本發(fā)明屬于相對(duì)輻射定標(biāo)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適應(yīng)多通道雙向輸出的TDI掃描成像系統(tǒng)相對(duì)輻射定標(biāo)方法。

背景技術(shù)：

目前，光學(xué)遙感成像系統(tǒng)在軍民兩個(gè)方面都越來(lái)越要求具備獲取大幅寬、高信噪比目標(biāo)圖像能力，為了獲得大幅寬、高信噪比目標(biāo)圖像，通常采用TDI掃描成像方式。TDI掃描成像系統(tǒng)主要包含光學(xué)系統(tǒng)和光電探測(cè)器件，一方面光學(xué)系統(tǒng)存在漸暈，即均勻目標(biāo)經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)變換，使能量進(jìn)行再分配，導(dǎo)致焦面中心處能量集中，逐漸向邊緣減小，造成焦面能量分布不均勻；另一方面探測(cè)器件由于材料本征特性使得各探測(cè)像元對(duì)相同能量輸入的響應(yīng)特性存在差異，產(chǎn)生響應(yīng)不均勻性；其次TDI器件數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移速率高，器件內(nèi)部常采用多通道輸出結(jié)構(gòu)形式滿足高頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，由于不同通道信號(hào)經(jīng)過(guò)不同路徑和不同運(yùn)放導(dǎo)致圖像產(chǎn)生通道方塊效應(yīng)。這三種因素的綜合作用產(chǎn)生的不一致性會(huì)使得獲取的圖像產(chǎn)生很強(qiáng)的圖案噪聲，嚴(yán)重影響著成像質(zhì)量，是制約多通道TDI掃描成像系統(tǒng)的一個(gè)重要且關(guān)鍵的因素。因此，必須對(duì)多通道TDI掃描成像系統(tǒng)進(jìn)行相對(duì)輻射定標(biāo)。

目前研究的近紅外多通道雙向輸出的TDI掃描成像器的相對(duì)輻射定標(biāo)方法，有別于紅外成像系統(tǒng)的相對(duì)輻射定標(biāo)方法。紅外成像系統(tǒng)相對(duì)輻射定標(biāo)不適用于TDI型多通道輸出的近紅外成像系統(tǒng)，主要表現(xiàn)在各通道間相對(duì)輻射定標(biāo)效果很差，因此，對(duì)于多通道輸出的TDI掃描成像系統(tǒng)，通道間相對(duì)輻射定標(biāo)是影響圖像質(zhì)量最關(guān)鍵技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：如何克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種適用于多通道輸出的TDI掃描成像系統(tǒng)的相對(duì)輻射定標(biāo)方法。

(二)技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種適應(yīng)多通道雙向輸出的TDI掃描成像系統(tǒng)相對(duì)輻射定標(biāo)方法，該方法包括如下步驟：

步驟1：成像系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)輻射源，調(diào)節(jié)輻射源亮度，使圖像飽和，記錄最大輻射亮度L_max；

步驟2：在0-L_max動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，按間隔ΔL＝L_max/N，N為間隔數(shù)量，采集N+1幅圖像，同時(shí)記錄亮度數(shù)據(jù)L₁、L₂……L_N+1；

步驟3：對(duì)N+1幅圖像計(jì)算多通道平均輻射響應(yīng)數(shù)據(jù)DN₁、DN₂……DN_N+1；其中，DN＝L×c，c為探測(cè)器的光譜響應(yīng)，得到探測(cè)器的亮度-平均響應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)；

步驟4：對(duì)N+1個(gè)采集點(diǎn)進(jìn)行線性分段，即其

中，m表示選擇的劃分的段；表示在該段內(nèi)任意輸入亮度L時(shí)，對(duì)應(yīng)圖像的平均灰度；a_m表示該段符合線性響應(yīng)的斜率；b_m表示該段輻射線性響應(yīng)的截距；

步驟5：根據(jù)步驟4中的分段結(jié)果，對(duì)每一個(gè)段進(jìn)行兩點(diǎn)相對(duì)輻射定標(biāo)校正，求解出每段所有通道所有像元的相對(duì)輻射定標(biāo)系數(shù)；

步驟6：記錄每一段首尾圖像平均灰度典型值[N_imin，N_imax]；

其中，i＝1，2，3……，表示第幾段；min表示該段圖像最小灰度值；max表示該段圖像最大灰度值；

步驟7：飛行工作時(shí)，成像系統(tǒng)根據(jù)圖像灰度值屬于哪一段，選用相對(duì)應(yīng)的相對(duì)輻射定標(biāo)系數(shù)，實(shí)現(xiàn)多通道掃描圖像校正。

其中，所述步驟1中的標(biāo)準(zhǔn)輻射源為太陽(yáng)模擬器。

其中，所述步驟4中分段按照依據(jù)：

從前3個(gè)采集數(shù)據(jù)開始按最小二乘法擬合線性曲線，使擬合曲線與采樣點(diǎn)間的偏差的平方和為最小為約束條件來(lái)選擇a_m、b_m系數(shù)；

如果前3個(gè)采集數(shù)據(jù)符合精度控制約束條件，則擬合前4個(gè)數(shù)據(jù)是否符合精度控制約束條件，然后逐點(diǎn)增加直到第i+1個(gè)數(shù)據(jù)滿足精度控制約束條件，則取前i個(gè)數(shù)據(jù)作為第1段；

再取第i個(gè)到第i+2個(gè)這3個(gè)數(shù)據(jù)按照精度控制約束條件擬合曲線，……直到不滿足精度控制約束條件為止確定第2段；

按照同樣方法在輻射全動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)劃分相對(duì)輻射定標(biāo)校正段。

其中，所述步驟4中分段精度按1％控制。

(三)有益效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明解決了多通道TDI掃描成像系統(tǒng)相對(duì)輻射定標(biāo)問(wèn)題，不僅可控制單通道內(nèi)的相對(duì)輻射定標(biāo)精度，而且可校正各通道間相對(duì)輻射定標(biāo)精度。

附圖說(shuō)明

圖1為多通道TDI掃描成像系統(tǒng)根據(jù)輻射全動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)響應(yīng)繪制的分段線性擬合曲線示意圖。

圖2為多通道TDI掃描成像系統(tǒng)輸出的原始圖像示意圖。

圖3為多通道TDI掃描成像系統(tǒng)掃描圖像根據(jù)1％分段精度控制后，再進(jìn)行兩點(diǎn)相對(duì)輻射定標(biāo)后的圖像示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種適應(yīng)多通道雙向輸出的TDI掃描成像系統(tǒng)相對(duì)輻射定標(biāo)方法，該方法包括如下步驟：

步驟1：成像系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)輻射源(太陽(yáng)模擬器)，調(diào)節(jié)輻射源亮度，使圖像飽和，記錄最大輻射亮度L_max；

步驟2：在0-L_max動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，按間隔ΔL＝L_max/N，N為間隔數(shù)量，采集N+1幅圖像，同時(shí)記錄亮度數(shù)據(jù)L₁、L₂……L_N+1；

步驟3：對(duì)N+1幅圖像計(jì)算多通道平均輻射響應(yīng)數(shù)據(jù)DN₁、DN₂……DN_N+1；其中，DN＝L×c，c為探測(cè)器的光譜響應(yīng)，得到探測(cè)器的亮度-平均響應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)；

步驟4：對(duì)N+1個(gè)采集點(diǎn)進(jìn)行線性分段，即其中，m表示選擇的劃分的段；表示在該段內(nèi)任意輸入亮度L時(shí)，對(duì)應(yīng)圖像的平均灰度；a_m表示該段符合線性響應(yīng)的斜率；b_m表示該段輻射線性響應(yīng)的截距；

分段按照依據(jù)：從前3個(gè)采集數(shù)據(jù)開始按最小二乘法擬合線性曲線，使擬合曲線與采樣點(diǎn)間的偏差的平方和為最小為約束條件來(lái)選擇a_m、b_m系數(shù)；

如果前3個(gè)采集數(shù)據(jù)符合精度控制約束條件，則擬合前4個(gè)數(shù)據(jù)是否符合精度控制約束條件，然后逐點(diǎn)增加直到第i+1個(gè)數(shù)據(jù)滿足精度控制約束條件，則取前i個(gè)數(shù)據(jù)作為第1段；

再取第i個(gè)到第i+2個(gè)這3個(gè)數(shù)據(jù)按照精度控制約束條件擬合曲線，……直到不滿足精度控制約束條件為止確定第2段；

按照同樣方法在輻射全動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)劃分相對(duì)輻射定標(biāo)校正段；

精度約束條件：一般相對(duì)輻射精度控制在4％時(shí)，人眼基本看不出明顯的響應(yīng)差異，但對(duì)于多通道TDI掃描成像系統(tǒng)，通道方塊效應(yīng)校正效果不好，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，精度按1％控制時(shí)，通道方塊效應(yīng)校正效果較好；

步驟5：根據(jù)步驟4中的分段結(jié)果，對(duì)每一個(gè)段進(jìn)行兩點(diǎn)相對(duì)輻射定標(biāo)校正，求解出每段所有通道所有像元的相對(duì)輻射定標(biāo)系數(shù)；

步驟6：記錄每一段首尾圖像平均灰度典型值[N_imin，N_imax]；

其中，i＝1，2，3……，表示第幾段；min表示該段圖像最小灰度值；max表示該段圖像最大灰度值；

步驟7：飛行工作時(shí)，成像系統(tǒng)根據(jù)圖像灰度值屬于哪一段，選用相對(duì)應(yīng)的相對(duì)輻射定標(biāo)系數(shù)，實(shí)現(xiàn)多通道掃描圖像校正。

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

實(shí)施例

本實(shí)施例中：

(1)步驟4的詳細(xì)運(yùn)算方法

設(shè)有限個(gè)數(shù)據(jù)輻射線性函數(shù)，符合

f(L_i)_m＝a_m·L_mi+b_m (1)

式中：

m—?jiǎng)澐值亩危?/p>

L_mi—m段內(nèi)第i個(gè)輻射亮度；

f(L_i)_m—該段內(nèi)任意輸入亮度L_i時(shí)，按照公式(1)求解出的圖像平均灰度；

a_m—該段符合線性響應(yīng)的斜率；

b_m—該段輻射線性響應(yīng)的截距；

—m段內(nèi)輸入輻射亮度L_i時(shí)，采集圖像的平均灰度。

a_m，b_m求解如下：

設(shè)每一個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)和擬合數(shù)據(jù)偏差為偏差平方和為對(duì)偏差平方和求偏導(dǎo)數(shù)并整理后得：

相對(duì)偏差符合性判斷如下：

設(shè)偏差為UN，精度控制約束條件

(2)步驟5的系數(shù)具體計(jì)算過(guò)程

在m段內(nèi)，多通道圖像平均灰度響應(yīng)符合線性響應(yīng)，采用兩點(diǎn)相對(duì)輻射定標(biāo)算法。

和為多通道TDI掃描成像系統(tǒng)在m段內(nèi)時(shí)，輻射亮度為L(zhǎng)₁和L₂時(shí)所有像素的均值，DN_i(L₁)和DN_i(L₂)為第i個(gè)像元在L₁、L₂時(shí)的響應(yīng)值，通過(guò)計(jì)算得到第i個(gè)像元的k_i和b_i值：

得到每個(gè)像元的k_i和b_i之后，當(dāng)時(shí)，則選用m段的相對(duì)輻射校正系數(shù)，每一個(gè)像元輸出為：

采用本發(fā)明的多通道TDI掃描成像系統(tǒng)相對(duì)輻射定標(biāo)方法，首先進(jìn)行輻射響應(yīng)的最優(yōu)化分段，然后在最優(yōu)化分段條件下實(shí)現(xiàn)不同多通道TDI掃描成像系統(tǒng)相對(duì)輻射定標(biāo)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。