成本,根据初级像差理论求解光学系统的初始结构,采用视场和面型的渐进式优化策略设计了一款焦距为2000 mm,视场为5°×5°,F数为12.5,外包络圆直径为750 mm,具有“环形轮廓”的离轴三反光学系统。系统的主镜和三镜采用XY多项式自由曲面,次镜采用Zernike多项式自由曲面。根据自由曲面的面型参数,仿真出三个镜面的二维矢高图。设计结果表明系统的成像质量接近衍射极限,各视场RMS光斑直径最大为8.38μm,小于探测器的2个像元尺寸大小。系统能量集中度高,最大相对畸变量为1.88%,最大波前像差为0.053λ,各视场波像差优于λ/18。公差分析结果表明系统成像质量良好,可以满足各项指标要求。

关键词：光学设计离轴三反自由曲面大视场 XY多项式 Zernike多项式空间相机

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SO_(2)紫外相机标准泡定标法的误差校正

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光学学报 2024年第6期44卷 92-104页

作者：张会亮李发泉李娟王后茂张子豪郭建军武魁军何微微烟台大学物理与电子信息学院山东烟台264005 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院湖北武汉430071 中国科学院西安光学精密机械研究所中国科学院光谱成像技术重点实验室陕西西安710119 中国科学院国家空间科学中心北京100190

针对标准泡法在远距离SO_(2)监测定标不准确的实际问题,开展定标误差校正方法研究。首先,基于标准泡定标法原理以及大气辐射传输理论,提出消除光稀释效应影响的图像校正方法;然后,在充分分析窗片与滤光片反射以及气溶胶散射效应的基础上... 详细信息

针对标准泡法在远距离SO_(2)监测定标不准确的实际问题,开展定标误差校正方法研究。首先,基于标准泡定标法原理以及大气辐射传输理论,提出消除光稀释效应影响的图像校正方法;然后,在充分分析窗片与滤光片反射以及气溶胶散射效应的基础上,对反射效应及散射特性对定标结果的影响进行量化;最后,综合上述影响因素计算得到光稀释效应校正及散射特性修正的定标曲线,并比较误差校正的标准泡定标法与DOAS定标法在反演SO_(2)柱密度图像以及SO_(2)排放速率之间差异。结果表明,所提出的校正方法可将标准泡法与DOAS法的定标结果差异从59%降低至7%,验证了该误差校正方法的有效性和准确度。

关键词：大气光学 SO_(2)紫外相机标准泡法定标曲线光稀释效应误差校正排放速率

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中高层大气风场探测光学干涉仪载荷发展综述

光学学报 2024年

作者：韩斌冯玉涛王劲松胡秀清宗位国徐娜黄聪毛田郝雄波李勇国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心)中国气象局空间天气重点开放实验室中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术研究室

风场是表征地球中高层大气系统动力学特征的重要参数，也是气象预报、空间天气、气候学等领域业务工作和科学研究必需的基础数据。基于光学干涉仪卫星载荷的被动光学遥感是获取中高层大气风场数据的主要技术手段之一。本文综述国际上发... 详细信息

风场是表征地球中高层大气系统动力学特征的重要参数，也是气象预报、空间天气、气候学等领域业务工作和科学研究必需的基础数据。基于光学干涉仪卫星载荷的被动光学遥感是获取中高层大气风场数据的主要技术手段之一。本文综述国际上发射成功的星载测风干涉仪载荷的研究现状和进展，涉及法布里-珀罗干涉仪、广角迈克尔逊干涉仪和多普勒差分干涉仪三种技术体制，主要从风场探测技术原理、载荷总体技术方案和观测数据产出应用等方面进行介绍，并探讨中高层大气风场探测光学干涉仪载荷的未来发展趋势，为我国新一代风云气象卫星体系中大气动力学特性探测载荷的发展和规划提供参考。

关键词：大气光学大气风场测风干涉仪光学载荷

中高层大气风场探测光学干涉仪载荷发展综述（特邀）

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光学学报 2024年第18期 122-140页

作者：韩斌冯玉涛王劲松胡秀清宗位国徐娜黄聪毛田郝雄波李勇中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术研究室国家卫星气象中心(国家空间天气监测预警中心)中国气象局空间天气重点开放实验室

综述了国际上发射成功的星载测风干涉仪载荷的研究现状和进展，涉及法布里-珀罗干涉仪、广角迈克耳孙干涉仪和多普勒差分干涉仪三种技术体制，主要从风场探测技术原理、载荷总体技术方案和观测数据产出应用等方面进行介绍，并探讨中高... 详细信息

综述了国际上发射成功的星载测风干涉仪载荷的研究现状和进展，涉及法布里-珀罗干涉仪、广角迈克耳孙干涉仪和多普勒差分干涉仪三种技术体制，主要从风场探测技术原理、载荷总体技术方案和观测数据产出应用等方面进行介绍，并探讨中高层大气风场探测光学干涉仪载荷的未来发展趋势，以为我国新一代风云气象卫星体系中大气动力学特性探测载荷的发展和规划提供参考。

关键词：大气光学大气风场测风干涉仪光学载荷

基于频率调制与分振幅解调的广义光谱椭偏技术

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光子学报 2024年第4期53卷 32-40页

作者：邓仲勋权乃承李思远张淳民神木职业技术学院神木719300 西安理工大学材料科学与工程学院西安710048 中国科学院西安光学精密机械研究所中国科学院光谱成像技术重点实验室西安710119 西安交通大学理学院西安710049

提出了一种基于频率调制与分振幅解调的广义光谱椭仪方案,与现有时间调制型与时频混合调制型广义光谱椭偏技术相比,其不含运动部件与电控元件,可实现被测样品全部16个Mueller矩阵元素光谱的实时测量。与现有频率调制型广义光谱椭偏技术... 详细信息

提出了一种基于频率调制与分振幅解调的广义光谱椭仪方案,与现有时间调制型与时频混合调制型广义光谱椭偏技术相比,其不含运动部件与电控元件,可实现被测样品全部16个Mueller矩阵元素光谱的实时测量。与现有频率调制型广义光谱椭偏技术相比,其测量结果的光谱分辨率更高且降低了通道串扰产生的概率。

关键词：频率调制 Mueller矩阵实时测量椭偏技术偏振探测