本文關(guān)鍵詞：光學(xué)遙感中鄰近效應(yīng)的模擬和優(yōu)化　出處：《中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：在光學(xué)遙感中,成像系統(tǒng)與待成像目標(biāo)之間存在大氣干擾,嚴(yán)重影響光輻射傳輸?shù)馁|(zhì)量和遙感圖像的質(zhì)量。光學(xué)遙感的鄰近效應(yīng)(Adjacency Effect)是指遙感中非目標(biāo)像元對(duì)目標(biāo)像元輻射亮度的貢獻(xiàn),又稱為大氣的交叉輻射(Cross Radiance)效應(yīng)。鄰近效應(yīng)一般增加了暗像元的輻射值,減少了亮像元的輻射值,使得遙感圖像邊緣模糊、對(duì)比度降低,圖像質(zhì)量下降。研究表明:當(dāng)傳感器的空間分辨率高于1km時(shí)必須考慮鄰近效應(yīng)的影響。因此隨著光學(xué)遙感空間分辨率和應(yīng)用遙感信息定量化程度要求的不斷提高,開展鄰近效應(yīng)機(jī)理及模擬方法研究已成為亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。本文首先開展基于蒙特卡羅方法的鄰近效應(yīng)模擬研究�；谳椛鋫鬏斈Ｐ蜆�(gòu)建光子傳輸環(huán)境,以逆向蒙特卡羅方法模擬光子從遙感器出發(fā)、在大氣中傳輸、最后到達(dá)地表的全過程,統(tǒng)計(jì)光子分布獲得大氣點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(Point Spread Function,PSF)。利用輻射傳輸模型計(jì)算地表輻射場(chǎng),通過大氣PSF和地表出射輻射場(chǎng)的卷積計(jì)算交叉輻射,添加大氣上行傳輸影響,獲得包含交叉輻射的遙感器入瞳處輻亮度值。針對(duì)垂直和傾斜兩種觀測(cè)條件,開展鄰近效應(yīng)影響因素的計(jì)算和分析,分析因素包括地表反射率分布、成像空間分辨率、大氣能見度、太陽天頂角、觀測(cè)天頂角和方位角等,結(jié)果顯示:地表反射率分布、大氣能見度、觀測(cè)天頂角對(duì)鄰近效應(yīng)影響最為顯著,隨著背景反射率增大、大氣能見度減小、觀測(cè)方向接近天頂方向,鄰近效應(yīng)增強(qiáng)。在理論和模擬研究基礎(chǔ)上,基于數(shù)字場(chǎng)景,獲得了鄰近效應(yīng)仿真圖像。隨后針對(duì)蒙特卡羅模擬方法帶來的仿真不確定性問題,開展基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法優(yōu)化研究。利用大氣PSF的蒙特卡羅模擬結(jié)果,設(shè)計(jì)足夠多帶有sigmoid函數(shù)的隱藏神經(jīng)元和線性輸出神經(jīng)元的兩層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),采用Levenberg-Marquardt反向傳播算法,學(xué)習(xí)大氣參數(shù)、觀測(cè)幾何、觀測(cè)波長(zhǎng)等因素與大氣PSF之間的關(guān)系。研究重點(diǎn)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu),特別是輸出層的設(shè)計(jì)。將具有高維輸出的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)劃分成多個(gè)只有一維輸出的小網(wǎng)絡(luò),在多個(gè)工作站或PC上并行運(yùn)行,有效解決了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)難以承受高維輸出的難題,同時(shí)大幅提高了計(jì)算效率。訓(xùn)練之后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于訓(xùn)練樣本內(nèi)的任意輸入條件,可以快速得到相應(yīng)的大氣PSF;對(duì)于與訓(xùn)練樣本不同的輸入條件,也能獲得合理的大氣PSF的估計(jì)。多次試驗(yàn)結(jié)果顯示這種優(yōu)化方法的計(jì)算精度和效率均令人滿意。本文的研究成果豐富了光學(xué)遙感成像全鏈路仿真模型,為成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化奠定理論和方法基礎(chǔ),同時(shí)有助于開展遙感圖像鄰近效應(yīng)校正算法研究,有效提高遙感圖像品質(zhì)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP751

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本文編號(hào)：1316922