Application of mixed pixel decomposition in passive ranging based on oxygen absorption

Bin ZHOU; Yu ZHANG; Hai-wei WANG; Ji-hong WANG

doi:10.37188/OPE.20212907.1549

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Application of mixed pixel decomposition in passive ranging based on oxygen absorption

Modern Applied Optics | 更新时间：2021-08-09

- Application of mixed pixel decomposition in passive ranging based on oxygen absorption
- Optics and Precision Engineering Vol. 29, Issue 7, Pages: 1549-1558(2021)
- 作者机构：
  
  1.郑州科技学院，河南郑州 450064
  2.河南省智能信息处理与控制工程技术研究中心，河南郑州 450064
  3.军事科学院系统工程研究院，北京 100010
  4.中国航天系统科学与工程研究院，北京 100045
  5.陆军装备部驻沈阳地区军事代表局驻长春地区第一军事代表室，吉林长春 130000
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.37188/OPE.20212907.1549
  CLC： TN976
- Received：24 December 2020，
  
  Revised：23 February 2021，
  
  Published：15 July 2021
- 稿件说明：
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周斌,张瑜,王海伟等.混合像元分解在氧气吸收被动测距中的应用[J].光学精密工程,2021,29(07):1549-1558.

ZHOU Bin,ZHANG Yu,WANG Hai-wei,et al.Application of mixed pixel decomposition in passive ranging based on oxygen absorption[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(07):1549-1558.
周斌,张瑜,王海伟等.混合像元分解在氧气吸收被动测距中的应用[J].光学精密工程,2021,29(07):1549-1558. DOI： 10.37188/OPE.20212907.1549.

ZHOU Bin,ZHANG Yu,WANG Hai-wei,et al.Application of mixed pixel decomposition in passive ranging based on oxygen absorption[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(07):1549-1558. DOI： 10.37188/OPE.20212907.1549.

摘要

针对雨雪、雾霾等天气条件下氧气吸收被动测距受大气和气溶胶等复杂背景光谱影响严重的问题，采用混合像元分解技术对提高复杂背景条件下的测距精度进行了研究。分析了高光谱图像像元混合机理，以雨滴端元为例建立了复杂天气条件下目标与背景的混合像元模型；讨论了复杂天气条件下目标光谱的提取方法，提出了复杂天气氧气吸收被动测距的基本流程；最后，对不同距离处小雨、重度霾、中雪3种典型复杂天气条件下的卤钨灯目标进行了被动测距实验。实验结果表明，混合像元分解方法可快速提取目标光谱，与多次循环采集平均法、背景消除法相比测距精度有较大提升，不同的距离及天气条件下的测距精度分别提高到3.39%、5.81%和4.36%，可满足实际飞行目标辐射光谱的快速采集与测距精度要求。

Abstract

Passive ranging of oxygen absorption under weather conditions such as rain， snow， and haze is severely affected by complex background spectra such as those of the atmosphere and aerosols. Mixed pixel decomposition technique was used to improve the range accuracy under such complex backgrounds. Firstly， the pixel mixing mechanism of hyperspectral image was analyzed， and the mixed pixel of the target and background under complex weather conditions was established by taking the endmember of a rain drop as an example. Then， the method of extracting the target spectrum under complex weather conditions was discussed， and the basic flow of passive ranging was proposed. Finally， the passive ranging experiments were carried out for halogen tungsten lamp targets under the conditions of light rain， heavy haze， and moderate snow at different distances. Experimental results show that the mixed pixel decomposition method can quickly extract the target spectrum and improve the ranging accuracy compared to the multi-cycle acquisition average method and background elimination method. Ranging accuracies can be improved to 3.39%， 5.81%， and 4.36% under the three different weather conditions， respectively. This method can meet the requirements of fast acquisition， quick processing， and high ranging accuracy of the radiation spectrum for actual flight targets.

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李淼，黄源，孙扬，等 . 单星条件下基于被动测距的弹道参数估计性能分析［J］. 红外技术， 2020 ， 42 （ 4 ）： 328 - 334 .

LI M ， HUANG Y ， SUN Y ， et al . Performance analysis of ballistic estimation based on passive ranging using single satellite ［J］. Infrared Technology ， 2020 ， 42 （ 4 ）： 328 - 334 . （in Chinese）

余皓，刘秉琦，张瑜，等 . 氧气A吸收带平均透过率的多光谱非成像测量［J］. 光学学报， 2017 ， 37 （ 4 ）： 0401003 .

YU H ， LIU B Q ， ZHANG Y ， et al . Multi-spectral non-imaging measurement for average transmission of oxygen A absorption band ［J］. Acta Optica Sinica ， 2017 ， 37 （ 4 ）： 0401003 . （in Chinese）

李晋华，王召巴，王志斌 . 氧分子A吸收带的随机Malkmus被动测距［J］. 光学精密工程， 2017 ， 25 （ 1 ）： 28 - 33 .

LI J H ， WANG ZH B ， WANG ZH B . Passive ranging using oxygen A-band and random Malkmus model ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2017 ， 25 （ 1 ）： 28 - 33 . （in Chinese）

闫宗群，刘秉琦，华文深，等 . 利用氧气吸收被动测距的近程实验［J］. 光学精密工程， 2013 ， 21 （ 11 ）： 2744 - 2750 .

YAN Z Q ， LIU B Q ， HUA W SH ， et al . Short-range experiment of passive ranging by oxygen absorption ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2013 ， 21 （ 11 ）： 2744 - 2750 . （in Chinese）

李晋华，王召巴，王志斌 . 基于Elsasser模型的氧气A带红外目标被动测距［J］. 光谱学与光谱分析， 2014 ， 34 （ 9 ）： 2582 - 2586 .

LI J H ， WANG ZH B ， WANG ZH B . Passive ranging of infrared target using oxygen A-band and elsasser model ［J］. Spectroscopy and Spectral Analysis ， 2014 ， 34 （ 9 ）： 2582 - 2586 . （in Chinese）

闫宗群，刘秉琦，华文深，等 . 相关K分布法在氧气吸收被动测距中的应用［J］. 光学精密工程， 2015 ， 23 （ 3 ）： 667 - 677 .

YAN Z Q ， LIU B Q ， HUA W SH ， et al . Application of CKD method to passive ranging by oxygen absorption ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2015 ， 23 （ 3 ）： 667 - 677 . （in Chinese）

张瑜，刘秉琦，华文深，等 . 冬季极端天气条件下被动测距实验［J］. 中国激光， 2015 ， 42 （ 6 ）： 0613002 .

ZHANG Y ， LIU B Q ， HUA W SH ， et al . Experimental research of passive ranging in extreme winter weather ［J］. Chinese Journal of Lasers ， 2015 ， 42 （ 6 ）： 0613002 . （in Chinese）

魏昊明，赵威，戴星灿 . 雾和气溶胶前向散射对消光的影响［J］. 光学精密工程， 2018 ， 26 （ 6 ）： 1354 - 1361 .

WEI H M ， ZHAO W ， DAI X C . Influence of fog and aerosol particles' forward-scattering on light extinction ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2018 ， 26 （ 6 ）： 1354 - 1361 . （in Chinese）

张瑜，刘秉琦，华文深，等 . 降雨天气条件下被动测距实验［J］. 红外技术， 2015 ， 37 （ 11 ）： 932 - 937 .

ZHANG Y ， LIU B Q ， HUA W SH ， et al . Experimental research of passive ranging in rainy weather ［J］. Infrared Technology ， 2015 ， 37 （ 11 ）： 932 - 937 . （in Chinese）

QIN Y ， GUO F ， REN Y P ， et al . Decomposition of mixed pixels in MODIS data using Bernstein basis functions ［J］. Journal of Applied Remote Sensing ， 2019 ， 13 （ 4 ）： 046509 .

韩仲志，王轩慧，时鸿涛，等 . 高光谱遥感分区混合端元提取计算海洋溢油覆盖度［J］. 光谱学与光谱分析， 2019 ， 39 （ 5 ）： 1563 - 1570 .

HAN ZH ZH ， WANG X H ， SHI H T ， et al . Mixture end-members extraction method for coverage calculation of sea oil spills based on hyper-spectral remote sensing images ［J］. Spectroscopy and Spectral Analysis ， 2019 ， 39 （ 5 ）： 1563 - 1570 . （in Chinese）

朱玲，李明，秦凯，等 . 矿物高光谱解混进展研究综述［J］. 遥感信息， 2020 ， 35 （ 3 ）： 15 - 23 .

ZHU L ， LI M ， QIN K ， et al . Review of research progress on mineral hyperspectral unmixing ［J］. Remote Sensing Information ， 2020 ， 35 （ 3 ）： 15 - 23 . （in Chinese）

冯维一，陈钱，何伟基，等 . 基于高光谱图像混合像元分解技术的去雾方法［J］. 光学学报， 2015 ， 35 （ 1 ）： 115 - 122 .

FENG W Y ， CHEN Q ， HE W J ， et al . A defogging method based on hyperspectral unmixing ［J］. Acta Optica Sinica ， 2015 ， 35 （ 1 ）： 115 - 122 . （in Chinese）

吴传庆，王桥，杨志峰 . 基于混合像元分解的水体遥感图像去云法［J］. 遥感学报， 2006 ， 10 （ 2 ）： 176 - 183 .

WU CH Q ， WANG Q ， YANG Z F . Cloud-moving of water RS image based on mixed pixel model ［J］. Journal of Remote Sensing ， 2006 ， 10 （ 2 ）： 176 - 183 . （in Chinese）

魏朕，沈娜，张祥金 . 532 nm激光在雨中传输衰减模型的改进及实验［J］. 红外与激光工程， 2018 ， 47 （ 11 ）： 43 - 50 .

WEI ZH ， SHEN N ， ZHANG X J . Experimental research and improved algorithm in attenuation model of rain transmission of laser at 532 nm ［J］. Infrared and Laser Engineering ， 2018 ， 47 （ 11 ）： 43 - 50 . （in Chinese）

刘西川，高太长，秦健，等 . 降雨对微波传输特性的影响分析［J］. 物理学报， 2010 ， 59 （ 3 ）： 2156 - 2162 .

LIU X CH ， GAO T CH ， QIN J ， et al . Effects analysis of rainfall on microwave transmission characteristics ［J］. Acta Physica Sinica ， 2010 ， 59 （ 3 ）： 2156 - 2162 . （in Chinese）

袁博，胡冰 . 相对熵结合互信息的高光谱波段选择方法［J］. 遥感信息， 2019 ， 34 （ 6 ）： 33 - 38 .

YUAN B ， HU B . Band selection algorithm for hyperspectral remote sensing with relative entropy and mutual information ［J］. Remote Sensing Information ， 2019 ， 34 （ 6 ）： 33 - 38 . （in Chinese）

CHANG C I ， DU Q . Estimation of number of spectrally distinct signal sources in hyperspectral imagery ［J］. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing ， 2004 ， 42 （ 3 ）： 608 - 619 .

杨华东，许楠，郝永平 . 基于像元纯净指数的多端元提取算法［J］. 半导体光电， 2020 ， 41 （ 1 ）： 108 - 113 .

YANG H D ， XU N ， HAO Y P . Multiple endmember extraction algorithm based on pixel purity index ［J］. Semiconductor Optoelectronics ， 2020 ， 41 （ 1 ）： 108 - 113 . （in Chinese）

王忠良，冯燕，肖华，等 . 高光谱图像的分布式压缩感知成像与重构［J］. 光学精密工程， 2015 ， 23 （ 4 ）： 1131 - 1137 .

WANG ZH L ， FENG Y ， XIAO H ， et al . Distributed compressive sensing imaging and reconstruction of hyperspectral imagery ［J］. Optics and Precision Engineering ， 2015 ， 23 （ 4 ）： 1131 - 1137 . （in Chinese）

袁静，章毓晋，高方平 . 线性高光谱解混模型综述［J］. 红外与毫米波学报， 2018 ， 37 （ 5 ）： 553 - 571 .

YUAN J ， ZHANG Y J ， GAO F P . An overview on linear hyperspectral unmixing ［J］. Journal of Infrared and Millimeter Waves ， 2018 ， 37 （ 5 ）： 553 - 571 . （in Chinese）

GRUNINGER J H ， RATKOWSKI A J ， HOKE M L . The sequential maximum angle convex cone （SMACC） endmember model ［C］. Defense and Security. Proc SPIE 5425 ，

Algorithms and Technologies for Multispectral ， Hyperspectral ， and Ultraspectral Imagery X ， Orlando ， Florida ， USA . 2004 ， 5425 ： 1 - 14 .

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