专题讲座1-星载高光谱数据模拟

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1、星载高光谱遥感成像仿真技术及其应用赵慧洁2010.10.151提纲一、目的及意义二、成像仿真技术研究三、基于仿真数据的光谱特征分析初探四、结论2目的及意义主要矛盾：数据爆炸VS.信息饥渴波段多信噪比差本质问题：数据的应用能力？解决途径：•光谱的稳定的特征•数据处理方法实现方法：•面向具体应用的载荷指标设计•针对确定载荷性能指标的应用能力分析限制高光谱遥感应用促进高光谱遥感应用3成像仿真技术框架4德国航天研究中心（DLR），光学遥感系统性能分析软件（SENSAT和SENSOR），分别用于星载红外侦察传感器或对地观测光谱仪设计阶段的性能预测和参数优化分析、欧空局机载

2、成像光谱仪PRISM的应用潜力分析和参数指标优化设计。美国空军研究实验室和光谱科学有限公司，全光谱（从紫外到长波红外）地面场景模型MCScene，为特征提取等算法验证和传感器设计提供了准确、稳定、有效的手段。美国国防部和MIT林肯实验室，针对Warfighter搭载的成像光谱仪开展了高光谱技术评价计划HTAP，建立定量的高光谱成像仪性能评价框架和体系，开发了系统性能预测模型、估计使用效用以及确定高价值应用的系统软件。SENSET仿真原理FASSP功能模块MCScene场景定义HTAP计划处理流程国内外现状与发展趋势5SENSOR仿真原理SENSOR优化、评价流程H

3、ITAP成像模型原理HITAP载荷技术指标评价流程DIRSIG模型原理国内外现状与发展趋势美国林肯实验室，端到端的高光谱成像系统数学模型FASSP，支持高光谱传感器系统设计和参数优化研究。加拿大空间局与ABB公司，针对CATSI的高光谱成像仪技术评价计划HITAP，为数据应用、任务计划与仪器设计提供仿真试验平台。美国佛罗里达理工学院（FIT）和Kestrel公司，高光谱成像仪模型程序（HIMP），用于MightySatII.1卫星空间调制型干涉成像光谱仪（FTHSI）的在轨性能预测。美国Rochester技术研究所，数字图像与遥感图像生成模型DIRSIG，其模拟数

4、据被广泛应用于成像光谱仪参数性能评估、数据处理算法测试等方面。6成像仿真实例-光学遥感系统仿真软件SENSOR•由德国航天中心和瑞士苏黎世大学联合开发•可模拟0.4-2.5μm的高光谱成像数据•用于欧空局APEX（AirbornePRISMExperiment）项目传感器的应用潜力分析和参数指标优化设计7成像仿真实例-数字成像与遥感图像生成软件DIRSIG•由美国Rochester理工学院开发•可模拟0.38-20μm的复原光谱辐亮度图像数据•用于评价地物分类、目标探测、数据融合等具体应用算法的能力，分析现有遥感系统的改进方向以及演示下一代成像系统的功能8成像仿真

5、发展趋势物理仿真数字仿真单像元光谱模拟成像数据模拟全色图像模拟多光谱成像数据模拟高光谱数据模拟对整个系统建立粗略的仿真模型对场景和遥感器分别建立精细的仿真模型为具体遥感任务建立面向具体应用的仿真模型和数据模拟方法9高光谱成像仿真技术研究——系统构成10模拟数据的特点：空间分辨率、光谱分辨率、信噪比、MTF等为仪器本身和数据定标阶段的等效参数接近实际遥感系统分发给用户的辐亮度（1级）数据应用处理的结果可近似反映算法对实际数据的应用能力模拟的第一个层面：复原入瞳辐亮度数据模拟1112模拟数据实例（AVIRIS海湾数据）模拟数据很好地反映了大气的选择吸收特性，其反演出的

6、反射率与输入反射率基本一致，说明模拟数据真实可靠。GSD10m的地面反射率数据（678nm波段）GSD10m、VIS23km、SNR200的复原入瞳辐亮度模拟数据（a）678nm波段（b）1111nm波段（c）1388nm（水汽吸收）波段（d）1538nm波段植被模拟数据反演反射率（蓝）与真实反射率（绿）对比模拟的第一个层面：复原入瞳辐亮度数据模拟13VIS5KmVIS23Km—不同大气能见度下的模拟数据FLAASH大气校正软件对能见度（大气气溶胶类型及含量等）估计不准确，会引起反射率反演误差——对实测数据进行大气校正时，最好同步测量气溶胶参数，以得到准确的地面反

7、射率。模拟的第一个层面：复原入瞳辐亮度数据模拟14行数：2000列数：2000波段数：280量化位数：12bits空间分辨率：30m光谱分辨率：5/10nm（VNIR/SWIR）光谱范围：400-2500nm信噪比：200/150（VNIR/SWIR）MTF（Nyquist）：0.260km*60km宽幅数据示意图（540nm）模拟的第一个层面：复原入瞳辐亮度数据模拟15模拟的第二个层面：原始DN值数据模拟模拟数据的特点：-接近实际遥感系统获得的原始像面（0级）数据-预处理后得到相当于地面系统分发给用户的辐亮度（1级）数据-应用处理的结果可较准确反映算法对实际数据

8、的应用能力