徐沖-航空遙感時空譜信息同步獲取技術及其應用.pdf

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1、P1航空遙感時空譜信息同步獲取技術航空遙感時空譜信息同步獲取技術及其應用及其應用徐沖季華實驗室 先進遙感技術研究室 研究員2022年6月P2P2遙感“時空譜”信息遙感“時空譜”信息1P3 目標物（Object）山、水、林、田、湖、草、沙 傳感器（Senser）面陣相機、熱紅外、高光譜、激光雷達、SAR、位置、姿態 測量方法（Retrievalmethod）天（航天）、臨（浮空器）、空（有人機、無人機）、地（地面）利用某種特定的傳感器，采用適當的測量方法，獲得能夠表征目標物的信息，對信息進行提取、判定、加工處理及應用分析。遙感三要素P4遙感圖像的三大特征（時、空、譜）幾何特征位置、三維尺度、表面

2、紋理（指標：定位精度、尺寸精度、空間分辨率）物理特征反射率、光譜分布（指標：波段范圍、光譜分辨率、空間分辨率、輻射精度）時間特征信息獲取周期、獲取時刻（指標：時間分辨率、時間精度）遙感載荷及系統設計目標：如何進一步提高空間分辨率、光譜分辨率、輻射分辨率和時間分辨率。P5P5遙感“時空譜”信息同步獲取的意義遙感“時空譜”信息同步獲取的意義2P6時空融合解決衛星傳感器不能同時獲取高空間高時間分辨率影像的缺陷通過算法對不同衛星獲得的數據進行融合目前的算法主要分成四類：基于加權函數融合(STARFM,ESTARFM等)；基于混合像元分解(MMT,STRUM,ISTRUM,STDFA等)；基于學習包括稀

3、疏表示字典以及機器學習算法(SPSTFM,CSSF,MRT,CNN);基于多種方法綜合(FSDAF,BLEST,EFSDAF,IFSDAF）空譜融合解決光譜相機的空間分辨率與光譜分辨率相互制約的問題通過算法對高光譜或熱紅外圖像與同區域的全色影像進行融合以提高光譜影像的空間分辨率目前的主要算法：基于替換的融合方法、基于多分辨率分析的融合方法、基于模型優化的融合方法和基于稀疏表達的融合方法。遙感時、空、譜數據融合受遙感載荷傳感器設計的限制，遙感影像在空間、時間、光譜分辨率方面不可兼得P7時空譜一體化數據融合發展趨勢 發展時空譜遙感信息的一體化融合方法，建立統一的融合框架，實現對多時相、多譜段、多尺

4、度數據的聯合建模與處理 航天、航空、地基觀測具有天然的互補優勢，實現空天地耦合觀測以及跨尺度的數據融合 構建對地觀測傳感網，它將具有感知、計算和通信能力的傳感器與萬維網進行有機結合，基于并行計算、云計算等框架建立高性能計算方法，實現數據的在線融合與協同分析 針對特定應用場景以及特殊的圖像特征需求，以應用為驅動來發展最優的融合方法遙感時、空、譜數據融合P8 數據級對傳感器原始觀測數據或經過預處理的數據進行融合，生成新數據，其主要目的就是為了提升數據的質量，如分辨率、對比度、完整度等指標 特征級首先對不同數據分別進行相關特征的提取，然后再對提取的特征進行融合處理，生成新的特征或特征矢量，以便于后續

5、的地物解譯 決策級首先利用不同傳感器數據分別進行地物解譯，獲得地物類別或屬性的初步確定，然后再利用一定的決策規則加以融合，主要解決不同數據產生結果的不一致性，從而獲取更可靠決策知識遙感數據融合的條件：目標相同，時相接近，尺度級數相差不是太大。遙感數據融合的三個層次P9P9遙感“時空譜”信息的同步獲取的方法遙感“時空譜”信息的同步獲取的方法2P10遙感時、空、譜數據同步獲取的含義 包含多傳感器位置傳感器、姿態傳感器、全彩色相機、高光譜相機、激光雷達等 時間同步特征所有傳感器在統一時間（UTC）坐標系下工作，所獲取的數據均帶有相同精度（亞毫秒級）的時間戳 空間同步特征各個傳感器視場角大致相同、指向

6、相同、相互之間的位姿關系明確、空間坐標精度達到亞像素級航線線陣影像面陣影像P11時間同步控制技術時間同步的基礎系統時鐘同步方案相關專利相機組快門同步方案P12聯合檢校條件空間同步的保證高精度二維轉臺室內控制場室外場定位反射標布設實景無人機載荷檢校實景室外檢校場俯視圖空間測量基準P13聯合檢校技術控制場轉臺、線性導軌數據與載荷觀測傳感器數據融合模型log P 1:,Z0:1:0=+=1 1,1 1,+=1 ,1 ,適用于多相機拼接的畸變模型=12+24+36+12+22+22+1+2=12+24+36+21+22+22YABCDX多相機拼接影像二次成像模型點掃、線掃及面陣傳感器一體化檢校模型=0

7、=1=P14聯合檢校軟件控制場測量數據高精度解算模塊面陣相機內方位元素檢校模塊高光譜相機聯合檢校模塊激光雷達聯合檢校模塊POS系統聯合檢校模塊檢校服務內容：像場畸變，光學主點，激光掃描角精度，激光測距精度以及點、線、面傳感器外方位元素聯合檢校P15統一時空坐標下的點、線、面聯合解算多源數據空間聯合解算GNSS/INSRGB cameraLaser unitLine cameraObject point ICAM圖像采集數據PPS秒脈沖GPGGAGNSS時間信息TF相機觸發信號T-Lidar帶有時間戳的雷達數據激光雷達接收來1PP秒脈沖和GPGGA信息，直接給出帶有時間戳的T-Lidar相機接收

8、來自FPGA給出的觸發信號，并將圖像數據以及快門信號回傳給FPGA，FPGA結合觸發和快門信號計算圖像詳細時間戳觸發時刻快門時刻多源數據時鐘統一P16P16航空遙感“時空譜”信息同步獲取設備航空遙感“時空譜”信息同步獲取設備3P17有人機一體化遙感載荷USTS2000面陣相機：橫向視場角：90縱向視場角：40圖像分辨率：17000 x7500激光雷達：掃描角：60測距精度：20mm最小分辨角：0.006 最高掃描頻率：300L/s最高點頻：1.33MHz高光譜相機：橫向視場角：60視場分辨率：2048光譜響應范圍：4001000nm光譜通道數：400總體指標：適航高度：10003000m航行速

9、度：120300km/h數據同步精度：0.1mS空間配準精度：0.001 數據存儲方式：固態硬盤陣列數據存儲容量：8TB工作電壓：1836V DC最大功耗：200W工作溫度：-2555攝氏度尺寸：550 x480 x600mm重量：48kg有人機載荷設備載荷穩定平臺機艙內安裝高光譜相機激光雷達航測相機組飛行窗口日照輻射計P18無人機一體化遙感載荷USTS-500面陣相機：橫向視場角：74縱向視場角：40圖像分辨率：14000 x7500激光雷達：掃描角：60測距精度：10mm最小分辨角：0.004 最高掃描頻率：300L/s最高點頻：820KHz高光譜相機：橫向視場角：60視場分辨率：2048

10、光譜響應范圍：4001000nm光譜通道數：200總體指標：適航高度：2001000m航行速度：70200km/h數據同步精度：0.1mS空間配準精度：0.001 數據存儲方式：固體硬盤數據存儲容量：2TB工作電壓：24V DC最大功耗：72W工作溫度：-2555攝氏度尺寸：400 x200 x300mm重量：7.5kg激光雷達航測相機組高光譜相機飛行窗口P19低空無人機一體化遙感載荷USTS-100面陣相機：橫向視場角：74縱向視場角：40圖像分辨率：14000 x7500激光雷達：掃描角：60測距精度：20mm最小分辨角：0.024 最高掃描頻率：300L/s最高點頻：300KHz高光譜相

11、機：橫向視場角：60視場分辨率：2048光譜響應范圍：4001000nm光譜通道數：200總體指標：適航高度：50200m航行速度：3040km/h數據同步精度：0.1mS空間配準精度：0.001 數據存儲方式：固體硬盤數據存儲容量：2TB工作電壓：24V DC最大功耗：72W工作溫度：-2555攝氏度尺寸：400 x200 x300mm重量：5.5kg激光雷達航測相機組高光譜相機P20P20“時空譜”同步數據的應用效果“時空譜”同步數據的應用效果4P21遙感時空譜信息同步獲取設備實驗場景P22城市建筑場景測區面積：0.25平方公里飛行高度：110米P23海岸帶場景測區面積：2.7平方公里飛行

12、高度：280米P24P24季華實驗室簡介季華實驗室簡介5P25季華實驗室簡介2017年，廣東省委、省政府啟動首批4家省實驗室建設（目前已擴展到10家）廣州再生醫學與健康實驗室依托中科院廣州生物醫藥與健康研究院建設。開展干細胞與再生醫學、組織器官重塑研究、精準醫學與臨床前研究、再生應用研究、干細胞與再生醫學產品規范化臨床前轉化研究、醫療器械研發等領域研究。鵬城實驗室依托哈爾濱工業大學（深圳）建設。開展人工智能、網絡通信和網絡空間安全，包括空間通信、水域通信、軟硬件開源開放平臺、智能機器人、虛擬現實、系統安全、網絡安全、量子算法、量子軟件等領域研究。季華實驗室依托中科院長春光機所建設。開展機械工程

13、、光學工程、電子科學與技術，包括工業機器人及其關鍵技術、微納制造、面向生命科學的高端儀器裝備、遙感信息、先進材料、半導體技術與裝備等領域研究。松山湖材料實驗室依托中科院物理研究所建設。開展前沿新材料、材料科學以及以材料科學為核心，面向生命、能源、先進制造、人工智能等多學科交叉領域研究。面向世界科技前沿、面向國民經濟主戰場，圍繞國家和廣東省重大需求，集聚、整合國內外優勢創新資源，打造先進制造科學與技術領域國內一流、國際高端的戰略科技創新平臺?？傮w目標發展理念以先進制造為主方向，頂天立地，全面開放，以人為本，注重實效P26光博會曹健林理事長向其他領導介紹先進遙感團隊成果季華實驗室領導接受采訪P27謝謝大家！謝謝大家！