光学遥感数字采样时空信息转换机理及移变成像模型构建

High resolution remote sensing image’s accurate processing is an important and frontier scientific problem in earth observation system. As digital sensor is replacing film sensor， the object and fundamental of classical analog/analytical photogrammetry theory and space-invariant optical radiative transfer theory are changed， from analog， continuous， single central projection and space-invariant to digital， discrete， multi central projection and space-variant. The traditional theories and models can not explain the space-variant effect and the confuse problem of geometric and radiative information by digital sampling，sensor vibration and multi-sensors’ mosaicing. This subject investigates the characteristics of modulation and phase by digital sampling process’ theoretical deduce， establishes the physical mechanism of continuous time-space information’s digitalized transform; studies the correlation between geometric and radiometric information, forms the 4D space variant imaging model by introducing time and space variant parameters, Carries out imaging simulation and information restoring to validate the theory and model. This subject aims to explain the sampling law between continuous earth space-time information and digital remote sensing images， promotes digital photogrammetry and remote sensing theory’s development

高分辨率遥感影像几何辐射精确处理是对地观测系统研究的重大前沿科学问题之一。随着数字传感器取代胶片成像，移不变光学辐射传输理论的基础和对象发生重要变化，由模拟、连续、单中心投影、移不变系统发展到数字、离散、多中心投影、移变系统。传统理论模型无法从根本上解释数字离散采样、遥感平台震动、多传感器拼接等因素导致的时空移变效应与几何辐射混淆问题，致使遥感影像分辨率下降、特征点线无法精确定位，成为数据处理的瓶颈。本项目通过连续遥感时空信息在数字采样过程中频谱变换理论推导，分析幅值和相位分量特性，形成连续地物时空信息向数字化离散化转换的物理机理；研究遥感数字采样成像OTF/MTF/PTF/SNR/GSD/RMS等几何与辐射特性相关性，引入时空移变参量建立严密4D移变成像模型；通过时空移变参量提取与复原试验验证上述理论模型，揭示数字化光学遥感信息与连续地物原型之间的采样转换规律，推动离散域遥感基础理论发展

航空航天遥感成像在时空扫描成像过程中产生时空谱信息的位移变化，是严格的动态遥感时空移变成像。传统的光学遥感成像模型及数据处理方法都忽略了遥感动态成像的移变本质效应，存在不严密性，也导致了遥感数据处理与应用过程中的诸多瓶颈难题。.本项目紧密结合光电数字采样成像的物理特性和工作原理，在光学遥感数字采样成像时空信息转换机理及其应用方面开展了理论和技术研究工作，建立了综合几何、辐射、时间、频谱参量的遥感时空移变成像模型，开展了多源遥感影像协同下的数据处理、信息提取等应用试验，为光学遥感数字化理论模型与应用技术发展具有重要的推动作用。.在理论模型方面，基于几何、辐射、时间、频谱参量，推导完成了具有明确物理意义的、时/空移变条件下的时空信息转换的数学物理方程，实现在二维连续空间向二维离散空间投影的信息转换，建立了离散转换过程中信息变化衰减与信号幅值/相位分量的相关性数学模型，并对信号变化衰减的变化规律进行了分析，通过Monte Carlo算法实现了模型仿真与验证，证明了所建立物理模型的准确性。.在技术应用方面，基于光学遥感时空移变模型，开展了3个应用技术试验。一是光学遥感影像的高精度运动目标时空移变参量与目标运动信息提取，无需复杂的多景遥感影像匹配与变化检测实现了仅仅利用遥感器成像参数与遥感影像信息的运动信息提取；二是多源卫星遥感辐射反演自动化处理原型系统，挖掘高分辨率数字遥感影像信息，开展了多源卫星遥感影像协同的地表覆盖要素提取与监测，有效验证了时空移变模型的应用方法和应用效果；三是自适应自动化的多源遥感数据有效性覆盖分析，实现在统一的几何和辐射基准下进行ZY3、GF1、GF2、GF4、GF5、ZY等系列卫星数据的协同处理，通过生成反射率、NDVI、NDWI等成果，生成云、冰雪、雾、水、植被、裸露地等典型地表要素，为卫星数据有效性覆盖分析、大范围卫星遥感监测等应用提供重要技术支持。