卫星光学遥感图像仿真与典型目标特征分析
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4. 国内关于光学遥感系统的物理仿真方面的报道相对比较少，80 年 代中期，中国科学院长春光学精密机械研究所成立了室内遥感模拟 实验室。
5. 美国的Multigen-Paradigm公司推出的Vega系列的仿真模块是目前广 泛使用的、功能比较齐备的商业化遥感成像仿真工具包。它主要由 Vega、SensorVision和SensorWorks三个主体模块构成，Vega是一个能 对复杂地物场景进行实时管理和渲染的可视化系统环境SensorVision 能够生成三维地物场景的辐亮度图像，SensorWorks可以完成对传感 器系统响应的模拟过程[12-14]。
物 理 光仿 学真 遥 感 系 统 的 成 像 仿 真计 算 机 仿 真
物理仿真是在实验室条件下，对各个成像环节进行动态模拟 仿真，最终获得遥感仿真图像。通过接近真实的、可加以控制的 模拟仿真过程，测试该遥感系统的性能，并给出评价结果。上世 纪40、50年代，计算机发展水平还不高，所以只有依靠物理仿真。
一般选择如图左所示分划板（金属靶标）检验一个光学系统，光源透 过金属靶标后所形成的投影如图右所示。
假如我们只研究金属靶标沿着x方向的厚度分布。在金属靶标上，每一个 线对的宽度d叫做空间周期，单位是长度/毫米。在这里，又引入一个重要概 念，空间频率，描述为单位毫米内包含的线对数目，单位是线对数/毫米。首 先定义空间圆频率为：
光学遥感图像仿真与典 型目标特征分析
姓名： 授课教师： 授课教室：
研 5-15 班 陈海涛 张凯莉 穆江浩
5-6 节 西大楼-219
目录 /
CONTENTS
Part1:光学遥感系统建模仿真的国内外发展现状
Part2:基于MTF模型的光学遥感器的数字仿真 Part3:典型目标的特征选择 Part4：典型地物目标的特征分析
物 理 光仿 学真 遥 感 系 统 的 成 像 仿 真计 算 机 仿 真
1. 美国亚利桑那大学光学中心建立了世界上第一个航空航天遥感器物 理仿真系统。
2. 美国的Itek光学中心20 世纪 60年代初采用物理仿真的方法建立遥 感成像仿真系统，建立了小型的成像模拟设施ISF。
3. 美国陆军航空及导弹司令部高级仿真中心耗时20年之久，建立了 10 套硬件闭环模拟设施，工作波长可以涵盖可见、红外、毫米波 甚至微波波段，应用于导弹的动态飞行测试和军事目标拦截演习。
2. 1999年，柯达公司公布针对胶片型遥感相机的仿真软件 Physique。 3. 2001年，德国宇航中心研究了包括地物场景、大气以及传感器硬件
等端到端的机载或者星载对地遥感成像过程，并开发出了新一代的 光学遥感仿真软件SENSOR。 4. 2002年，美国国家宇航局（NASA）的Stennis空间中心（SSC）开发 了传感器仿真的相应算法和软件产品ART。
4. 国内关于光学遥感系统的物理仿真方面的报道相对比较少，80 年 代中期，中国科学院长春光学精密机械研究所成立了室内遥感模拟 实验室。
1. 1995年，NASA资助的LARC中心公布了PATCOD集成设计软件平台。将 Pro/Engineer 结 构 设 计 、 Pro/Manufacturing 构 造 、 PATRAN 建 立 模 型 和 可 视 化 、 NASTRAN 结 构 分 析 、 SINDA-85 和 P/Thermal 热 分 析 、 CODE V光学分析等多种通用软件集成在一起，主要用于航天器仿真 设计和分析过程。
整个成像链路的光辐射传输过程
光 学
（1）光线跟踪模型
遥
感
器
数
字 仿
（2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ调制传递函数模型
真
的
数
学
模
型
（3）点扩散模型
将上述三种数字仿真的数学模型的优 缺点分析完毕后，此次选取调制传递函数 模型对光学遥感器进行数字仿真。
MTF理论基础
调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)归属于光学理论， 是一个比较重要的物理概念，通常被用来衡量一个光学系统成像性能的优 劣。对于一个光学系统，其点扩散函数(PSF)的傅里叶变换称为光学传递函 数(Optical Transfer Function, OTF)，MTF 正是OTF的模值，它反映了系 统对频域信息的传递能力，因此可以客观全面的评价光学系统的成像质量。 下面对 MTF 的定义进行详细的阐述。
正弦波光栅的亮度分布如图2-3所示：
则图中正弦波光栅的亮度分布表达式为：
近年来，随着计算机技术的飞速发展，一些将计算机强大的 运算处理功能和光学成像方法结合起来的新型成像原理也慢慢显 示出自身的优势，也就是所谓的计算机仿真。它主要是基于遥感 成像过程中各个成像环节的数学模型，借助数字仿真技术来获得 仿真图像。
物 理 光仿 学真 遥 感 系 统 的 成 像 仿 真计 算 机 仿 真
基于MTF模型的光学遥感器的数字仿真
由于光学遥感器接收的是地物场景目标发射或反射的光能量，因此属于被 动探测，且接收的光能大小和光谱传输特性完全取决于成像链路中的外界因素。 要尽可能的完成对整个遥感成像过程的真实仿真，必须对整个光能量传输过程 有个整体的了解。一般地，光学遥感成像链路中的光辐射传输过程如图所示。
1. 美国亚利桑那大学光学中心建立了世界上第一个航空航天遥感器物 理仿真系统。
2. 美国的Itek光学中心20 世纪 60年代初采用物理仿真的方法建立遥 感成像仿真系统，建立了小型的成像模拟设施ISF。
3. 美国陆军航空及导弹司令部高级仿真中心耗时20年之久，建立了 10 套硬件闭环模拟设施，工作波长可以涵盖可见、红外、毫米波 甚至微波波段，应用于导弹的动态飞行测试和军事目标拦截演习。
6. 中科院长春光机所考虑了三维场景、自然光照明、大气辐射传输等 基本数学模型问题，还考虑了包含遥感图像光谱和空间信息传递特 性在内的传感器系统综合响应的数学模型问题，由此设计了专门的 软件仿真工具 RSIS1.0。
7. 安徽光学精密机械研究所的易维宁、顾有林、杜丽丽等人在中国科 学院方向性创新项目的资助下，设计了光学遥感图像仿真工具 ORSIS。
5. 美国的Multigen-Paradigm公司推出的Vega系列的仿真模块是目前广 泛使用的、功能比较齐备的商业化遥感成像仿真工具包。它主要由 Vega、SensorVision和SensorWorks三个主体模块构成，Vega是一个能 对复杂地物场景进行实时管理和渲染的可视化系统环境SensorVision 能够生成三维地物场景的辐亮度图像，SensorWorks可以完成对传感 器系统响应的模拟过程[12-14]。
物 理 光仿 学真 遥 感 系 统 的 成 像 仿 真计 算 机 仿 真
物理仿真是在实验室条件下，对各个成像环节进行动态模拟 仿真，最终获得遥感仿真图像。通过接近真实的、可加以控制的 模拟仿真过程，测试该遥感系统的性能，并给出评价结果。上世 纪40、50年代，计算机发展水平还不高，所以只有依靠物理仿真。
一般选择如图左所示分划板（金属靶标）检验一个光学系统，光源透 过金属靶标后所形成的投影如图右所示。
假如我们只研究金属靶标沿着x方向的厚度分布。在金属靶标上，每一个 线对的宽度d叫做空间周期，单位是长度/毫米。在这里，又引入一个重要概 念，空间频率，描述为单位毫米内包含的线对数目，单位是线对数/毫米。首 先定义空间圆频率为：
光学遥感图像仿真与典 型目标特征分析
姓名： 授课教师： 授课教室：
研 5-15 班 陈海涛 张凯莉 穆江浩
5-6 节 西大楼-219
目录 /
CONTENTS
Part1:光学遥感系统建模仿真的国内外发展现状
Part2:基于MTF模型的光学遥感器的数字仿真 Part3:典型目标的特征选择 Part4：典型地物目标的特征分析
物 理 光仿 学真 遥 感 系 统 的 成 像 仿 真计 算 机 仿 真
1. 美国亚利桑那大学光学中心建立了世界上第一个航空航天遥感器物 理仿真系统。
2. 美国的Itek光学中心20 世纪 60年代初采用物理仿真的方法建立遥 感成像仿真系统，建立了小型的成像模拟设施ISF。
3. 美国陆军航空及导弹司令部高级仿真中心耗时20年之久，建立了 10 套硬件闭环模拟设施，工作波长可以涵盖可见、红外、毫米波 甚至微波波段，应用于导弹的动态飞行测试和军事目标拦截演习。
2. 1999年，柯达公司公布针对胶片型遥感相机的仿真软件 Physique。 3. 2001年，德国宇航中心研究了包括地物场景、大气以及传感器硬件
等端到端的机载或者星载对地遥感成像过程，并开发出了新一代的 光学遥感仿真软件SENSOR。 4. 2002年，美国国家宇航局（NASA）的Stennis空间中心（SSC）开发 了传感器仿真的相应算法和软件产品ART。
4. 国内关于光学遥感系统的物理仿真方面的报道相对比较少，80 年 代中期，中国科学院长春光学精密机械研究所成立了室内遥感模拟 实验室。
1. 1995年，NASA资助的LARC中心公布了PATCOD集成设计软件平台。将 Pro/Engineer 结 构 设 计 、 Pro/Manufacturing 构 造 、 PATRAN 建 立 模 型 和 可 视 化 、 NASTRAN 结 构 分 析 、 SINDA-85 和 P/Thermal 热 分 析 、 CODE V光学分析等多种通用软件集成在一起，主要用于航天器仿真 设计和分析过程。
整个成像链路的光辐射传输过程
光 学
（1）光线跟踪模型
遥
感
器
数
字 仿
（2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ调制传递函数模型
真
的
数
学
模
型
（3）点扩散模型
将上述三种数字仿真的数学模型的优 缺点分析完毕后，此次选取调制传递函数 模型对光学遥感器进行数字仿真。
MTF理论基础
调制传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)归属于光学理论， 是一个比较重要的物理概念，通常被用来衡量一个光学系统成像性能的优 劣。对于一个光学系统，其点扩散函数(PSF)的傅里叶变换称为光学传递函 数(Optical Transfer Function, OTF)，MTF 正是OTF的模值，它反映了系 统对频域信息的传递能力，因此可以客观全面的评价光学系统的成像质量。 下面对 MTF 的定义进行详细的阐述。
正弦波光栅的亮度分布如图2-3所示：
则图中正弦波光栅的亮度分布表达式为：
近年来，随着计算机技术的飞速发展，一些将计算机强大的 运算处理功能和光学成像方法结合起来的新型成像原理也慢慢显 示出自身的优势，也就是所谓的计算机仿真。它主要是基于遥感 成像过程中各个成像环节的数学模型，借助数字仿真技术来获得 仿真图像。
物 理 光仿 学真 遥 感 系 统 的 成 像 仿 真计 算 机 仿 真
基于MTF模型的光学遥感器的数字仿真
由于光学遥感器接收的是地物场景目标发射或反射的光能量，因此属于被 动探测，且接收的光能大小和光谱传输特性完全取决于成像链路中的外界因素。 要尽可能的完成对整个遥感成像过程的真实仿真，必须对整个光能量传输过程 有个整体的了解。一般地，光学遥感成像链路中的光辐射传输过程如图所示。
1. 美国亚利桑那大学光学中心建立了世界上第一个航空航天遥感器物 理仿真系统。
2. 美国的Itek光学中心20 世纪 60年代初采用物理仿真的方法建立遥 感成像仿真系统，建立了小型的成像模拟设施ISF。
3. 美国陆军航空及导弹司令部高级仿真中心耗时20年之久，建立了 10 套硬件闭环模拟设施，工作波长可以涵盖可见、红外、毫米波 甚至微波波段，应用于导弹的动态飞行测试和军事目标拦截演习。
6. 中科院长春光机所考虑了三维场景、自然光照明、大气辐射传输等 基本数学模型问题，还考虑了包含遥感图像光谱和空间信息传递特 性在内的传感器系统综合响应的数学模型问题，由此设计了专门的 软件仿真工具 RSIS1.0。
7. 安徽光学精密机械研究所的易维宁、顾有林、杜丽丽等人在中国科 学院方向性创新项目的资助下，设计了光学遥感图像仿真工具 ORSIS。