一种基于遥感应用的高光谱成像仪指标优化方法

摘要

一种基于遥感应用的高光谱成像仪指标优化方法，首先确定高光谱数据应用目的，根据应用目的和载荷设计指标要求，预设高光谱载荷性能指标参数和设计指标参数；然后利用大气辐射传输模型进行遥感载荷入瞳前的高光谱信号仿真；再根据推扫式高光谱成像机理，建立高光谱成像仿真模型，实现高光谱载荷在空间维和光谱维的成像仿真，获得高光谱成像数据和高光谱载荷性能指标参数值，利用高光谱数据处理方法得到应用结果，建立应用效果指标和载荷性能指标的关系；最后通过最小二乘法以确定优化指标。该发明将遥感应用指标引入到载荷指标优化设计中，从应用角度考虑高光谱载荷指标优化，从而为高光谱载荷设计和高光谱数据应用效能评价提供可靠有效手段。

主权项

一种基于遥感应用的高光谱成像仪指标优化方法，其特征在于步骤如下：（1）确定高光谱数据应用目的，根据高光谱数据应用目的和载荷设计指标要求，预设高光谱载荷性能指标参数和设计指标参数，所述高光谱数据应用目的包括目标探测和地物分类；高光谱载荷性能指标参数包括：地面分辨率、光谱分辨率、信噪比/信杂比、空间调制传递函数和光谱调制传递函数；高光谱载荷设计指标参数包括光学系统设计指标参数、探测器设计指标参数和成像电路设计指标参数；光学系统设计指标参数包括光学系统型式、口径、遮拦比、和光学系统调制传递函数；探测器设计指标参数包括探测器像元尺寸和噪声；成像电路设计指标参数包括电路噪声和增益；（2）根据（1）中确定的应用目的确定仿真数据源；如果应用目的为目标探测，则使用带有单个或多个特定目标的普通背景场景作为仿真数据源；如果应用目的为地物分类，则使用具有不同地物光谱的仿真数据源；（3）结合（2）选择的仿真数据源，利用大气辐射传输模型进行遥感载荷入瞳前的高光谱信号仿真；（4）根据推扫式高光谱成像仪成像机理，建立高光谱成像仿真模型，利用（3）生成的入瞳前的高光谱信号，实现高光谱载荷在空间维和光谱维的成像仿真，获得高光谱成像数据和高光谱载荷性能指标参数值，之后进入步骤（5）；所述高光谱成像仿真模型包括信噪比模型、空间调制传递函数模型和光谱响应函数模型；（5）获得高光谱数据应用指标值，具体为：如果步骤（1）中高光谱数据应用目的是目标探测，则通过RXD法或者LPD法评估目标探测概率和虚警率，即在目标探测应用下应用指标值为目标探测概率和虚警率；如果步骤（1）中高光谱数据应用目的是地物分类，则通过光谱角度制图法评估地物分类精度，即在地物分类应用下应用指标值为地物分类精度；（6）改变高光谱载荷设计指标参数值，重复步骤（3）～（5），获得不同载荷设计指标参数值下的载荷性能指标参数值和应用指标值，通过公式：I=A+Bf(GSD)+Cf(SNR(λ))+Df(Δλ)+Ef(MTF)+Ff(SRF)建立遥感应用指标与载荷各性能指标之间的关系，其中，I为应用指标，GSD为地面分辨率，SNR(λ)为光谱信噪比/信杂比，Δλ为光谱分辨率，MTF为空间调制传递函数，SRF为光谱响应函数，A、B、C、D、E、F为公式系数，f()是关于I的函数；（7）利用（6）建立的关系式，通过最小二乘法获得优化的载荷性能指标，从而可输出载荷设计指标。