第4期 徐立中，等：多源监测信息融合仿生复眼型系统模式及感知计算机理 ·331· 具有较高的时间分辨率（一天2次成像）和辐射分 统在视网膜图像的低频偏移情况下产生扭矩响应， 辨率，并且包括多达36个波段的光谱数据.以水环 所产生的扭矩用于消除在飞行过程中因空气扰动、 境监测为例，MODS是内陆较大湖泊水质遥感监测 自身飞行动力失衡等原因所形成的意外偏差，稳定 最有潜力的遥感数据源之一.选择MODS传感器作 其飞行路线.以Landsat-7和TERRA这两类卫星遥 为虚拟复眼成像系统，选择其成像的1、3、4这3个 感数据的融合为例，考虑到在同一坐标系下，Land- 波段图像作为“小眼图像.这3个波段的波谱分别 sa7卫星在相对低的时间频率下对地观测得到具 为620~670m、459~479m、545~565m,其中1 有较高空间分辨率(15/30/60m)的M影像数据， 波段的“小眼图像空间分辨率为250m,3波段与4和Ter卫星在相对高的时间频率下观测得到具有 波段的“小眼图像空间分辨率为500m 较低空间分辨率(250/500/1000m)的MODS影像 虚拟的复眼系统共构建3种类型的仿复眼.第 数据.通过Landsat-7或者TERRA以及后续的算法 1类复眼由“小眼图像”M数据构成，其每个“复 可以单独形成LF大场景的宏观监测，而Landsa7 眼由3个较高空间分辨率的“小眼图像”M数据 和Tera协同感知的SF小场景监测，有可能同时实 构建；第2类复眼由“小眼图像MODS数据构成， 现局部区域对地观测的准实时、粗空间分辨率的宏 在某一时相，先由较低空间分辨率的MODS“小眼 观监测和较高空间分辨率的精细监测，从而更有利 图像构建为一个“复眼”，且这样的每个复眼都包于动态监测和提高遥感反演精度 含3个“小眼图像”，第3类虚拟复眼由地面监测传 生物学家在理论分析、行为实验和电生理细胞 感器构成，其监测数据作为复眼图像数据 记录的基础上，提出了池细胞的概念，在蝇复眼 32复眼图像的预处理 的LF和SF系统中分别有池细胞用来控制和管 对于仿蝇复眼系统中的虚拟复眼遥感图像，在 理各自的输出.其中，LF系统中池细胞”具有饱和 不同程度上与地物的辐射能量或亮度分布有差异， 性质，它分流抑制每个运动检测器的输出；而SF系 即存在着畸变和降质.其中遥感图像的降质主要可 统中有2类具有方向选择性的复眼池细胞”，它们 分为两大类，即遥感图像的辐射失真和几何畸变.虚 对于顺时针与逆时针方向的运动具有不同的敏感 拟的复眼图像的预处理就是使处理后的图像能够逼 性，且受到对侧眼信息的抑制.受池细胞功能的 近原始景物，故所处理的图像必须经过几何校正、辐 启发，通过模仿LF系统和SF系统的池细胞机 射校正以及噪声抑制处理？ 理有可能实现对不同层次的模型或算法进行集成、 在仿蝇复眼系统中，往往还需要对不同时相、不 调度和分类应用 同传感器获得的多种遥感数据进行综合研究.这就 3.31LF系统和SF系统的算法 要求不同来源的图像互相配准，即要求统一的物的 LF系统由各遥感卫星独立监测来完成，其中高 影像在不同图像中的位置相互重叠.配准和几何校 空间分辨率的卫星提供较精细的大场景监测.利用 正一样，包括2步：1)确定图像中相应的控制点对； 虚拟遥感复眼图像间的空间分辨率、光谱分辨率和 2)将待配准的图像中的一幅作为参考图像，另一幅 时间分辨率的优势互补，可以较好地从宏观上获取 作为配准图像，进而确定参考图像和配准图像之间 相应的环境专题信息.仿蝇复眼的LF系统由仿池 的对应关系 细胞来提供调度，如当某一卫星数据缺损时，可调用 3.3LF系统和SF系统的感知与计算机理 仿蝇复眼遥感系统中的其他种类的卫星来监测；如 蝇具有卓越的视觉系统和飞行控制系统.它是 果所有的数据都失效，可以启动预警机制等 由2个独立的并行通道来完成的，即大场景(LF)系 SF系统则对监测总视场中的感兴趣区域进行 统和小场景(SF)系统.小场景系统在视网膜图像相 监测，是通过N个虚拟复眼共同的追踪与凝视” 对高的振动频率下对小的目标产生响应，响应过程 以提取所研究的感兴趣区域的专题信息.具体实现 中的尖峰在图形背景分辨行为中意味着目标被检 时可以采用相应的图像分割算法将各虚拟复眼的感 测，从而实现对目标物体的分辨和凝视.而大场景系 兴趣区域提取出来，然后再采用适当的融合算子整 1994-2009 China Academic Joural Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net具有较高的时间分辨率 (一天 2次成像 )和辐射分 辨率 ,并且包括多达 36个波段的光谱数据. 以水环 境监测为例 ,MOD IS是内陆较大湖泊水质遥感监测 最有潜力的遥感数据源之一. 选择 MOD IS传感器作 为虚拟复眼成像系统 ,选择其成像的 1、3、4这 3个 波段图像作为“小眼 ”图像. 这 3个波段的波谱分别 为 620～670 nm、459～479 nm、545～565 nm,其中 1 波段的“小眼 ”图像空间分辨率为 250m, 3波段与 4 波段的“小眼 ”图像空间分辨率为 500m. 虚拟的复眼系统共构建 3种类型的仿复眼 ,第 1类复眼由“小眼图像 ”TM 数据构成 ,其每个“复 眼 ”由 3个较高空间分辨率的“小眼图像 ”TM 数据 构建 ;第 2类复眼由“小眼图像 ”MOD IS数据构成 , 在某一时相 ,先由较低空间分辨率的 MOD IS“小眼 图像 ”构建为一个“复眼 ”,且这样的每个复眼都包 含 3个“小眼图像 ”;第 3类虚拟复眼由地面监测传 感器构成 ,其监测数据作为复眼图像数据. 3. 2 复眼图像的预处理 对于仿蝇复眼系统中的虚拟复眼遥感图像 ,在 不同程度上与地物的辐射能量或亮度分布有差异 , 即存在着畸变和降质. 其中遥感图像的降质主要可 分为两大类 ,即遥感图像的辐射失真和几何畸变. 虚 拟的复眼图像的预处理就是使处理后的图像能够逼 近原始景物 ,故所处理的图像必须经过几何校正、辐 射校正以及噪声抑制处理 [ 6 ] . 在仿蝇复眼系统中 ,往往还需要对不同时相、不 同传感器获得的多种遥感数据进行综合研究. 这就 要求不同来源的图像互相配准 ,即要求统一的物的 影像在不同图像中的位置相互重叠. 配准和几何校 正一样 ,包括 2步 : 1)确定图像中相应的控制点对; 2)将待配准的图像中的一幅作为参考图像 ,另一幅 作为配准图像 ,进而确定参考图像和配准图像之间 的对应关系. 3. 3 LF系统和 SF系统的感知与计算机理 蝇具有卓越的视觉系统和飞行控制系统. 它是 由 2个独立的并行通道来完成的 ,即大场景 (LF)系 统和小场景 (SF)系统. 小场景系统在视网膜图像相 对高的振动频率下对小的目标产生响应 ,响应过程 中的尖峰在图形背景分辨行为中意味着目标被检 测 ,从而实现对目标物体的分辨和凝视. 而大场景系 统在视网膜图像的低频偏移情况下产生扭矩响应 , 所产生的扭矩用于消除在飞行过程中因空气扰动、 自身飞行动力失衡等原因所形成的意外偏差 ,稳定 其飞行路线. 以 Landsat27和 TERRA 这两类卫星遥 感数据的融合为例 ,考虑到在同一坐标系下 , Land2 sat27卫星在相对低的时间频率下对地观测得到具 有较高空间分辨率 ( 15 /30 /60 m )的 TM 影像数据 , 和 Terra卫星在相对高的时间频率下观测得到具有 较低空间分辨率 (250 /500 /1 000 m)的 MOD IS影像 数据. 通过 Landsat27或者 TERRA以及后续的算法 可以单独形成 LF大场景的宏观监测 ,而 Landsa27 和 Terra协同感知的 SF小场景监测 ,有可能同时实 现局部区域对地观测的准实时、粗空间分辨率的宏 观监测和较高空间分辨率的精细监测 ,从而更有利 于动态监测和提高遥感反演精度. 生物学家在理论分析、行为实验和电生理细胞 记录的基础上 ,提出了“池细胞 ”的概念 ,在蝇复眼 的 LF和 SF系统中分别有“池细胞 ”用来控制和管 理各自的输出. 其中 , LF系统中“池细胞 ”具有饱和 性质 ,它分流抑制每个运动检测器的输出 ;而 SF系 统中有 2类具有方向选择性的复眼“池细胞 ”,它们 对于顺时针与逆时针方向的运动具有不同的敏感 性 ,且受到对侧眼信息的抑制. 受“池细胞 ”功能的 启发 ,通过模仿 LF系统和 SF系统的“池细胞 ”机 理 ,有可能实现对不同层次的模型或算法进行集成、 调度和分类应用. 3. 3. 1 LF系统和 SF系统的算法 LF系统由各遥感卫星独立监测来完成 ,其中高 空间分辨率的卫星提供较精细的大场景监测. 利用 虚拟遥感复眼图像间的空间分辨率、光谱分辨率和 时间分辨率的优势互补 ,可以较好地从宏观上获取 相应的环境专题信息. 仿蝇复眼的 LF系统由仿池 细胞来提供调度 ,如当某一卫星数据缺损时 ,可调用 仿蝇复眼遥感系统中的其他种类的卫星来监测 ;如 果所有的数据都失效 ,可以启动预警机制等. SF系统则对监测总视场中的感兴趣区域进行 监测 ,是通过 N 个虚拟复眼共同的“追踪 ”与“凝视 ” 以提取所研究的感兴趣区域的专题信息. 具体实现 时可以采用相应的图像分割算法将各虚拟复眼的感 兴趣区域提取出来 ,然后再采用适当的融合算子整 第 4期 徐立中 ,等 :多源监测信息融合仿生复眼型系统模式及感知计算机理 ·331·