最新刊期
      2014 年 第 18 卷 S1 期

        光谱成像技术专栏

      • 庄晓琼,王晟玮,王跃明
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z03
        摘要：短波红外焦平面光谱成像技术已广泛应用于各个领域,在应用中发现背景辐射对系统成像质量及信噪比有明显的影响.本文针对影响系统信噪比的因素进行研究,基于可编程的短波红外焦平面探测器技术,提出设置背景参考行和差异化增益的方法,对背景辐射实时监测,并提高弱信号波段的信噪比.经过实验验证,相比于其他系统,采用此方法的短波红外焦平面超光谱成像系统在成像质量和信噪比方面明显提高.研究还表明,利用可编程的特性,选择任务需要的特征光谱波段,还可以进一步提高工作帧频,以满足更高分辨率的航天光谱成像.  
        关键词：短波红外焦平面;背景辐射;信噪比;背景参考行;增益   
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        发布时间：2021-06-17
      • 黄小仙,傅雨田
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z06
        摘要：天宫一号超光谱仪红外谱段光谱范围是8.0—10.5 μm,采用红外线列焦平面推扫方式成像.通过实验室定标实验,获得了每个探测元对应的辐射响应系数和响应线性度,并得到每一探测元的动态范围与噪声等效温差,验证了图像输出校正效果,同时,根据定标实验误差来源分析计算了最终的辐射定标误差.  
        关键词：天宫一号;红外;辐射定标   
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        发布时间：2021-06-17
      • 2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z02
        摘要：高光谱遥感由于"图谱合一"的技术特点,能够提供更加丰富的对地观测信息,是一种较为先进的探测技术,目前已应用到地球科学的各个方面.本文首先介绍了高光谱成像仪的成像特点,进而从航空高光谱和航天高光谱两个角度分别介绍了成像仪的工程应用概况.最后,根据近几年国内外的有关论文及研究报告,综述了国内外高光谱成像仪最新发展态势,重点介绍了天宫一号高光谱成像仪的研制技术情况,与目前国际上的在轨运行的卫星高光谱仪相比,其在空间分辨率、波谱范围和波段数目等成像技术参数上具有相当优势,是我国光谱仪技术发展的里程碑.  
        关键词：航空高光谱成像仪;航天高光谱成像仪;发展态势;光谱分辨率   
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        发布时间：2021-06-17
      • 范文龙,董峰,傅雨田
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z05
        摘要：针对中国科学院上海技术物理研究所研制的1500元红外线列焦平面探测器的输出特性,提出了以低噪声运放为核心的信息获取电路和以FPGA(Field Programmable Gate Array)为核心的数据预处理的设计方案,实现了驱动电路和探测器的良好匹配,较好地发挥了探测器高灵敏度的特性.测试结果表明,该方案不仅对系统获得优于50 mK噪声等效温差的高灵敏度成像起到了重要作用,足够宽的量化设计还保证了系统的动态范围和图像的丰富层次.该设计方案已成功应用在一些其他类型的红外焦平面探测器中.  
        关键词：焦平面探测器;前置放大;驱动电路;Field Programmable Gate Array(FPGA);噪声等效温差(NETD)   
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        发布时间：2021-06-17
      • 陈永和,陈洪达,傅雨田
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z04
        摘要：针对折反射光学型式的红外遥感器,结合各组件辐射的传输特性,建立系统自身辐射的计算模型,分析了遥感器自身热辐射所形成的背景辐射.通过将背景辐射与目标辐射相比较,分析其对红外探测的影响,并讨论了背景辐射影响的消除方法.最后,利用该模型分析了天宫一号高光谱成像仪红外观测谱段的背景辐射,并讨论了光瞳像差的影响.  
        关键词：热辐射;背景辐射;红外光学系统   
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        发布时间：2021-06-17

        地面处理技术专栏

      • 邢前国,娄明静,张九星,李绪志,宁吉才,高志强
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z11
        摘要：以MODIS红外谱段数据为基准,对高光谱红外谱段数据进行辐射交叉定标试验,同时运用高光谱红外谱段数据对近海海表水温进行了评估试验.交叉定标数据选取2012年—2013年冬、夏两季各一幅代表性图像,MODIS与高光谱红外谱段数据成像时间均为同一天白天.实验结果表明,天宫一号高光谱红外谱段数据与MODIS数据具有极好的相关性,相关系数R大于0.95;在此基础上建立了基于MODIS 32波段的辐亮度线性回归校正方程,并用于海表温度反演、检测自然与人工扰动造成的海表温度异常.基于校正数据反演的中国南北典型冬、夏代表性季节的海表温度与常识较为一致.由此表明,基于MODIS交叉定标的天宫一号数据可用于实际的业务化定量评估;同时,由于空间分辨率较高,天宫一号高光谱红外谱段数据在海水精细空间动态变化检测上表现出极好的性能.  
        关键词：天宫一号;MODIS;高光谱红外谱段;交叉定标;海表水温   
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        发布时间：2021-06-17
      • 张文娟,吴远峰,刘良云,张兵,李绪志,张九星
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z09
        摘要：针对天宫一号高光谱成像仪工作原理与数据特点,提出了可见—近红外波段高光谱成像仪,短波红外波段高光谱成像仪的系统光谱辐射校正方法,给出1级标准产品数据生成流程.该过程包括:背景噪声扣除,相对与绝对辐射校正,坏列检测与修复,光谱smile校正.最后,面向光谱辐射校正后数据存储给出了数据放大系数.为天宫一号高光谱数据的标准化产品生产提供了技术支撑,为天宫一号高光谱成像仪的在轨运行、民用示范与定量化应用提供了重要基础.  
        关键词：天宫一号;高光谱成像仪;辐射校正;smile校正   
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        发布时间：2021-06-17
      • 刘志文,刘定生,魏静波
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z10
        摘要：为了获得高信噪比影像数据,天宫一号高光谱成像仪采用了运动补偿技术增加探测器积分时间的成像模式.针对此种成像方式,本文分析了成像仪的成像特点与发射镜的运动规律,建立了反射镜角度与观测矢量的几何关系,形成了基于天宫一号高光谱成像仪的严密成像几何模型.该模型符合反射镜运动补偿条件下像点与对应地物点的几何关系,通过理论精度分析和实际应用验证了纠正模型的正确性,并能获得与理论相符的实际几何定位精度.  
        关键词：系统几何校正;严密成像几何模型;反射镜;运动补偿   
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        发布时间：2021-06-17
      • 赵海娜,吴远峰,张兵
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z08
        摘要：高光谱图像经过辐射校正后,消除了探测元的响应差异,能更好地满足专题信息提取的数据要求.利用探测元的列均值、列标准差等统计信息对天宫一号高光谱短波红外数据进行辐射校正检验,并基于GPU CUDA计算模型对均值归一化、矩匹配、相邻列均衡等3种相对辐射校正算法进行了并行计算优化.通过辐射校正计算流程拆分,CPU控制流程逻辑,GPU执行数据级并行计算,并建立CUDA的计算单元与数据单元的映射关系,获得5—7倍的计算加速比,这些辐射校正算法依据图像自身统计信息,且易于进行并行计算优化,满足实时校正的处理时效要求,为未来高光谱数据在轨实时辐射校正提供了新思路.  
        关键词：天宫一号;高光谱图像;辐射校正;并行计算;CUDA   
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        发布时间：2021-06-17
      • 张万峰,赵灵军,刘志文
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z07
        摘要：针对天宫一号传感器特点,设计并实现了基于高性能并行集群环境的遥感数据地面预处理系统,可完成对高并发、海量遥感数据处理任务的快速、高效处理.该系统可通过传感器的星上定标参数完成系统辐射校正、系统几何校正等处理过程,生产出高光谱热红外谱段和高光谱数据的1级、2级遥感产品.同时,在数据产品封装与输出分系统中,采用了较为通用的GeoTiff与HDF作为产品的主要输出格式,可满足领域内多种用户的需求.  
        关键词：高性能计算平台;系统辐射校正;系统几何校正;地面预处理系统;数据产品归档与分发   
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        发布时间：2021-06-17

        遥感应用

      • 庞勇,张连华,李增元,覃先林,李绪志,张九星,刘志文
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z18
        摘要：由于自然演替和一些干扰因素的影响,森林覆盖处在不断的变化中.结合云南省西双版纳地区的天宫一号高光谱数据以及Landsat影像,研究了热带森林覆盖制图与变化检测的自动化识别方法.首先分析了每景影像中红光波段的光谱属性,依据直方图提取出纯净森林像元,然后计算影像中各像元与纯净森林像元之间的光谱相似性,从而得到森林指数并以此为依据提取出每景影像对应的森林覆盖图,将多期的森林覆盖专题图进行叠加分析即可得到森林变化专题图.结果表明:(1)使用天宫一号高光谱影像可以进行森林覆盖自动化提取,生成的森林覆盖图合理地反映了森林分布状况;(2)与多期遥感影像结合进行森林变化信息提取,提取结果很好地体现了森林减少和森林恢复情况,对新恢复的未郁闭森林也可以进行有效检测.  
        关键词：天宫一号;高光谱;Landsat;森林变化   
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        发布时间：2021-06-17
      • 于文凭,马明国
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z21
        摘要：本文利用天宫一号获取的具有高空间分辨率的红外谱段数据,选择黑河中游作为反演区域,基于辐射传输模型和Planck定律进行地表温度反演.影像的反演结果表明使用天宫一号高空间分辨率的红外谱段反演得到的地表温度能更细致合理的刻画地表温度分布,这对地表温度异质性的研究具有重要意义.为了进一步验证反演精度,本文依托黑河流域已有观测平台和系统,选取黑河中游8个典型下垫面作为验证场地,开展地面同步观测实验.实验结果表明通过反演获得的地表温度与地面实测数据的平均偏差为-0.375℃,这也说明本文的反演过程能够较为精确的使用天宫一号红外谱段反演地表温度.  
        关键词：天宫一号;地表温度反演;产品验证;黑河流域   
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        发布时间：2021-06-17
      • 范应龙,谭炳香,东启亮
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z15
        摘要：天宫一号高光谱数据尚未得到普遍应用,其数据的质量和应用潜力仍在进一步实践求证和挖掘.See5.0数据挖掘工具是一种能够找出训练样本中模式类隐含特征,并可以自动建立决策规则的分类算法,可避免人为建立分类规则的主观性.本文首先通过光谱曲线分析,选择地物光谱分离性最好的波段组合,然后利用See5.0工具生成规则集,再利用规则集对同一幅天宫一号高光谱数据在不同分类级别上进行分类,并利用相同的验证样本进行精度验证.经过光谱分析发现分类不同森林类型的最佳谱段中心波长分别为:655 nm、673 nm、802 nm、866 nm、984 nm,See5.0分类结果表明在同一树种不同生长期及不同亚种的分类级别上,分类精度在45%以下,表现出了一定局限性,但在树种分类级别上,天宫一号数据表现出了高光谱的优越性,分类精度皆在80%以上,植被类型分类级别,分类精度可达到90%以上.  
        关键词：天宫一号;高光谱数据;See5.0数据挖掘工具;分类能力   
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        发布时间：2021-06-17
      • 历华,杜永明,柳钦火,徐大琦,曹彪,蒋金雄,王合顺
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z20
        摘要：针对天宫一号高光谱成像仪红外波段数据提出了一个单通道地表温度反演算法,算法的输入参数为大气水汽含量和地表发射率.利用模拟数据和黑河流域生态—水文过程综合遥感观测联合试验的地面实测数据对算法进行了精度评价,结果表明算法的均方根误差为2.72 K,能够满足大多数应用研究的需求.以北京市二环以内为研究区域,采用4个时相的天宫一号高光谱红外波段数据进行了城市热岛效应研究,结果表明天宫一号高光谱红外波段数据适合用来进行街区尺度的城市热岛效应研究,具有很大的应用潜力.  
        关键词：天宫一号;地表温度;地表发射率;城市热岛效应;街区尺度   
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      • 邹亚荣,赵崴,阎宇
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z14
        摘要：针对检测目标进行基于引力场的船只目标增强,计算船只目标的纹理、光谱等指标,基于支持向量机(SVM)方法,利用天宫一号高光谱数据,得到空间探测信息与地面实际目标之间存在精确的相互关系,进行船只检测实验研究.结果表明:天宫一号高光谱数据能够有效的从海水背景中提取船只信息,但船只类型仍难以有效识别.图像的自动分割对于船只的检测非常重要.传感器的多光谱与高分辨率相结合是今后研制的一个主要方向.  
        关键词：天宫一号;SVM;引力场;船只检测   
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      • 仲雷,马耀明,秦军,傅云飞,冯璐,潘晓
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z19
        摘要：利用天宫一号高光谱红外谱段,结合准同步的Aqua MODIS (MYD021KM) 资料,在对地表特征参数估算的基础上,利用地表能量平衡系统模式计算藏北高原地区的地表通量与蒸散量.结果表明基于天宫一号高分辨率高光谱红外谱段的地表通量与蒸散量估算结果和地表实际状况吻合,具有很大的应用潜力.  
        关键词：天宫一号;地表通量;蒸散量;青藏高原   
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      • 张艮中,吴太夏,刘佳,张立福,童庆禧
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z13
        摘要：天宫一号高光谱成像仪是目前中国空间分辨率和光谱综合指标最高的星载光谱成像仪.针对天宫一号高光谱数据,提出了一种基于波段相关检测的蚀变信息提取方法.该方法在对天宫一号高光谱数据进行波段相关检测提取蚀变异常特征波段的基础上,结合异常探测、端元提取和光谱匹配等方法的各自优势进行天高一号高光谱数据的蚀变信息提取.利用该法成功提取了天宫一号高光谱数据中的Al-OH矿物蚀变异常及4种蚀变矿物,结果表明该方法可以有效提取天宫一号高光谱数据中的蚀变信息,有助于天宫一号高光谱数据在地质矿产资源调查中发挥巨大的应用潜力.  
        关键词：天宫一号;高光谱;相关系数;异常探测;蚀变信息   
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      • 胡勇,刘良云
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z17
        摘要：本文利用2013年4月18日获取的天宫一号高光谱成像仪数据和1985年5月1日获取的Landsat TM数据,对黄河入海口地区湿地的土地利用状况进行了监测研究.通过对比分类结果发现,该地区近30年来人类活动对湿地的影响强烈,滩涂开垦、水产养殖业占用自然水面现象严重.同时由于天宫一号高光谱成像仪数据具有更高的光谱和空间分辨率,其分类精度优于Landsat TM,更适合于湿地的监测.  
        关键词：天宫一号;高光谱成像仪;Landsat TM;湿地监测   
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      • 林健,闫柏琨,董新丰,杨苏明,杨日红,崔静,郭鼎,王润生
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z12
        摘要：天宫一号高光谱数据是继美国Hyperion之后,另一种可应用于地质领域的成像光谱数据.面向地质应用特点与需求,针对反射率产品开展全面、定量的数据质量评价对于深化应用研究具有重要意义.但是,由于航天成像光谱数据与地面实测波谱空间尺度差异甚大,在荒漠戈壁区选取自然地物进行波谱测试,并对其开展评价,特别是定量评价,非常困难.本文以航空HyMap数据为传递,完成了天宫一号成像光谱数据质量的定量评价.结果表明,在矿物识别采用的主要短波红外谱段,天宫一号高光谱数据的信噪比明显优于Hyperion数据.采用2190—2230 nm、2310—2355 nm两个谱段的吸收深度初步对天宫一号高光谱短波红外数据真实性进行了评价,经过校正后,天宫一号数据Al-OH、Mg-OH/CO32-矿物大类或组合的漏提率从71%、67%减小至29%、28%,可有效提高弱信息的检出率.  
        关键词：天宫一号;HyMap;Hyperion;高光谱;数据评价;矿物填图   
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      • 李雪轲,王晋年,张立福,吴太夏,杨杭,刘凯,姜海玲
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z16
        摘要：传统的高光谱分类方法通常基于单一像元的光谱或纹理特征,很少考虑地物空间结构信息与空间相关特征.本文将面向对象规则与基于像元的分类进行融合,利用对象的空间结构特征和光谱特征进行混合分类,旨在克服像元层次分类的不足.本文尝试性的提出了两种混合分类方法:(1)基于分形网络演化的多尺度分割支持向量机分类(2)基于多层分水岭分割的SVM分类,并将这两种方法应用到天宫一号高光谱数据上.结果表明:基于面向对象规则的混合分类方法有效地提高了分类精度,不仅能够改善同谱异物现象,而且解决分类结果中地物破碎的问题.  
        关键词：天宫一号;高光谱分类;支持向量机;面向对象   
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        发布时间：2021-06-17

        综述

      • 高铭,张善从,李盛阳
        2014, 18(S1) DOI: 10.11834/jrs.2014z01
        摘要：本文重点介绍了天宫一号高光谱成像仪设计、特性、在轨运控支持、地面数据处理技术及应用研究等方面内容,其中高光谱数据的辐射纠正及系统几何校正的精度满足各应用需要,数据产品质量在遥感各个应用领域获得验证.大量用户利用天宫一号高光谱数据在国土资源、海洋、林业、城市环境监测、水文生态监测等方面开展了较好的应用研究工作,取得了一批有价值的应用成果.中国科学院空间应用工程与技术中心作为载人航天空间应用系统的总体单位,负责天宫一号高光谱成像仪的总体研制管理、集成测试验证、在轨运行支持及应用研究的组织推广,为更好地发挥应用效益做出了积极的贡献.  
        关键词：天宫一号;高光谱成像仪;地面数据处理;高光谱应用   
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