專利名稱：一種星載tdiccd相機(jī)的相對(duì)輻射校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種遙感衛(wèi)星TDICCD相機(jī)的相對(duì)輻射校正方法，特別是一種基于抽頭擬和與分析的相對(duì)輻射均勻性校正方法。

背景技術(shù)：
一般遙感衛(wèi)星在地面要對(duì)遙感器(這里指TDICCD相機(jī))進(jìn)行多次輻射定標(biāo)試驗(yàn)。為提高衛(wèi)星對(duì)大量定標(biāo)數(shù)據(jù)的處理效率及輻射均勻性校正效果，評(píng)定遙感器的相對(duì)定標(biāo)精度，提出一種整星狀態(tài)下相機(jī)輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)處理、圖像非均勻性校正和相對(duì)定標(biāo)精度分析的新方法。
隨著空間相機(jī)的視場(chǎng)角、空間分辨率、幅寬等性能的提高，為了滿足大視場(chǎng)、寬幅寬的需求，需要配置多片TDICCD器件拼接成長(zhǎng)線陣。由于光學(xué)系統(tǒng)、探測(cè)器拼接、TDICCD光敏元響應(yīng)不一致性及讀出電路等綜合因素的影響，使遙感相機(jī)在同一均勻光輸入條件下，不同像元的輸出信號(hào)幅值不同，即系統(tǒng)響應(yīng)非均勻性，在圖像上的表現(xiàn)為不均勻的列向條紋。每片CCD通常以256像元為一組輸出，這樣的一組物理單元被稱之為一個(gè)抽頭。系統(tǒng)響應(yīng)不均勻性主要表現(xiàn)為各抽頭間和各像元間的不均勻。因此整星輻射定標(biāo)的主要目的一方面是確定輸入輻亮度與系統(tǒng)輸出信號(hào)的關(guān)系，另一方面是進(jìn)行相對(duì)輻射校正處理，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的非均勻性進(jìn)行校正(簡(jiǎn)稱輻射校正)。
利用輻射定標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，求得CCD器件每個(gè)像元的修正系數(shù)的過(guò)程被稱之為相對(duì)輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)處理，進(jìn)行均勻性校正后的輻射定標(biāo)圖像的非均勻性就被稱之為相對(duì)定標(biāo)精度。
常用的輻射定標(biāo)響應(yīng)非均勻性校正方法有一點(diǎn)定標(biāo)校正算法、二點(diǎn)定標(biāo)校正算法和多點(diǎn)定標(biāo)分段校正算法。如張宇烽等，《中巴資源一號(hào)衛(wèi)星02星CCD相機(jī)實(shí)驗(yàn)室輻射定標(biāo)算法分析》，航天返回與遙感，2005(06)，41～45；郭建寧等，《CBERS-01/02衛(wèi)星CCD圖像相對(duì)輻射校正研究》，中國(guó)科學(xué)E輯信息科學(xué)2005，35(增刊I)，11～25；李洋等，《TDICCD相機(jī)系統(tǒng)響應(yīng)非均勻性校正》，儀器儀表學(xué)報(bào)，2006(6)增刊，1226～1227；這些文中的相對(duì)輻射定標(biāo)方法都是基于CCD器件對(duì)光強(qiáng)的響應(yīng)為線性的假設(shè)。對(duì)于TDICCD像元的光強(qiáng)響應(yīng)為非線性時(shí)，不能起到很好的校正作用，尤其在不同抽頭的響應(yīng)線性度不同時(shí)，輻射校正效果并不好，不利于生產(chǎn)高質(zhì)量衛(wèi)星圖像，對(duì)圖像的進(jìn)一步應(yīng)用也會(huì)造成不利影響。
中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00410060986.8，名稱一種推掃式衛(wèi)星影像CCD相對(duì)輻射校正方法，該專利重點(diǎn)對(duì)器件拼接重疊區(qū)域進(jìn)行處理，沒(méi)有涉及非線性修正內(nèi)容，也沒(méi)有涉及抽頭修正。
沒(méi)有檢索到國(guó)外抽頭非線性修正方面相關(guān)資料。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)只進(jìn)行線性或分段線性輻射校正的不足，提供一種融合TDICCD各抽頭響應(yīng)非線性修正的相對(duì)輻射校正方法，該方法解決了現(xiàn)有輻射定標(biāo)方法中無(wú)法校正抽頭對(duì)光強(qiáng)響應(yīng)非線性的問(wèn)題，能夠顯著提高相對(duì)輻射定標(biāo)精度和遙感圖像的非均勻性校正效果。本發(fā)明還克服了只針對(duì)一個(gè)光亮度級(jí)別或兩個(gè)光亮度分別校正為均勻性一致圖像的缺點(diǎn)，能夠針對(duì)任意亮度級(jí)別進(jìn)行輻射定標(biāo)校正處理。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種星載TDICCD相機(jī)的相對(duì)輻射校正方法，其特征在于步驟如下 (1)抽頭光強(qiáng)響應(yīng)分析分析抽頭在不同光亮度級(jí)別下的響應(yīng)輸出情況，求得抽頭光強(qiáng)響應(yīng)散點(diǎn)圖； (2)響應(yīng)曲線擬和與修正函數(shù)確定對(duì)步驟(1)得到的抽頭光強(qiáng)響應(yīng)散點(diǎn)圖進(jìn)行直線擬和，再對(duì)抽頭光強(qiáng)響應(yīng)散點(diǎn)圖橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)形成的點(diǎn)進(jìn)行線性插值，得到插值曲線，將每個(gè)抽頭的插值曲線與各自的擬和直線做差，得到抽頭對(duì)光強(qiáng)的非線性修正函數(shù)，即抽頭的亮度修正值曲線； (3)輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)非線性修正使用步驟(2)得到的非線性修正函數(shù)對(duì)輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)的抽頭逐個(gè)進(jìn)行非線性修正，得到用于確定相對(duì)定標(biāo)系數(shù)的修正輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)； (4)修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)確定對(duì)進(jìn)行非線性修正后的定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)； (5)對(duì)TDICCD產(chǎn)生的圖像進(jìn)行輻射校正處理首先利用步驟(2)得到的非線性修正函數(shù)對(duì)輻射校正前圖像附加修正值，得到消除了非線性響應(yīng)后的第i像元灰度值。然后利用步驟(4)得到的修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)，代入到原始的非均勻圖像中，對(duì)TDICCD產(chǎn)生的任意亮度級(jí)別的各像元圖像進(jìn)行再處理，得到經(jīng)過(guò)修正后的均勻圖像。
對(duì)TDICCD產(chǎn)生的原始非均勻性圖像進(jìn)行輻射校正處理后，還可對(duì)輻射定標(biāo)結(jié)果進(jìn)行定量評(píng)價(jià)利用步驟(5)得到的不同亮度級(jí)別下對(duì)應(yīng)的均勻性校正圖像，對(duì)相機(jī)相對(duì)輻射定標(biāo)后的響應(yīng)一致性、相對(duì)輻射定標(biāo)精度、兩次定標(biāo)重復(fù)精度、動(dòng)態(tài)范圍曲線進(jìn)行評(píng)定。
所述步驟(1)的抽頭光強(qiáng)響應(yīng)分析為假設(shè)有p個(gè)不同亮度等級(jí)的輸出圖像，將p個(gè)不同亮度的圖像灰度值分別取平均后得到的p個(gè)圖像平均灰度值作為光強(qiáng)響應(yīng)散點(diǎn)圖的橫坐標(biāo)，以每一抽頭在每個(gè)亮度的平均圖像灰度值為縱坐標(biāo)，得到全部抽頭的光強(qiáng)響應(yīng)散點(diǎn)圖。
所述步驟(3)的輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)非線性修正為由步驟(2)得到的非線性修正函數(shù)求得抽頭對(duì)應(yīng)的非線性修正值，然后對(duì)抽頭中的每一像元附加修正值，對(duì)每個(gè)抽頭逐個(gè)進(jìn)行修正后，最終得到用于確定修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)的修正后輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)圖像。
所述步驟(4)的修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)確定為對(duì)步驟(3)得到的修正輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)按照 分別計(jì)算出p個(gè)不同亮度下每個(gè)像元的標(biāo)稱輸出灰度值Xi；式中Xik為在第k級(jí)亮度下第i個(gè)像元的標(biāo)稱灰度列均值，k＝1，2，...p，p為最大亮度等級(jí)；Xi，jk，為在第k級(jí)亮度下像元(i，j)的輸出數(shù)值；m為像元列數(shù)也就是TDICCD的圖像寬度；n為像元行數(shù)，也就是TDICCD的圖像長(zhǎng)度；再按照 計(jì)算出p個(gè)不同亮度下m個(gè)像元的平均輸出Yk；式中Yk為在第k級(jí)亮度下m個(gè)像元的平均輸出；對(duì)m個(gè)像元逐個(gè)用最小二乘的方法進(jìn)行直線擬和，得到TDICCD每一個(gè)像元的修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)ai′、bi′。
所述步驟(5)中對(duì)TDICCD產(chǎn)生的圖像進(jìn)行輻射校正處理為利用步驟(2)得到的非線性修正函數(shù)，對(duì)每個(gè)抽頭進(jìn)行非線性修正，然后利用步驟(4)得到的修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)，按照 Ri，j＝ai′·Xi，j+bi′(i＝1，2，...m.j＝1，2，...n) 對(duì)TDICCD產(chǎn)生的任意圖像進(jìn)行輻射校正；式中ai′、bi′為第i個(gè)像元的修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)，Xi，j為像元(i，j)的輸出數(shù)值，Ri，j為校正結(jié)果數(shù)值。
對(duì)相機(jī)相對(duì)輻射定標(biāo)后的相對(duì)輻射定標(biāo)精度進(jìn)行評(píng)定為 其中 式中，圖像共有m×n個(gè)像素，Std為均勻化輻射校正后圖像的標(biāo)準(zhǔn)方差，

為圖像全部像素的灰度均值，η為相對(duì)輻射定標(biāo)精度；對(duì)不同輻射亮度級(jí)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行計(jì)算，得到不同亮度級(jí)別下的相對(duì)輻射定標(biāo)精度曲線。
對(duì)相機(jī)相對(duì)輻射定標(biāo)后的兩次定標(biāo)重復(fù)精度進(jìn)行評(píng)定為 式中，B為相同相機(jī)兩次輻射定標(biāo)結(jié)果的重復(fù)精度，LA、LB分別為同一亮度下相機(jī)兩次定標(biāo)所有抽頭的灰度值平均值。
對(duì)相機(jī)相對(duì)輻射定標(biāo)后的響應(yīng)一致性進(jìn)行評(píng)定為 式中，C為相機(jī)不同抽頭定標(biāo)數(shù)據(jù)的一致性，

為某一亮度下所有抽頭的灰度平均值，Li為某一抽頭的灰度平均值，i為抽頭序號(hào)；依據(jù)

和C，可畫(huà)出亮度和不同抽頭響應(yīng)一致性的變化曲線。
對(duì)相機(jī)相對(duì)輻射定標(biāo)后的動(dòng)態(tài)范圍曲線進(jìn)行評(píng)定為將不同亮度級(jí)別的

連成曲線，即動(dòng)態(tài)范圍曲線。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于 (1)本發(fā)明在現(xiàn)有相對(duì)定標(biāo)方法的基礎(chǔ)上融合了器件抽頭的非線性修正，解決了器件對(duì)光強(qiáng)響應(yīng)非線性的輻射定標(biāo)及均勻性校正問(wèn)題，也解決了CCD不同抽頭間光強(qiáng)響應(yīng)非線性度不同的問(wèn)題。
(2)本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)提高了相對(duì)輻射定標(biāo)精度，尤其是在器件非線性較敏感的弱光區(qū)域有明顯提升，克服了輻射亮度較低時(shí)相對(duì)定標(biāo)精度低的缺點(diǎn)。
(3)本發(fā)明通過(guò)對(duì)抽頭進(jìn)行非線性修正，改善了圖像均勻性處理效果，提升了圖像質(zhì)量，有利于圖像的應(yīng)用和判讀。
(4)本發(fā)明通過(guò)對(duì)響應(yīng)曲線擬和，克服了只針對(duì)一個(gè)均勻光亮度級(jí)別或兩個(gè)不同光輻射分別校正為均勻性一致圖像的缺點(diǎn)，能夠針對(duì)任意亮度級(jí)別進(jìn)行輻射均勻性校正處理。
(5)本發(fā)明對(duì)輻射均勻性校正后的圖像進(jìn)行了多種參數(shù)評(píng)價(jià)，以參數(shù)曲線形式描述遙感器輻射性能，更科學(xué)實(shí)用。



圖1為本發(fā)明的某一亮度級(jí)別下的定標(biāo)原始數(shù)據(jù)灰度圖及各像元響應(yīng)一維圖，其中圖1a為T(mén)DICCD成像的定標(biāo)原始數(shù)據(jù)灰度圖(二維圖像)，圖1b為二維圖像一維化后的各像元響應(yīng)圖； 圖2為某一亮度級(jí)別下24個(gè)抽頭TDICCD的光強(qiáng)響應(yīng)示意圖； 圖3為本發(fā)明的相對(duì)輻射校正方法流程圖； 圖4為本發(fā)明的抽頭光強(qiáng)響應(yīng)分析示意圖，其中圖4a為某亮度下各像元的定標(biāo)響應(yīng)曲線及直線，圖4b以抽頭1為例，對(duì)不同亮度級(jí)別的光強(qiáng)響應(yīng)的均值散點(diǎn)圖； 圖5為本發(fā)明的響應(yīng)曲線擬和與修正函數(shù)確定過(guò)程示意圖，其中圖5a為抽頭1的光強(qiáng)響應(yīng)散點(diǎn)直線擬和圖，圖5b為抽頭1的非線性修正函數(shù)圖； 圖6為本發(fā)明的輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)非線性修正示意圖，其中圖6a為原始輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)一維圖，圖6b為修正后的輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)一維圖； 圖7為本發(fā)明與現(xiàn)有方法輻射校正效果對(duì)比圖，其中圖7a為某定標(biāo)圖像輻射校正前的原始一維圖像，圖7b為采用傳統(tǒng)線性相對(duì)定標(biāo)方法修正后的一維圖像，圖7c為采用本發(fā)明輻射校正后的一維響應(yīng)曲線； 圖8為本發(fā)明與現(xiàn)有方法相對(duì)定標(biāo)精度對(duì)比圖。

具體實(shí)施例方式 本實(shí)施例的TDICCD共有24個(gè)抽頭，每個(gè)抽頭具有512個(gè)像元，共有12288個(gè)像元，假設(shè)有相機(jī)在p個(gè)不同亮度(本例為16個(gè)級(jí)別)下的圖像，圖像長(zhǎng)度為n。
根據(jù)TDICCD的推掃成像原理對(duì)輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行一維化處理，圖1為某一亮度級(jí)別下的定標(biāo)原始數(shù)據(jù)灰度圖及各像元響應(yīng)一維圖，其中圖1a為T(mén)DICCD成像的定標(biāo)原始數(shù)據(jù)灰度圖(二維圖像)，圖1b為二維圖像一維化后的各像元響應(yīng)圖，數(shù)據(jù)一維化過(guò)程為 Xi為在第k級(jí)亮度下第i個(gè)像元的標(biāo)稱灰度列均值。
以像元數(shù)為橫坐標(biāo)，將對(duì)應(yīng)像元的灰度列均值為縱坐標(biāo)，畫(huà)出一維化后的輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)的響應(yīng)曲線如圖1b所示。
圖2為某一亮度級(jí)別下24個(gè)抽頭TDICCD的光強(qiáng)響應(yīng)示意圖。虛線標(biāo)示的為抽頭間的界線，圖中橫坐標(biāo)為像元數(shù)，縱坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)像元的灰度列均值，即{X1，X2，...X512}為抽頭1圖像，{X513，X514，...X1024}為抽頭2圖像，……{X11777，X11778，...X12288}為抽頭24圖像。
圖3為本發(fā)明的相對(duì)輻射校正方法流程圖。主要由輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)處理(見(jiàn)流程圖的上半部分)和輻射校正處理(見(jiàn)流程圖的下半部分)兩大部分組成。
一、輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)處理分為抽頭非線性修正和修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)確定兩個(gè)部分。
(1)抽頭非線性修正又分為抽頭光強(qiáng)響應(yīng)分析、響應(yīng)曲線擬和與修正函數(shù)確定、輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)非線性修正三個(gè)步驟。
①抽頭光強(qiáng)響應(yīng)分析 對(duì)于p個(gè)不同亮度下的圖像分別進(jìn)行處理，圖4a為某亮度下的定標(biāo)響應(yīng)曲線及圖像均值，圖中的橫線為該亮度下的圖像灰度平均值。
首先求出每個(gè)亮度下相機(jī)所有像元的平均灰度，如公式2所示 此Yk即為在第k級(jí)亮度下相機(jī)的平均響應(yīng)輸出，12288為本例的像元總數(shù)。
其次對(duì)每個(gè)抽頭的平均響應(yīng)Yk進(jìn)行分析，對(duì)于第t個(gè)抽頭，在第k級(jí)亮度下，其平均響應(yīng)輸出如公式3所示 以{Y1，Y2，...Yp}為輸入，以{St1，St2，...Stp}為輸出，就得到了第t個(gè)抽頭的光強(qiáng)響應(yīng)散點(diǎn)圖，圖4b為以抽頭1為例的光強(qiáng)響應(yīng)散點(diǎn)圖。
②響應(yīng)曲線擬和與修正函數(shù)確定 對(duì)于第t個(gè)抽頭，將數(shù)據(jù){Y1，Y2，...Yp}和{St1，St2，...Stp}采用最小二乘的方法擬合成直線St＝ct·Y+dt，圖5a為抽頭1的光強(qiáng)響應(yīng)散點(diǎn)直線擬和圖，圖中所示的直線即為一次曲線擬合結(jié)果。對(duì)抽頭光強(qiáng)響應(yīng)散點(diǎn)圖中{Y1，Y2，...Yp}與{St1，St2，...Stp}對(duì)應(yīng)形成的點(diǎn)進(jìn)行線性插值，得到以(Y1，St1)為起點(diǎn)，以(Yp，Stp)為終點(diǎn)的一段折線，將折線與St擬合直線作差，即得到了抽頭t的非線性修正函數(shù)Mt(Sx)的曲線，如圖5b所示為抽頭1的非線性修正函數(shù)曲線。函數(shù)Mt(St)的物理意義為對(duì)于在抽頭t的非線性修正函數(shù)上的一點(diǎn)(St，Mt(St))，則當(dāng)此抽頭圖像的平均灰度值處在St的時(shí)候，需要對(duì)此抽頭附加Mt(St)的修正，進(jìn)行修正后此抽頭的響應(yīng)就符合動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)為線性響應(yīng)。
③輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)非線性修正 如圖6a所示為修正前的輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)一維圖像，對(duì)于圖像中的抽頭t的部分，非線性修正過(guò)程如公式4所示 Xi′＝Xi+Mt(St)(i∈[512×t-511，512×t].t＝1，2，...24.)(4) 即先利用公式3求得抽頭t的平均響應(yīng)輸出St，利用抽頭t的非線性修正函數(shù)(St，Mx(Sx))求得此抽頭的非線性修正值Mt(St)，繼而對(duì)此抽頭中的每一個(gè)點(diǎn)Xi附加Mt(St)的修正，得到的Xi′即為消除了非線性響應(yīng)后第i點(diǎn)的灰度值。對(duì)圖像中的每個(gè)抽頭進(jìn)行上面的操作，即可得到如圖6b所示的修正輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)一維圖像。
(2)修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)確定 按照公式1與公式2對(duì)修正輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到p個(gè)不同亮度下每個(gè)像元的標(biāo)稱輸出Xi′與相機(jī)的平均響應(yīng)輸出Yk。將數(shù)據(jù){Xi1′，Xx′，...Xip′}和{Y1，Yp，...Yp}采用最小二乘的方法擬合成直線Y＝ai′·Xi′+bi′，從而得到TDICCD每一個(gè)像元的修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)。(ai′和bi′即為第i個(gè)像元的修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)。) 至此完成輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)處理，此部分得到的數(shù)據(jù)分為兩部分，一部分為抽頭非線性修正函數(shù)(St，Mt(Sx))，另一部分為修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)ai′和bi′。兩部分如圖3下部的平行四邊形所示。
二、輻射校正處理 在得到了非線性修正函數(shù)和修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)后就可以對(duì)此TDICCD產(chǎn)生的圖像進(jìn)行輻射均勻性校正處理。處理過(guò)程分為兩個(gè)步驟 ①首先對(duì)輻射校正前圖像進(jìn)行處理，利用公式3求得抽頭t的平均響應(yīng)輸出St，利用抽頭t的非線性修正函數(shù)(St，Mt(St))，求得此抽頭的非線性修正值Mt(st)，繼而對(duì)此抽頭中的每一個(gè)點(diǎn)Xi附加大小為Mt(St)的修正，得到消除了非線性響應(yīng)后的第i像元灰度值。
②然后利用修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)對(duì)圖像進(jìn)行輻射校正，校正過(guò)程如公式5所示 Ri，j＝ai′·Xi，j+bi′(i＝1，2，...12288.j＝1，2，...n)(5) 式中的Xi，j為像元(i，j)的像元輸出灰度值，Ri，j為均勻性校正后的灰度值。
校正結(jié)果即為最終的輻射校正后圖像。
對(duì)均勻性校正后的圖像進(jìn)行參數(shù)評(píng)價(jià)，具體包括 A、對(duì)相對(duì)輻射定標(biāo)精度進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算方法為設(shè)均勻化輻射校正后圖像的標(biāo)準(zhǔn)方差為Std，圖像的全部像素的灰度均值為

圖像共有m×n個(gè)像素，相對(duì)輻射定標(biāo)精度為η 對(duì)不同的輻亮度級(jí)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行計(jì)算，得到不同亮度級(jí)別下的相對(duì)輻射定標(biāo)精度曲線。
B、對(duì)兩次定標(biāo)重復(fù)精度進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算方法為設(shè)B為相同相機(jī)兩次輻射定標(biāo)結(jié)果的重復(fù)精度，LA、LB分別為同一亮度下相機(jī)兩次定標(biāo)的灰度均值，則有 C、對(duì)響應(yīng)一致性進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算方法為設(shè)相機(jī)不同抽頭定標(biāo)數(shù)據(jù)的一致性為C，

為某一亮度下所有抽頭的灰度平均值，Li為某一抽頭的灰度平均值，i為抽頭序號(hào)，則有 依據(jù)

和C，可畫(huà)出亮度和不同抽頭響應(yīng)一致性的變化曲線。
D、對(duì)動(dòng)態(tài)范圍曲線進(jìn)行評(píng)價(jià)，方法為將不同亮度級(jí)別的

連成曲線，即動(dòng)態(tài)范圍曲線。
圖7為本發(fā)明與現(xiàn)有方法輻射校正效果對(duì)比圖，其中圖7a為某定標(biāo)圖像輻射校正前的原始一維圖像，圖7b為采用傳統(tǒng)線性相對(duì)定標(biāo)方法修正后的一維圖像，圖7c為采用本發(fā)明輻射校正后的一維化曲線，可以看出圖像的各像元響應(yīng)的不均勻性及不同抽頭的響應(yīng)起伏顯著改善，即非均勻校正效果得到提升。
圖8為本發(fā)明與現(xiàn)有方法相對(duì)定標(biāo)精度對(duì)比圖。圖中以圖像的平均灰度值為橫坐標(biāo)，以相對(duì)輻射定標(biāo)精度為縱坐標(biāo)(單位為％)。圖中下方的曲線為本發(fā)明的相對(duì)定標(biāo)精度，上方的曲線為現(xiàn)有輻射定標(biāo)方法的相對(duì)定標(biāo)精度，從圖上可以明顯看出本方法較現(xiàn)有方法有明顯提高，經(jīng)統(tǒng)計(jì)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的相對(duì)輻射定標(biāo)精度相對(duì)于原方法提高了15％～40％。尤其在亮度較低的區(qū)域提高程度較大。
本發(fā)明未詳述部分屬于本技術(shù)領(lǐng)域公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種星載TDICCD相機(jī)的相對(duì)輻射校正方法，其特征在于步驟如下
(1)抽頭光強(qiáng)響應(yīng)分析分析抽頭在不同光強(qiáng)下的響應(yīng)輸出情況，求得抽頭光強(qiáng)響應(yīng)散點(diǎn)(2)響應(yīng)曲線擬和與非線性修正函數(shù)確定對(duì)步驟(1)得到的抽頭光強(qiáng)響應(yīng)散點(diǎn)圖進(jìn)行直線擬和，再對(duì)抽頭光強(qiáng)響應(yīng)散點(diǎn)圖橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)形成的點(diǎn)進(jìn)行線性插值，得到插值曲線；將每個(gè)抽頭的插值曲線與各自的擬和直線做差，得到抽頭對(duì)光強(qiáng)的非線性修正函數(shù)，即抽頭對(duì)不同亮度的響應(yīng)修正值曲線；
(3)輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)非線性修正使用步驟(2)得到的非線性修正函數(shù)對(duì)輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)的抽頭逐個(gè)進(jìn)行非線性修正，得到用于確定修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)的非線性修正后的輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)；
(4)修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)確定對(duì)進(jìn)行非線性修正后的定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行相對(duì)輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)處理，得到修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)；
(5)對(duì)TDICCD產(chǎn)生的原始非均勻性圖像進(jìn)行輻射校正處理利用步驟(2)得到的非線性修正函數(shù)和步驟(4)得到的修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)，對(duì)TDICCD產(chǎn)生的任意亮度等級(jí)的圖像進(jìn)行輻射均勻性校正。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載TDICCD相機(jī)的相對(duì)輻射校正方法，其特征在于對(duì)TDICCD產(chǎn)生的原始非均勻性圖像進(jìn)行輻射校正處理后，還可對(duì)輻射定標(biāo)結(jié)果進(jìn)行定量評(píng)價(jià)利用步驟(5)得到的不同亮度級(jí)別下對(duì)應(yīng)的均勻性校正圖像，對(duì)相機(jī)相對(duì)輻射定標(biāo)后的響應(yīng)一致性、相對(duì)輻射定標(biāo)精度、兩次定標(biāo)重復(fù)精度、動(dòng)態(tài)范圍曲線進(jìn)行評(píng)定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載TDICCD相機(jī)的相對(duì)輻射校正方法，其特征在于所述步驟(1)的抽頭光強(qiáng)響應(yīng)分析為假設(shè)有p個(gè)不同亮度等級(jí)的輸出圖像，將p個(gè)不同亮度的圖像灰度值分別取平均后得到的p個(gè)圖像平均灰度值作為光強(qiáng)響應(yīng)散點(diǎn)圖的橫坐標(biāo)，以每一抽頭在每個(gè)亮度的平均圖像灰度值為縱坐標(biāo)，得到全部抽頭的光強(qiáng)響應(yīng)散點(diǎn)圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載TDICCD相機(jī)的相對(duì)輻射校正方法，其特征在于所述步驟(3)的輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)非線性修正為由步驟(2)得到的非線性修正函數(shù)求得抽頭對(duì)應(yīng)的非線性修正值，然后對(duì)抽頭中的每一像元附加修正值，對(duì)每個(gè)抽頭逐個(gè)進(jìn)行修正后，最終得到用于確定修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)的修正后輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載TDICCD相機(jī)的相對(duì)輻射校正方法，其特征在于所述步驟(4)的修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)確定為對(duì)步驟(3)得到的修正輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)按照
計(jì)算出p個(gè)不同亮度下每個(gè)像元的標(biāo)稱輸出灰度值Xi；式中Xik為在第k級(jí)亮度下第i個(gè)像元的標(biāo)稱灰度列均值，k＝1，2，...p，p為最大亮度等級(jí)；Xi，jk為在第k級(jí)亮度下像元(i，j)的輸出數(shù)值；m為像元列數(shù)也就是TDICCD的圖像寬度；n為像元行數(shù)，也就是TDICCD的圖像長(zhǎng)度；再按照
分別計(jì)算出p個(gè)不同亮度下m個(gè)像元的平均輸出Yk；式中Yk為在第k級(jí)亮度下m個(gè)像元的平均輸出；對(duì)m個(gè)像元逐個(gè)用最小二乘的方法進(jìn)行直線擬和，得到TDICCD每一個(gè)像元的修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)ai′、bi′。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的星載TDICCD相機(jī)的相對(duì)輻射校正方法，其特征在于所述步驟(5)中對(duì)TDICCD產(chǎn)生的圖像進(jìn)行輻射校正處理為利用步驟(2)得到的非線性修正函數(shù)，對(duì)每個(gè)抽頭進(jìn)行非線性修正，然后利用步驟(4)得到的修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)，按照
Ri，j＝ai′·Xi，j+bi′(i＝1，2，...m.j＝1，2，...n)
對(duì)TDICCD產(chǎn)生的任意亮度等級(jí)的圖像進(jìn)行輻射校正；式中ai′、bi′為第i個(gè)像元的修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)，Xi，j為像元(i，j)的輸出數(shù)值，Ri，j為校正結(jié)果數(shù)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的星載TDICCD相機(jī)的相對(duì)輻射校正方法，其特征在于對(duì)相機(jī)相對(duì)輻射定標(biāo)后的相對(duì)輻射定標(biāo)精度進(jìn)行評(píng)定為
其中
式中，圖像共有m×n個(gè)像素，Std為均勻化輻射校正后圖像的標(biāo)準(zhǔn)方差，
為圖像全部像素的灰度均值，η為相對(duì)輻射定標(biāo)精度；對(duì)不同輻射亮度級(jí)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行計(jì)算，得到不同亮度級(jí)別下的相對(duì)輻射定標(biāo)精度曲線。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的星載TDICCD相機(jī)的相對(duì)輻射校正方法，其特征在于對(duì)相機(jī)相對(duì)輻射定標(biāo)后的兩次定標(biāo)重復(fù)精度進(jìn)行評(píng)定為
式中，B為相同相機(jī)兩次輻射定標(biāo)結(jié)果的重復(fù)精度，LA、LB分別為同一亮度下相機(jī)兩次定標(biāo)的所有抽頭的灰度平均值。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的星載TDICCD相機(jī)的相對(duì)輻射校正方法，其特征在于對(duì)相機(jī)相對(duì)輻射定標(biāo)后的響應(yīng)一致性進(jìn)行評(píng)定為
式中，C為相機(jī)不同抽頭定標(biāo)數(shù)據(jù)的一致性，
為某一亮度下所有抽頭的灰度平均值，Li為某一抽頭的灰度平均值，i為抽頭序號(hào)；依據(jù)
和C，可畫(huà)出亮度和不同抽頭響應(yīng)一致性的變化曲線。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的星載TDICCD相機(jī)的相對(duì)輻射校正方法，其特征在于對(duì)相機(jī)相對(duì)輻射定標(biāo)后的動(dòng)態(tài)范圍曲線進(jìn)行評(píng)定為將不同亮度級(jí)別的
連成曲線，即動(dòng)態(tài)范圍曲線。
全文摘要
一種星載TDICCD相機(jī)的相對(duì)輻射校正方法，步驟包括(1)分析抽頭在不同光強(qiáng)下的響應(yīng)輸出情況，求得抽頭光強(qiáng)響應(yīng)散點(diǎn)圖；(2)對(duì)抽頭光強(qiáng)響應(yīng)散點(diǎn)圖進(jìn)行直線擬和，再對(duì)散點(diǎn)圖進(jìn)行線性插值得到插值曲線，將每個(gè)抽頭的插值曲線與各自的擬和直線做差，得到抽頭對(duì)光強(qiáng)的非線性修正函數(shù)；(3)使用非線性修正函數(shù)對(duì)輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)的抽頭逐個(gè)進(jìn)行非線性修正，得到修正輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)；(4)對(duì)修正輻射定標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)；(5)利用非線性修正函數(shù)和修正相對(duì)定標(biāo)系數(shù)，對(duì)TDICCD產(chǎn)生的任意圖像進(jìn)行輻射均勻性校正。本發(fā)明解決了現(xiàn)有輻射定標(biāo)方法中無(wú)法校正抽頭對(duì)光強(qiáng)響應(yīng)非線性的問(wèn)題，能夠提高相對(duì)輻射定標(biāo)精度。
文檔編號(hào)G06T7/00GK101226639SQ200810057020
公開(kāi)日2008年7月23日 申請(qǐng)日期2008年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月29日
發(fā)明者朱興鴻, 陸春玲, 李琳琳 申請(qǐng)人:航天東方紅衛(wèi)星有限公司