深度|光谱成像技术在海域目的探测中的应用

时间:2021-10-13 02:22 作者:体育买球平台
本文摘要:一、引言在现代战争中,信息反抗已经成为决议战争胜负的关键,而基于航空平台获取军事信息具有时效性强,侦查规模广等特点,是重要的侦察手段之一。在诸多航空平台的信息获取技术中,高光谱成像技术可在获取目的二维图像信息的基础上,同时获取目的的一维光谱信息,能够反映出被观察工具的外形影像以及理化特征,从而到达对目的的探测与识别。使用高光谱成像技术对地、对海举行侦察将获取更富厚的目的信息,极大地提高了航空侦察能力,相对于其他侦察方式具有一定的优越性。

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一、引言在现代战争中,信息反抗已经成为决议战争胜负的关键,而基于航空平台获取军事信息具有时效性强,侦查规模广等特点,是重要的侦察手段之一。在诸多航空平台的信息获取技术中,高光谱成像技术可在获取目的二维图像信息的基础上,同时获取目的的一维光谱信息,能够反映出被观察工具的外形影像以及理化特征,从而到达对目的的探测与识别。使用高光谱成像技术对地、对海举行侦察将获取更富厚的目的信息,极大地提高了航空侦察能力,相对于其他侦察方式具有一定的优越性。

与传统的遥感数据源相比,高光谱数据具有光谱规模宽、谱段多、光谱分辨率高的特点,高光谱成像仪的事情波长笼罩太阳反射光谱区,波段宽度到达纳米量级,波段数急剧增多,从可见光到近红外光谱区间的波段数可达几十个以致几百个。如今波段宽度越来越窄,波段数目越来越多,在多项应用中都提供了越发富厚的数据和研究方法。

二、高光谱成像仪在军事上的应用20世纪70年月末,美国加州理工学院的相关学者首先提出了光谱成像仪的研究计划,开展了32×32碲镉汞面阵探测器推扫式(Pushbroom)光谱成像仪(AIS)机载试验样机的研制事情,并获得了NASA的支持,其中AIS系统的事情原理如图1所示。图1 AIS系统事情原理示意图1982年,该光谱成像仪首次举行了机载航行试验,乐成获取了可见光以及短波红外区域的32个谱段的图像,但AIS获得数据的幅宽只有32像元,信噪比低,导致数据应用受到限制。

而第二代成像光谱仪AIS-2,则将32元探测器拓展到64像元,数据得以扩展,但其获取的高光谱影像宽度仍然很是有限,难以满足应用需求。20世纪80年月,美国加州理工学院喷气推进实验室的学者们研制了摆扫式(Whiskbroom)光谱成像仪AVIRIS,其光机结构及机载平台如图2所示,其接纳线阵探测器加光机扫描的事情方式,该仪器进一步扩大了空间笼罩规模。

在0.4~2.5μm的光谱规模内可获取224个波段的光谱信息,空间分辨率为20m,穿轨偏向的像元数到达了600,是现在最常用的机载光谱仪之一。图2 AVIRIS系统光机结构及ER-2机载平台鉴于光谱成像技术在伪装识别等军事领域的奇特优势,美国军方从20世纪90年月初开始举行机载光谱成像技术验证事情,主要有美国水师在1995年支持研制的超光谱数字图像收集试验仪(HYDICE)和美国空军在1995年支持研制的机载傅里叶变换超光谱成像仪(FTVHSI)等。美国水师为了验证光谱成像技术在军事应用中的可行性,针对水师的应用需求,对原有光谱成像仪器举行分析,经充实的指标论证,研制了一种经由完善定标的新型超光谱数字图像收集试验仪(HYDICE)。HYDICE系统及CV-580机载平台如图3所示,HYDICE的事情高度为2000~7500m,视场为8.94°,系统接纳棱镜分光的方式,在400~2500nm的光谱规模内获取了210个波段的光谱信息,平均光谱分辨率为10nm。

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精致的光谱分辨率可以反映出地物所属光谱的细致特征,有利于在光谱层面临地物的化学身分举行遥感定量分析。图3 HYDICE系统及CV-580机载平台此外,鉴于无人机在军事侦察中生存能力强,无人员伤亡风险,灵活性能好等特点,美军增强了高光谱成像仪搭载无人机的研究事情。2000年,美国空军制定了针对无人机平台的高光谱技术生长计划——大规模侦察高光谱高空实时监视试验(WAR HORSE)。

WAR HORSE计划接纳“捕食者”无人机平台,搭载可见光、近红外高光谱载荷及线阵高分辨率相机举行试验,重点验证高光谱载荷的相关算法和处置惩罚能力,其中高光谱成像仪(HSI)在可见和近红外部门(450~900nm)可笼罩64个谱段,视场角为9.3°,在典型航行高度3km时像元分辨率为1m。HSI系统及在“捕食者”无人机安装位置如图4所示。图4 HSI系统及在“捕食者”无人机安装位置为了进一步提升对伪装质料的探测能力,2001年,美国空军实验室针对高空无人机制定了红外波段光谱遥感成像孵化平台计划(SPIRⅢ),并研制了高光谱成像仪原理样机。开端接纳“全球鹰”无人机平台举行验证,并可兼容“捕食者”无人机平台,现在该计划仍在实施历程中。

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此外,美国空军实验室正在举行无人机载可见光波段高光谱的验证事情,重点解决“树下坦克”(tanks-under-trees)探测问题。2006年,美国水师“守护者格里芬”无人机试飞乐成,该无人机上搭载了高光谱相机。高光谱相机的波段为400~1000nm,接纳了1024×1024巨细的CMOS探测器,光谱分辨率到达2.35nm。

2007年,美国空军向Headwall Photonics公司采购了一批微型高光谱成像仪(MHIS),用于装载“捕食者”无人机。MHIS谱段规模笼罩可见近红外波段(400~1000nm)以及近红外波段(900~1700nm),光谱分辨率为3.5nm。三、基于高光谱技术的海面目的探测高光谱数据具有多通道、谱段窄、准确度高、信息量大等特点,与单一波段的目的识别方式相比具有较大优势],因此被广泛应用于海面军事目的探测的研究中,主要包罗海岛伪装军事目的的探测、海面舰船目的探测、导弹预警等。

⒈基于高光谱数据海面目的探测的物理基础高光谱数据具有图谱合一的特点,因此在提取舰船目的时,可以同时使用图像特征及光谱特征举行目的信息的提取。随着技术的进步,高光谱设备的几何分辨率及光谱分辨率不停提升。例如美国战术卫星-3上搭载的高光谱成像仪,其几何分辨率已经到达5m,机载。


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