專題講座1-星載高光譜數(shù)據(jù)模擬

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1、星載高光譜遙感成像仿真技術(shù)及其應(yīng)用趙慧潔2010.10.151提綱一、目的及意義二、成像仿真技術(shù)研究三、基于仿真數(shù)據(jù)的光譜特征分析初探四、結(jié)論2目的及意義主要矛盾：數(shù)據(jù)爆炸VS.信息饑渴波段多信噪比差本質(zhì)問(wèn)題：數(shù)據(jù)的應(yīng)用能力？解決途徑：?光譜的穩(wěn)定的特征?數(shù)據(jù)處理方法實(shí)現(xiàn)方法：?面向具體應(yīng)用的載荷指標(biāo)設(shè)計(jì)?針對(duì)確定載荷性能指標(biāo)的應(yīng)用能力分析限制高光譜遙感應(yīng)用促進(jìn)高光譜遙感應(yīng)用3成像仿真技術(shù)框架4德國(guó)航天研究中心（DLR），光學(xué)遙感系統(tǒng)性能分析軟件（SENSAT和SENSOR），分別用于星載紅外偵察傳感器或?qū)Φ赜^測(cè)光譜儀設(shè)計(jì)階段的性能預(yù)測(cè)和參數(shù)優(yōu)化分析、歐空局機(jī)載

2、成像光譜儀PRISM的應(yīng)用潛力分析和參數(shù)指標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室和光譜科學(xué)有限公司，全光譜（從紫外到長(zhǎng)波紅外）地面場(chǎng)景模型MCScene，為特征提取等算法驗(yàn)證和傳感器設(shè)計(jì)提供了準(zhǔn)確、穩(wěn)定、有效的手段。美國(guó)國(guó)防部和MIT林肯實(shí)驗(yàn)室，針對(duì)Warfighter搭載的成像光譜儀開(kāi)展了高光譜技術(shù)評(píng)價(jià)計(jì)劃HTAP，建立定量的高光譜成像儀性能評(píng)價(jià)框架和體系，開(kāi)發(fā)了系統(tǒng)性能預(yù)測(cè)模型、估計(jì)使用效用以及確定高價(jià)值應(yīng)用的系統(tǒng)軟件。SENSET仿真原理FASSP功能模塊MCScene場(chǎng)景定義HTAP計(jì)劃處理流程國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)5SENSOR仿真原理SENSOR優(yōu)化、評(píng)價(jià)流程H

3、ITAP成像模型原理HITAP載荷技術(shù)指標(biāo)評(píng)價(jià)流程DIRSIG模型原理國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)美國(guó)林肯實(shí)驗(yàn)室，端到端的高光譜成像系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型FASSP，支持高光譜傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化研究。加拿大空間局與ABB公司，針對(duì)CATSI的高光譜成像儀技術(shù)評(píng)價(jià)計(jì)劃HITAP，為數(shù)據(jù)應(yīng)用、任務(wù)計(jì)劃與儀器設(shè)計(jì)提供仿真試驗(yàn)平臺(tái)。美國(guó)佛羅里達(dá)理工學(xué)院（FIT）和Kestrel公司，高光譜成像儀模型程序（HIMP），用于MightySatII.1衛(wèi)星空間調(diào)制型干涉成像光譜儀（FTHSI）的在軌性能預(yù)測(cè)。美國(guó)Rochester技術(shù)研究所，數(shù)字圖像與遙感圖像生成模型DIRSIG，其模擬數(shù)

4、據(jù)被廣泛應(yīng)用于成像光譜儀參數(shù)性能評(píng)估、數(shù)據(jù)處理算法測(cè)試等方面。6成像仿真實(shí)例-光學(xué)遙感系統(tǒng)仿真軟件SENSOR?由德國(guó)航天中心和瑞士蘇黎世大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)?可模擬0.4-2.5μm的高光譜成像數(shù)據(jù)?用于歐空局APEX（AirbornePRISMExperiment）項(xiàng)目傳感器的應(yīng)用潛力分析和參數(shù)指標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)7成像仿真實(shí)例-數(shù)字成像與遙感圖像生成軟件DIRSIG?由美國(guó)Rochester理工學(xué)院開(kāi)發(fā)?可模擬0.38-20μm的復(fù)原光譜輻亮度圖像數(shù)據(jù)?用于評(píng)價(jià)地物分類、目標(biāo)探測(cè)、數(shù)據(jù)融合等具體應(yīng)用算法的能力，分析現(xiàn)有遙感系統(tǒng)的改進(jìn)方向以及演示下一代成像系統(tǒng)的功能8成像仿真

5、發(fā)展趨勢(shì)物理仿真數(shù)字仿真單像元光譜模擬成像數(shù)據(jù)模擬全色圖像模擬多光譜成像數(shù)據(jù)模擬高光譜數(shù)據(jù)模擬對(duì)整個(gè)系統(tǒng)建立粗略的仿真模型對(duì)場(chǎng)景和遙感器分別建立精細(xì)的仿真模型為具體遙感任務(wù)建立面向具體應(yīng)用的仿真模型和數(shù)據(jù)模擬方法9高光譜成像仿真技術(shù)研究——系統(tǒng)構(gòu)成10模擬數(shù)據(jù)的特點(diǎn)：空間分辨率、光譜分辨率、信噪比、MTF等為儀器本身和數(shù)據(jù)定標(biāo)階段的等效參數(shù)接近實(shí)際遙感系統(tǒng)分發(fā)給用戶的輻亮度（1級(jí)）數(shù)據(jù)應(yīng)用處理的結(jié)果可近似反映算法對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的應(yīng)用能力模擬的第一個(gè)層面：復(fù)原入瞳輻亮度數(shù)據(jù)模擬1112模擬數(shù)據(jù)實(shí)例（AVIRIS海灣數(shù)據(jù)）模擬數(shù)據(jù)很好地反映了大氣的選擇吸收特性，其反演出的

6、反射率與輸入反射率基本一致，說(shuō)明模擬數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。GSD10m的地面反射率數(shù)據(jù)（678nm波段）GSD10m、VIS23km、SNR200的復(fù)原入瞳輻亮度模擬數(shù)據(jù)（a）678nm波段（b）1111nm波段（c）1388nm（水汽吸收）波段（d）1538nm波段植被模擬數(shù)據(jù)反演反射率（藍(lán)）與真實(shí)反射率（綠）對(duì)比模擬的第一個(gè)層面：復(fù)原入瞳輻亮度數(shù)據(jù)模擬13VIS5KmVIS23Km—不同大氣能見(jiàn)度下的模擬數(shù)據(jù)FLAASH大氣校正軟件對(duì)能見(jiàn)度（大氣氣溶膠類型及含量等）估計(jì)不準(zhǔn)確，會(huì)引起反射率反演誤差——對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正時(shí)，最好同步測(cè)量氣溶膠參數(shù)，以得到準(zhǔn)確的地面反

7、射率。模擬的第一個(gè)層面：復(fù)原入瞳輻亮度數(shù)據(jù)模擬14行數(shù)：2000列數(shù)：2000波段數(shù)：280量化位數(shù)：12bits空間分辨率：30m光譜分辨率：5/10nm（VNIR/SWIR）光譜范圍：400-2500nm信噪比：200/150（VNIR/SWIR）MTF（Nyquist）：0.260km*60km寬幅數(shù)據(jù)示意圖（540nm）模擬的第一個(gè)層面：復(fù)原入瞳輻亮度數(shù)據(jù)模擬15模擬的第二個(gè)層面：原始DN值數(shù)據(jù)模擬模擬數(shù)據(jù)的特點(diǎn)：-接近實(shí)際遙感系統(tǒng)獲得的原始像面（0級(jí)）數(shù)據(jù)-預(yù)處理后得到相當(dāng)于地面系統(tǒng)分發(fā)給用戶的輻亮度（1級(jí)）數(shù)據(jù)-應(yīng)用處理的結(jié)果可較準(zhǔn)確反映算法對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)

8、的應(yīng)用能力