高分辨率遥感的数学物理基础

目录
“地球观测与导航技术丛书”编写说明
序
前言
第1章 电磁波反射传输原理与高分辨率遥感特性 1
1.1 电磁波反射传输原理与麦克斯韦方程 1
1.2 高分辨率遥感空间特性与几何高精度瓶颈 3
1.3 高分辨率遥感时间特性与实时性去冗余瓶颈 6
1.4 高分辨率遥感光谱特性与像元解混谱段退化瓶颈 8
1.5 高分辨率遥感辐射特性与能量传递的“辐射定标黑箱模型”瓶颈 9
1.6 高分辨率遥感定标与四大特性物理量纲 12
1.7 本章小结 13
参考文献 14
第一部分 空间(几何)分辨率
第2章 空间特性1：基于锥体构像仿生机器视觉的极坐标模型理论 17
2.1 直角坐标摄影测量的局限性与稀疏阵根源解析 17
2.2 极坐标自由网光束法平差模型 21
2.2.1 直角坐标自由网平差模型 22
2.2.2 非线性小二乘平差优化模型 25
2.3 极坐标绝对网光束法平差模型 29
2.3.1 基于封闭解的绝对定向法 29
2.3.2 混合表达的直接绝对网平差模型 30
2.3.3 附加相似变换参数的间接绝对网平差模型 31
2.4 点线作为共同观测的混合光束法平差模型 32
2.4.1 基于平面法向量参数化的线特征光束法平差模型 32
2.4.2 点线混合的光束法平差模型 35
2.5 极坐标光束法平差模型精度和效率验证 36
2.5.1 数据介绍 36
2.5.2 Levenberg-Marquardt(LM)优参数选择 37
2.5.3 航空摄影测量数据验证 38
2.6 本章小结 45
参考文献 46
第3章 空间特性2：航空遥感通用物理模型及可变基高比表征理论 47
3.1 数字航摄相机离散域成像新技术面临的问题 47
3.2 数字航摄相机通用物理模型与四个对偶技术特征 48
3.2.1 数字航摄相机通用物理结构 48
3.2.2 外视场拼接与内视场拼接 49
3.2.3 非严格与严格中心投影 50
3.2.4 一次成像与二次成像 52
3.2.5 单基线摄影测量与广义基线摄影测量 52
3.3 可变基高比的时空函数表征 54
3.3.1 基高比定义与数字化后可变基高比内涵 54
3.3.2 可变基高比的空间变量 55
3.3.3 可变基高比的时间变量 57
3.4 基于可变基高比函数和数字摄影测量系统类型的几何精度计量理论的建立和解释 57
3.4.1 可变基高比的时间变量与高程精度的关联模型 57
3.4.2 航摄系统光机参量与高程精度链接模型 60
3.4.3 多基线影像的获取方法 60
3.4.4 实验验证 64
3.5 影响立体定位高程精度的几何指标 67
3.5.1 高程误差的严密估算公式 67
3.5.2 平面误差的严密估算公式 71
3.5.3 其他几何误差来源 74
3.6 单刚体二次成像原型系统实现与n次成像物理模型推广 76
3.6.1 二次成像(TIDC)相机设计及原型实践 76
3.6.2 二次～n次成像系统空间分辨率推导 77
3.7 航空单刚体n次成像与航天折返同光路等效映射 81
3.7.1 单刚体n次折返式光路与n次成像物理模型等效性分析 82
3.7.2 n次折返式同光路成像系统实现 83
3.8 本章小结 85
参考文献 85
第4章 空间特性3：几何参量收敛性误差敏感性和精度分析 87
4.1 光束法平差模型收敛性误差敏感性分析 87
4.1.1 法方程奇异性 88
4.1.2 平差模型中参数变量对观测误差灵敏度 90
4.1.3 收敛性仿真实验验证 92
4.2 光束法平差模型收敛精度及速度分析 96
4.2.1 优化问题极值点的分布 96
4.2.2 目标函数的线性化程度 97
4.2.3 收敛精度、速度仿真实验验证 98
4.3 光束法平差模型优化结构设计 99
4.3.1 基于Schur补的自由网平差降维相机系统设计 100
4.3.2 基于Schur补的绝对网平差降维相机系统设计 103
4.4 数字基高比下的高程与平面精度预估 104
4.5 本章小结 106
参考文献 106
第二部分 时间分辨率
第5章 时间特性1：常规3—2—3维信息转换过冗余根源与仿生复眼3—3—2新机制 109
5.1 遥感信息过度冗余的3—2—3维模式转换问题浅析 109
5.2 仿生复眼3—3—2维信息转换新模式 112
5.2.1 仿生复眼3—3—2维信息获取优势 112
5.2.2 仿生复眼3—3—2维信息转换 112
5.2.3 仿生复眼3—3—2维信息处理 114
5.3 复眼的视觉基础及3—3—2三级模式结构 115
5.3.1 复眼的结构及分布 115
5.3.2 复眼的侧抑制 117
5.3.3 生物3—3—2模式的视觉结构 120
5.3.4 基于3—3—2模式的仿生复眼成像传感器 120
5.4 基于OMS神经元仿生3—3运动目标检测模型 121
5.4.1 OMS神经元简介 121
5.4.2 复眼OMS检测机理 122
5.4.3 仿生复眼变分辨率检测 123
5.4.4 仿生OMS检测模型 123
5.4.5 仿生3—3 检测算法 124
5.5 仿生3—2检测算法及小运动目标检测 127
5.5.1 仿生3—2图像获取 127
5.5.2 二维目标的精确识别 128
5.5.3 仿生STMD检测模型 131
5.5.4 仿生STMD检测算法 133
5.6 本章小结 136
参考文献 136
第6章 时间特性2：基于剖分-熵-基函数表征的数据实时处理理论 138
6.1 遥感影像数据实时处理的瓶颈问题 138
6.2 基于剖分格网结构的高效数据组织与管理 139
6.2.1 空间信息剖分格网简介 139
6.2.2 面片式三维重建技术 141
6.3 基于基函数-基向量-基图像理论的简表征存储与转换 146
6.3.1 基函数-基向量-基图像理论 147
6.3.2 基于信息熵的去冗余与无损压缩判据及有损压缩边界 149
6.3.3 基于率失真函数的有损压缩判据 150
6.4 基于熵-率失真函数的无损-有损压缩理论 150
6.4.1 熵编码与无损压缩算法 150
6.4.2 率失真函数与有损压缩算法 151
6.4.3 数据压缩解压缩技术 153
6.5 数据实时处理理论的建立和评价 155
6.6 本章小结 156
参考文献 156
第7章 时间特性3：基于单光路光场成像的3—3维信息实时转换理论 157
7.1 3—3—2维信息转换模式下的直接成像原理 157
7.2 光场成像系统结构及预处理 158
7.2.1 光场遥感影像的辐射校正 158
7.2.2 光场影像与探测器对齐 159
7.2.3 光场微透镜阵列位置检测 160
7.3 基于微透镜单光路光场三维信息获取方法 161
7.3.1 光场相对深度提取 161
7.3.2 深度信息的计算 163
7.3.3 深度信息优化方法 164
7.4 遥感传感器的深度定标方法 166
7.4.1 光场遥感相机内参定标 166
7.4.2 遥感绝对深度信息定标 167
7.4.3 绝对深度精确计算 168
7.5 光场成像参数及深度精度分析 169
7.5.1 成像几何分辨率分析 169
7.5.2 成像深度分辨率分析 172
7.5.3 成像有效景深分析 173
7.6 本章小结 174
参考文献 175
第三部分 光谱分辨率
第8章 光谱特性1：多-高光谱转换机理的光谱重构理论 179
8.1多-高光谱关联的光谱重构理论基础 179
8.2 光谱重构的数据基础——高光谱库的构建与归一化 180
8.2.1 从公开发布的光谱库中选择光谱 180
8.2.2 从影像中收集光谱 184
8.2.3 野外光谱采集 184
8.2.4 波谱库质量控制与端元的规格化 185
8.3 光谱重构的端元基础——规格化多端元光谱分解 186
8.3.1 多端元光谱分解的基础 186
8.3.2 多端元迭代混合分解 188
8.3.3 光谱重构的丰度基础-模糊集全约束条件 190
8.4 FSME光谱重构机理的建立及验证 196
8.4.1 重构原理 196
8.4.2 光谱重构测试 196
8.4.3 重构结果评价 199
8.5 本章小结 206
参考文献 206
第9章 光谱特性2：可见-中/热红外反射-发射机理的光谱连续理论 207
9.1 色散型与干涉型光谱载荷的技术特征 207
9.1.1 色散型光谱成像技术 208
9.1.2 干涉型光谱成像技术 208
9.1.3 两类光谱成像方式的对比分析 209
9.2 中红外的反射与发射分离与温度反演 210
9.2.1 中红外辐射传输模型 210
9.2.2 中红外谱区发射能量与反射能量的分离 212
9.3 多波段热红外的发射率与温度反演基本算法 215
9.3.1 多波段热红外发射率反演 215
9.3.2 多波段热红外温度分裂窗算法 216
9.4 基于多波段温度发射率分离的发射率测算方法 217
9.4.1 温度发射率分离NEM模块算法 217
9.4.2 温度发射率分离RAT模块算法 218
9.4.3 温度发射率分离MMD模块算法 218
9.5 基于中红外的宽波段反射-发射光谱连续机理的建立及评价 219
9.6 本章小结 221
参考文献 221
第10章 光谱特性3：基于光谱重构和连续理论的像元解混模型方法 223
10.1 光谱重构机理下的像元解混基本方法及逆向对偶性 223
10.1.1 混合像元解混的地物理解 223
10.1.2 混合像元分解的物理模型 224
10.2 中/热红外数据支持下的像元解混 225
10.2.1 中/热红外数据特性及其在图像识别中的优势 225
10.2.2 中/热红外波数据支持下的像元解混方法 226
10.3 全色图像支持下的高光谱像元解混 228
10.3.1 全色图像支持下的像元解混步骤 228
10.3.2 全色图像支持下的像元解混过程 232
10.4 成像仪光谱连续机理及解混支撑手段 235
10.4.1 成像仪光谱可编程 235
10.4.2 通道可编程读取的三项主要关键技术 236
10.5 本章小结 238
参考文献 238
第四部分 辐射分辨率
第11章 辐射特性1：基于能量转换机理的辐射传输理论 241
11.1 遥感辐射传输基本理论 241
11.1.1 晴天条件大气辐射传输模拟 241
11.1.2 云天条件大气辐射传输模拟 243
11.2 中红外的光学物理特性 246
11.2.1 中红外光谱大气光学特性分析 246