基于灯光源的微光云图成像仪定标技术研究

遥感数据的精确辐射定标是遥感信息定量化的前提，更是遥感数据能够在各个领域中得到有效应用的基础。本项目以夜间VIIRS微光通道为主要研究对象，在分析了星上定标方法的基础上，针对微光通道数据的辐射定标的关键技术和科学问题开展研究，重点对夜间基于地面灯光源的微光定标进行了深入的分析，为我国自主微光探测载荷的业务化应用提供技术积累。 在现有人造灯光源的微光定标方面，围绕一种新的微光云图成像仪定标思路对基于灯光源的微光云图成像仪的定标方法展开研究，旨在解决传统替代定标方法过分依赖月亮辐射这一限制条件。首先在对现有人造灯光源的特征进行分析的基础上，通过理论推导建立基于跨海大桥灯光源的物理定标模型，提出了基于跨海大桥灯光源的微光定标方案，然后以2012年8月~2014年7月共两年的DNB数据为例，分析该定标方案的有效性，并讨论和分析定标过程中存在的相关问题。针对自主设计灯光源的微光定标方面，首先从现有的普通金卤灯光源出发，分析了普通金卤灯光源的基本参数、布置方式、工作模式，推导了目标像元与背景像元之间模拟辐亮度差值的表达式，建立了普通金卤灯光源工作时灯光辐射向上传输的模型，并提出了基于普通金卤灯光源的微光定标方案，利用卫星观测数据进行了定标试验，初步验证了基于地面灯光源进行微光定标的可行性。然后，针对普通金卤灯光源微光定标存在的问题，设计和研制了一套适用于夜间微光定标的特制灯光源，具有一定的辐射强度各向均匀性，并基于该特制灯光源给出了微光定标方案，在实验室光源特性测试分析的基础上，开展了外场定标试验，初步验证了该方案的可行性。

发展夜间低照度条件下的微光云图成像仪已成为技术发展的必然趋势和应用的客观需求，为了解决目前微光云图成像仪替代定标依赖于月亮辐射的问题，本项目针对基于灯光源的微光云图成像仪定标方法展开研究。（1）根据设置的选取标准，通过对微光云图中人造灯光源的统计分析，选取具有代表性的现有人造灯光源，然后通过调研选取灯光参数信息、当时大气廓线等其他辅助信息，通过计算灯光源的入瞳辐亮度，研究基于现有人造灯光源的微光云图成像仪定标方法；（2）自主设计灯光源定标源，在避免其他光源干扰，且充分考虑大气状况、水汽变化、气溶胶的影响选择定标场，并在定标场内对灯进行布置，探索如何设计灯光源，使灯光源满足定标条件且辐射稳定可控，然后结合所测大气廓线、气溶胶参数等相关信息，通过计算灯光源的入瞳辐亮度，研究以自主设计灯光源为目标的微光高精度定标方法。

在旧式灯塔里，为了保存能源和集中光源：

• 将发出光线以水平方向射出。

• 塔顶光线水平不变，于塔顶设旋转装置，确保周围每个方向都能看见光芒。

非常古老的灯塔中，以煤油灯作光源，由灯塔负责人手动操作发条装置转动集中光线的透镜系统。透镜系统常浮在水银中防止摩擦。现代化的灯塔里是电灯和发条装置由外部供应电力，同时备有柴油驱动发电机操作，并且为灯塔负责人的生活提供电力。有些灯塔由太阳能发电供应电力。

如果要增强亮度，则需要非常大的透镜，可能连灯塔也承受不了重量。菲涅耳透镜（Fresnel lens）因而应运而生，它的设计使透镜的重量和容量大大缩小而焦距距离不变。一些灯塔，如在纽芬兰的怀斯角灯塔（Cape Race）、夏威夷的马卡佩灯塔（Makapu'u Point），使用另一种由保斯公司（Chance Brothers）特别开发的佳帕哈迪宏透镜（hyperradiant Fresnel lens）。

现代自动化的灯塔里，转动的透镜由全方向的系统散发非常明亮的光线（不再是空间大才能收集更多光线）。

在诸多设计和观察灯塔中，人们宁可看到连续不断但微弱的光，于是在微弱的光之后只短时间间隔放强光。这些瞬时明亮灯塔被安排成为发放间隔光线的特殊灯塔。例如，荷兰的Scheveningen灯塔，2.5式7.5秒间转换光线强弱。

本课题围绕基于过程的城市建筑三维建模技术开展理论方法和关键技术研究工作，重点开展了基于单张图像的建筑物组件重复性检测与几何过程建模技术，基于图像集的建筑建模、组件几何和反射属性建模技术，基于GIS数据的城市虚拟场景快速建模技术与工具等研究工作。 在基于单张图像的建筑物过程建模技术方面，研究了针对单张图像建筑物重复性组件的检测算法、建筑规则和组件生成算法。从分割的单张图像中自动生成三维建筑组件、建筑规则及三维建筑模型。通过简单的人工交互可以生成风格相同、形状可变的三维建筑模型。在基于图像集的建筑建模技术方面，以未标定数码相机拍摄的建筑物多幅照片为输入，提出了一系列算法，研究了建筑物三维点云数据的恢复与分割、建筑物组件重复性检测、建筑物前后层结构自动提取等技术，能够全自动的重构出逼真度较高的建筑物三维模型。在基于图像集的建筑物组件几何和反射属性建模技术方面，研究了基于本征图像分解的建筑物组件材质反射属性建模技术、基于径向基函数的逐像素组件深度插值算法，从而构建出可重光照的建筑物组件模型。在基于GIS数据和过程建模技术的城市场景快速建模方面，通过解析地理信息数据，提取地图数据中的建筑位置和朝向信息，结合本课题已研究的单个建筑建模方法生成的建筑模型, 快速生成城市局部区域的三维场景，研制了场景建模工具原型系统。 在本项目资助下，发表论文10篇（SCI检索2篇、EI检索4篇）、专利申请2项、专利授权2项，其中8篇文章发表在《Computers & Graphics》、《The Visual Computer》、《Computer Graphics Forum》、Graphics Interface (GI2013)、Pacific Graphics (PG2013)、Eurographics Symposium on Geometry Processing (SGP2014)，Asian Conference on Computer Vision (ACCV2014)， IEEE International Conference on Image Processing (ICIP2015)等CCF推荐国际B类、C类期刊与会议上。项目负责人获2013年教育部技术发明一等奖1项，排名第7（总发明人数为9），并晋升副教授。3名硕士在本项目资助下完成毕业论文，2名博士基本完成论文。 2100433B