多角度偏振成像仪定标数据处理方法研究及软件实现
发布时间：2022-02-10 09:34
为了应对大气污染和气候变化监测的迫切需求,中科院安徽光学精密机械研究所研制了我国首台星载多角度偏振成像仪（Directional Polarization Camera,DPC）。相对于传统的光谱成像仪,DPC不仅能实现8个波段的辐射测量,并且其中3个波段具备偏振测量功能,同时DPC具有118.74°的宽视场。DPC定标在考虑传统光谱成像仪辐射定标的技术要素的同时,还需要分析偏振定标的技术要素,主要有同一偏振波段不同偏振解析方向的通道响应不一致性、宽视场成像系统起偏引入的偏振效应、以及帧转移型CCD产生的成像模糊效应等特有的精度影响因素。因此需要研究新的定标方法、定标实验流程、以及定标数据处理算法。为了提高DPC数据产品的精度和业务化应用水平,开展了实验室定标的自动化测控系统和数据处理软件的方案设计、成像数据预处理和数据产品生产的方法、以及软件实现等方面的研究。本论文的研究工作将建立一套涵盖DPC测量模型、实验室定标数据采集和数据处理、以及数据产品生产的理论与技术方法,为我国后续星载偏振成像仪器的研制和数据的定量化应用提供系统性的理论与技术支持。本文的主要研究内容如下:（1）精确的测量...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省211工程院校985工程院校
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１先驱者１０／１１号搭载的偏振成像仪（ＩＰＰ）??
?第１章绪论???因此可以提供４个通道（２个波段，每个波段有２个偏振分量）的数据。??图１．１先驱者１０／１１号搭载的偏振成像仪（ＩＰＰ）??为实现气溶胶颗粒物分布和微物理特性的高精度反演，一般要求偏振测量精??度优于０．５％［２６］。为提供这种高精度的偏振测量，人们开发了不同的偏振测量仪??器。如美国?ＳｐｅｃＴＩＲ?公司研制的航空版?ＲＳＰ（?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?Ｓｃａｎｎｉｎｇ?Ｐｏｌａｒｉｍｅｔｅｒ，ＲＳＰ?）??［２７］，ＲＳＰ在各种科学实验中证实了偏振信息的优越性。但航空遥感无法满足全球??范围大尺度的环境监测需求。因此，ＮＡＳＡ基于前期行星偏振探测和航空偏振探??测技术，研制了航天版ＡＰＳ?（Ａｅｒｏｓｏｌ?Ｐｏｌａｒｉｍｅｔｒｙ?Ｓｅｎｓｏｒ），ＡＰＳ旨在以足够的精??度和光谱覆盖范围确定气溶胶和云的全球分布。ＡＰＳ是具有９个太阳反射光谱??带的偏振测量仪器，可测量斯托克斯矢量中的Ｉ、Ｑ、Ｕ三个参数。由于ＡＰＳ采??用同时测量方案，因此ＡＰＳ的设计在本质上比分时设计更精确，偏振测量精度??可达０．２％［２８，２９］。不幸的是，搭载ＡＰＳ仪器的ＧＬＯＲＹ卫星在２０１１年未能进入??轨道运行。??图１．２?Ｇｌｏｒｙ搭载的气溶胶偏振探测器（ＡＰＳ）??此外，美国在１９８４－１９８５年间利用航天飞机搭载航空胶片相机从轨道高度获??取了地球表面的大量偏振图像，这是人类首次从轨道高度获取地球表面的偏振图??像［３（），３１】。但这些实验本质上是具有科研性质的探索，主要用以体现偏振在大气环??４??
数，ＰＯＬＤＥＲ光谱波段设??置如表１－１所示［１１］。在具有大空间梯度的场景下，ＰＯＬＤＥＲ的偏振测量精度约??为?２％［３５?３６］。??表１－１?ＰＯＬＤＥＲ光谱波段概述??波段?４４３?４４３ｐ?４９０?５６５?６７０ｐ?７６３?７６５?８６５ｐ?９１０??中心波长／ｎｍ?４４３?４４３?４９０?５６５?６７０?７６３?７６５?８６５?９１０??带宽／ｎｍ?２０?２０?２０?２０?２０?１０?４０?４０?２０??偏振（ｑ，ｕ）?｜否｜是丨否ｒ否ｉ是｜否丨否｜是丨否??图１．３?ＰＯＬＤＥＲ?６７０ｎｍ光谱通道测量的包含阿拉伯半岛和周围海洋区域的单一反射率图??像（５８°Ｎ，２３°Ｅ），以及前几帧图像的轮廓??ＰＯＬＤＥＲ设计的一个重要和独特的特征是，可以对同一目标进行多角度观??测，使对地球场景拍摄的当前图像与上一帧图像基本重叠，如图１．３所示［３７】。因??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气气溶胶多角度偏振探测仪在轨辐射精度与真实性验证研究[J]. 陈斐楠,黄禅,洪津,骆冬根,孙亮,孙晓兵,韦玮. 上海航天. 2019(S2)
[2]基于Metop-B/GOME-2的TG-2/MAI可见光通道交叉定标[J]. 郭俊杰,姚志刚,韩志刚,赵增亮,严卫. 光谱学与光谱分析. 2019(01)
[3]光源发散角对DPC偏振定标的影响分析及验证[J]. 康晴,袁银麟,李健军,翟文超,吴浩宇,洪津,郑小兵. 遥感学报. 2018(02)
[4]气象卫星载荷原始数据包快视软件系统开发[J]. 汪少林,程静,张立国,马文佳,杨春燕,蔡先军,张波. 北京理工大学学报. 2017(12)
[5]异步Binning高帧频CCD相机的拖尾校正[J]. 刘璐,罗通顶,李斌康,杨少华,严明. 光学精密工程. 2017(01)
[6]基于区域分块与尺度不变特征变换的图像拼接算法[J]. 李玉峰,李广泽,谷绍湖,龙科慧. 光学精密工程. 2016(05)
[7]云与气溶胶光学遥感仪器发展现状及趋势[J]. 张军强,薛闯,高志良,颜昌翔. 中国光学. 2015(05)
[8]基于傅里叶变换的强度调制型光谱偏振分析仪[J]. 袁银麟,郑小兵,吴浩宇,孟凡刚,康晴,陈立刚,李健军,邹鹏. 光学学报. 2014(12)
[9]大气气溶胶偏振遥感研究进展[J]. 郭红,顾行发,谢东海,余涛,孟庆岩. 光谱学与光谱分析. 2014(07)
[10]星地激光通信ATP系统探测相机的坏点校正[J]. 钱锋,贾建军,张亮,王建宇. 中国激光. 2014(05)
博士论文
[1]大气颗粒物监测仪在轨定标研究[D]. 杨洪春.中国科学技术大学 2019
[2]多角度偏振成像仪杂散光特性与校正研究[D]. 张苗苗.中国科学技术大学 2019
[3]偏振遥感器实验室系统级辐射与偏振定标方法研究[D]. 康晴.中国科学技术大学 2018
[4]多角度偏振成像仪光电探测系统设计与研究[D]. 骆冬根.中国科学技术大学 2017
[5]多角度偏振成像仪实验室全视场偏振定标[D]. 钱鸿鹄.中国科学技术大学 2017
[6]光学遥感偏振成像仿真与验证方法研究[D]. 黄红莲.中国科学技术大学 2015
[7]航空多光谱数字相机系统关键技术及应用研究[D]. 刘团结.中国科学院研究生院（遥感应用研究所） 2002
本文编号：3618670
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省211工程院校985工程院校
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１先驱者１０／１１号搭载的偏振成像仪（ＩＰＰ）??
?第１章绪论???因此可以提供４个通道（２个波段，每个波段有２个偏振分量）的数据。??图１．１先驱者１０／１１号搭载的偏振成像仪（ＩＰＰ）??为实现气溶胶颗粒物分布和微物理特性的高精度反演，一般要求偏振测量精??度优于０．５％［２６］。为提供这种高精度的偏振测量，人们开发了不同的偏振测量仪??器。如美国?ＳｐｅｃＴＩＲ?公司研制的航空版?ＲＳＰ（?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?Ｓｃａｎｎｉｎｇ?Ｐｏｌａｒｉｍｅｔｅｒ，ＲＳＰ?）??［２７］，ＲＳＰ在各种科学实验中证实了偏振信息的优越性。但航空遥感无法满足全球??范围大尺度的环境监测需求。因此，ＮＡＳＡ基于前期行星偏振探测和航空偏振探??测技术，研制了航天版ＡＰＳ?（Ａｅｒｏｓｏｌ?Ｐｏｌａｒｉｍｅｔｒｙ?Ｓｅｎｓｏｒ），ＡＰＳ旨在以足够的精??度和光谱覆盖范围确定气溶胶和云的全球分布。ＡＰＳ是具有９个太阳反射光谱??带的偏振测量仪器，可测量斯托克斯矢量中的Ｉ、Ｑ、Ｕ三个参数。由于ＡＰＳ采??用同时测量方案，因此ＡＰＳ的设计在本质上比分时设计更精确，偏振测量精度??可达０．２％［２８，２９］。不幸的是，搭载ＡＰＳ仪器的ＧＬＯＲＹ卫星在２０１１年未能进入??轨道运行。??图１．２?Ｇｌｏｒｙ搭载的气溶胶偏振探测器（ＡＰＳ）??此外，美国在１９８４－１９８５年间利用航天飞机搭载航空胶片相机从轨道高度获??取了地球表面的大量偏振图像，这是人类首次从轨道高度获取地球表面的偏振图??像［３（），３１】。但这些实验本质上是具有科研性质的探索，主要用以体现偏振在大气环??４??
数，ＰＯＬＤＥＲ光谱波段设??置如表１－１所示［１１］。在具有大空间梯度的场景下，ＰＯＬＤＥＲ的偏振测量精度约??为?２％［３５?３６］。??表１－１?ＰＯＬＤＥＲ光谱波段概述??波段?４４３?４４３ｐ?４９０?５６５?６７０ｐ?７６３?７６５?８６５ｐ?９１０??中心波长／ｎｍ?４４３?４４３?４９０?５６５?６７０?７６３?７６５?８６５?９１０??带宽／ｎｍ?２０?２０?２０?２０?２０?１０?４０?４０?２０??偏振（ｑ，ｕ）?｜否｜是丨否ｒ否ｉ是｜否丨否｜是丨否??图１．３?ＰＯＬＤＥＲ?６７０ｎｍ光谱通道测量的包含阿拉伯半岛和周围海洋区域的单一反射率图??像（５８°Ｎ，２３°Ｅ），以及前几帧图像的轮廓??ＰＯＬＤＥＲ设计的一个重要和独特的特征是，可以对同一目标进行多角度观??测，使对地球场景拍摄的当前图像与上一帧图像基本重叠，如图１．３所示［３７】。因??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]大气气溶胶多角度偏振探测仪在轨辐射精度与真实性验证研究[J]. 陈斐楠,黄禅,洪津,骆冬根,孙亮,孙晓兵,韦玮. 上海航天. 2019(S2)
[2]基于Metop-B/GOME-2的TG-2/MAI可见光通道交叉定标[J]. 郭俊杰,姚志刚,韩志刚,赵增亮,严卫. 光谱学与光谱分析. 2019(01)
[3]光源发散角对DPC偏振定标的影响分析及验证[J]. 康晴,袁银麟,李健军,翟文超,吴浩宇,洪津,郑小兵. 遥感学报. 2018(02)
[4]气象卫星载荷原始数据包快视软件系统开发[J]. 汪少林,程静,张立国,马文佳,杨春燕,蔡先军,张波. 北京理工大学学报. 2017(12)
[5]异步Binning高帧频CCD相机的拖尾校正[J]. 刘璐,罗通顶,李斌康,杨少华,严明. 光学精密工程. 2017(01)
[6]基于区域分块与尺度不变特征变换的图像拼接算法[J]. 李玉峰,李广泽,谷绍湖,龙科慧. 光学精密工程. 2016(05)
[7]云与气溶胶光学遥感仪器发展现状及趋势[J]. 张军强,薛闯,高志良,颜昌翔. 中国光学. 2015(05)
[8]基于傅里叶变换的强度调制型光谱偏振分析仪[J]. 袁银麟,郑小兵,吴浩宇,孟凡刚,康晴,陈立刚,李健军,邹鹏. 光学学报. 2014(12)
[9]大气气溶胶偏振遥感研究进展[J]. 郭红,顾行发,谢东海,余涛,孟庆岩. 光谱学与光谱分析. 2014(07)
[10]星地激光通信ATP系统探测相机的坏点校正[J]. 钱锋,贾建军,张亮,王建宇. 中国激光. 2014(05)
博士论文
[1]大气颗粒物监测仪在轨定标研究[D]. 杨洪春.中国科学技术大学 2019
[2]多角度偏振成像仪杂散光特性与校正研究[D]. 张苗苗.中国科学技术大学 2019
[3]偏振遥感器实验室系统级辐射与偏振定标方法研究[D]. 康晴.中国科学技术大学 2018
[4]多角度偏振成像仪光电探测系统设计与研究[D]. 骆冬根.中国科学技术大学 2017
[5]多角度偏振成像仪实验室全视场偏振定标[D]. 钱鸿鹄.中国科学技术大学 2017
[6]光学遥感偏振成像仿真与验证方法研究[D]. 黄红莲.中国科学技术大学 2015
[7]航空多光谱数字相机系统关键技术及应用研究[D]. 刘团结.中国科学院研究生院（遥感应用研究所） 2002
本文编号：3618670
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