光学遥感偏振成像仿真与验证方法研究

发布时间：2016-12-17 12:18

  本文关键词：光学遥感偏振成像仿真与验证方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

《中国科学技术大学》 2015年

光学遥感偏振成像仿真与验证方法研究

黄红莲  

【摘要】：偏振是光的基本属性之一,偏振信息结合强度信息和光谱信息在提升光学遥感系统对大气气溶胶光学特性的反演精度,提升其对地物目标的识别能力都有重要的意义。目前在轨运行的偏振探测器多用于云和大气气溶胶参数的探测,其空间分辨率很低,通常为数千米级,而可支持地物目标的识别的空问分辨率 ‘般要在几十米到米级。由于偏振辐射传输的矢量特性,必需考虑观测几何角度和气溶胶模型对偏振辐射传输的影响,才能判定高分辨率偏振对地遥感系统的设计及其信息处理过程是否合理。仿真是一个科学有效的技术途径和验证方法,本文就此开展研究。 根据偏振成像过程,结合现有技术条件,提出基于空基偏振图像或强度图像来实现光学遥感偏振成像仿真的两种方法,并给出了其原理和实现过程。结合大气矢量辐射传输模型和地物目标二向反射特性模型,分析了大气模式、气溶胶模型、地物p-BRDF模型、几何条件等因素对偏振成像的影响,结果表明几何条件和气溶胶模型对偏振成像数据有较大影响。 对基于空基偏振图像的天基偏振成像仿真方法来说,获得航拍的偏振图像是前提,而对空基偏振图像进行大气校正,反演得到地面反射率是关键。本文介绍了多角度偏振成像仪DPC航拍图像数据的预处理过程,通过对航拍图像进行图像配准和偏振辐射定标,将偏振波段的三个偏振方向的图像转化为反射率图像和偏振反射率图像,实现了多角度偏振成像仪航拍图像的定量化。在此基础上,详细介绍了气溶胶模型的确定方法,给出了气溶胶光学厚度的反演方法。通过扣除大气影响,获得了地面偏振反射率图像；通过数值仿真,模拟生成了不同大气条件下的天基偏振反射率图像,用于分析天气条件对偏振探测的影响。 在基于强度图像的偏振成像仿真方面,介绍了地物偏振二向反射特性获取方法和遥感图像分类方法,采用大气矢量辐射传输模型,生成了不同大气条件和不同几何条件下的偏振成像仿真图像,并对相同条件下的偏振及强度成像仿真结果进行了定量的对比。结果表明：虽然强度仿真图像和偏振仿真图像都随着大气能见度的降低逐渐模糊,但是偏振成像清晰度受大气能见度的影响较弱,在低能见度及后向散射条件下或者某些特定方向上优势更为突出。根据偏振成像的清晰度对观测方向较为敏感这一属性,可通过仿真分析指导航天传感器选择特定的方向进行偏振探测,可以充分发挥偏振成像的优势,提升雾霾条件下航天对地偏振遥感的目标识别能力。 为检验偏振仿真结果的有效性,还给出了多种仿真效果检验及评价方法,并将偏振仿真图像和实际航拍的偏振反射率图像进行了对比,验证了偏振成像仿真过程的有效性。

【关键词】：
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O436.3
【目录】：

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