一種ccd原始圖像的處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及，特別是一種C⑶原始圖像的處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 遙感是通過對(duì)反映地物電磁波輻射水平的灰度信息的處理分析與解譯來進(jìn)行地 物識(shí)別和專題研宄的。由于遙感成像過程中各種因素（例如，衛(wèi)星速度變化、大氣與地物反 射與發(fā)射電磁波的相互作用、隨機(jī)噪聲等）的影響，實(shí)際的圖像灰度值并不完全是地物輻 射電磁波能量大小的反映，其中還包含著上述因素作用的結(jié)果，因此在進(jìn)行遙感圖像處理 前，還需要進(jìn)行校正處理（圖像恢復(fù)處理）以消除上述因素的影響。這些處理習(xí)慣上稱為 預(yù)處理。
[0003] 衛(wèi)星遙感圖像預(yù)處理主要目的是消除兩大類影響：即遙感圖像的輻射失真和遙感 圖像的幾何畸變。遙感數(shù)字圖像必須經(jīng)過幾何畸變處理（包括幾何粗校正與幾何精校正）、 圖像的輻射校正、噪聲壓制處理等預(yù)處理后，才能根據(jù)實(shí)際問題的需要進(jìn)行其它的專門處 理（例如圖像的增強(qiáng)處理和圖像的分類處理）。
[0004] 預(yù)處理是圖像處理中的一大類技術(shù)，通常意義上的預(yù)處理主要包含以下內(nèi)容：
[0005] 1、輻射量校正：遙感的目的是利用遙感傳感器有效地收集來自地物的電磁波輻射 能量，然而由于電磁波在大氣中的傳輸和傳感器的測(cè)量過程中，受到遙感傳感器本身靈敏 特性、地物光照條件（如太陽(yáng)高度角及地形變化等）以及大氣作用等的影響，遙感傳感器的 測(cè)量值與地物實(shí)際的光譜、輻射率是不一致的，測(cè)量值存在著輻射失真。為了正確的評(píng)價(jià)地 物的電磁波輻射特征，需要消除這些失真的影響，即進(jìn)行輻射量校正處理。根據(jù)輻射失真的 原因?qū)b感圖像進(jìn)行輻射校正處理可采取四種方法，見圖1，即傳感器校正、太陽(yáng)高度角和 地形引起的畸變校正以及大氣散射校正。
[0006] 2、系統(tǒng)幾何校正：遙感圖像在其成像過程中發(fā)生幾何變形是難以避免的，引起遙 感圖像幾何畸變的因素有三個(gè)方面，即傳感器方面的原因、遙感平臺(tái)（衛(wèi)星）方面的原因以 及地球本身的原因。
[0007] 圖像預(yù)處理，就是消除在成像過程中，衛(wèi)星的運(yùn)行、地球的自轉(zhuǎn)和曲率探測(cè)器性能 指標(biāo)、掃描系統(tǒng)的控制精度、圖像數(shù)據(jù)截獲、衛(wèi)星姿態(tài)等各種因素對(duì)圖像數(shù)據(jù)造成的畸變和 條紋，將衛(wèi)星獲取的地面數(shù)據(jù)盡可能地還原成"真實(shí)"的地面圖像數(shù)據(jù)。預(yù)處理的內(nèi)容主要 包括數(shù)據(jù)清洗、相對(duì)輻射校正、輻射定標(biāo)和系統(tǒng)幾何校正四部分。
[0008] 現(xiàn)有的技術(shù)方法往往是針對(duì)某一種缺陷設(shè)計(jì)的方法，并不夠系統(tǒng)，不能夠系統(tǒng)的 解決圖像中所存在的問題以用于實(shí)際生產(chǎn)中；其次，現(xiàn)有的技術(shù)方法對(duì)圖像處理中的某些 環(huán)節(jié)，如圖像清洗的各個(gè)環(huán)節(jié)處理的不是很好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是要提供一種CCD原始圖像的處理方法，針對(duì)圖像中存在的缺陷， 設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)清洗方法，根據(jù)傳感器的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，制定圖像絕對(duì)定標(biāo)和相對(duì)輻射校正方 法，消除在成像過程中，衛(wèi)星的運(yùn)行、地球的自轉(zhuǎn)和地球曲率以及遙感器等各種因素對(duì)圖像 數(shù)據(jù)造成的影響。
[0010] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是按照以下技術(shù)方案實(shí)施的：
[0011] -種(XD原始圖像的處理方法，該方法包括以下步驟：
[0012] 1)收集原始(XD數(shù)據(jù)，通過⑶-ROM讀入計(jì)算機(jī)；
[0013] 2)收集原始C⑶地面均勻景數(shù)據(jù)，通過⑶-ROM讀入計(jì)算機(jī)；
[0014] 3)收集C⑶實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)數(shù)據(jù)，通過⑶-ROM讀入計(jì)算機(jī)；
[0015] 4)收集原始C⑶星載定標(biāo)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，通過⑶-ROM讀入計(jì)算機(jī)；
[0016] 5)用（XD預(yù)處理系統(tǒng)的文件打開功能，分別讀入地面均勻景圖像和星載定標(biāo)圖 像，利用系統(tǒng)提供的功能，分別計(jì)算每個(gè)波段的均勻景和星載定標(biāo)的相對(duì)定標(biāo)系數(shù)；
[0017] 6)給CCD預(yù)處理系統(tǒng)指明實(shí)驗(yàn)室定標(biāo)數(shù)據(jù)的存放目錄，利用系統(tǒng)提供的功能，計(jì) 算每個(gè)波段、每個(gè)探測(cè)元的增益值和偏移值；
[0018] 7)通過(XD預(yù)處理系統(tǒng)的文件打開功能，讀入將要處理的C⑶原始數(shù)據(jù)，并在屏幕 上顯示圖像；
[0019] 8)觀察輸入數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，選擇需要執(zhí)行的數(shù)據(jù)清洗功能；
[0020] 9)做圖像的輻射校正，得到1級(jí)產(chǎn)品的圖像；
[0021] 10)做圖像的幾何校正，輸出結(jié)果，保存文件，得到2級(jí)產(chǎn)品的圖像說明文件，并保 存到所處理圖像的目錄。
[0022] 進(jìn)一步的，所述步驟8)中的數(shù)據(jù)清洗包括缺元填補(bǔ)、缺行填補(bǔ)和橫條紋去除。
[0023] 具體地，所述步驟9)中的輻射校正包括以下步驟：
[0024] (1)準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)室絕對(duì)定標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算絕對(duì)定標(biāo)系數(shù)，并將結(jié)果寫成文本文件，存 入系統(tǒng)文件目錄以便后用；
[0025] (2)收集星載定標(biāo)數(shù)據(jù)，檢查星載定標(biāo)數(shù)據(jù)質(zhì)量，分別計(jì)算每個(gè)波段的底電平，寫 入文本文件，存入系統(tǒng)文件目錄以便后用；
[0026](3)收集多個(gè)地面均勻景數(shù)據(jù)，選擇質(zhì)量較好的計(jì)算圖像相對(duì)輻射校正系數(shù)，寫入 文本文件，存入系統(tǒng)文件目錄以便后用；
[0027] (4)實(shí)驗(yàn)室絕對(duì)定標(biāo)：輻射定標(biāo)就是根據(jù)以下公式由不同的Le和DN用最小二乘 法計(jì)算得出定標(biāo)系數(shù)G和DN，并繪制出定標(biāo)曲線，公式如下：
[0028] DN=G?Le+DN0，
[0029] 圖像的絕對(duì)定標(biāo)就是根據(jù)上述公式，用相機(jī)輸出灰度量化值反算相機(jī)入瞳處的等 效光譜輻亮度，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)當(dāng)前處理圖像的波段，自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)的系數(shù)文件，用上式處理每 一個(gè)像素，得到定標(biāo)圖像；
[0030] (5)去底電平：相機(jī)輸出信號(hào)ai、Bi、bi、di原來都包含底電平，包括穩(wěn)定項(xiàng)和(XD 奇偶差，一般定標(biāo)資料公式中都有底電平項(xiàng)的處理項(xiàng)，要在原始信號(hào)中減掉底電平，即
[0031] ai =aoi-ni
[0032] Bi =Boi-ni
[0033] bi =boi-ni
[0034] di =doi-nl，
[0035] 這里aoi，Boi，boi，doi分別是積分球定標(biāo)，實(shí)驗(yàn)室和在軌相對(duì)定標(biāo)及對(duì)地照相的 原始輸出，ni是底電平，是相機(jī)沒有光照時(shí)的輸出信號(hào)；
[0036] (6)拼接縫處理：這部分的處理是針對(duì)衛(wèi)星在一個(gè)譜段內(nèi)，三塊圖像數(shù)據(jù)之間有 明顯的拼接部分，通過分析，確定第二塊圖像數(shù)據(jù)暗像元的具體位置，從而確定圖像數(shù)據(jù)具 體的起始和結(jié)束位置，最后確定現(xiàn)有數(shù)據(jù)的某些像元為無用像元，第一塊數(shù)據(jù)圖像、第二塊 數(shù)據(jù)圖像、第三塊數(shù)據(jù)圖像的具體像元范圍；
[0037] (7)用地面均勻景作相對(duì)輻射校正：用星載定標(biāo)數(shù)據(jù)中的底電平數(shù)據(jù)，去除地面 均勻景圖像中象素的底電平值，方法如上述去底電平；對(duì)去除底電平的地面均勻景圖像作 拼接縫處理，處理方法如上述拼接縫處理方法；選擇地面均勻景圖像中較均勻的區(qū)域，計(jì)算 圖像上各列的相對(duì)輻射校正系數(shù)，計(jì)算公式為：所有參與計(jì)算的像素的均值除以當(dāng)前列參 與計(jì)算像素灰度的均值，每個(gè)波段計(jì)算結(jié)果應(yīng)為5796個(gè)，對(duì)應(yīng)5796列，把每個(gè)波段的計(jì)算 結(jié)果記錄分別在各自的文本文文件中；
[0038] (8)灰度一致性校正：將拼接部分和均勻信號(hào)之間的15個(gè)像元的信號(hào)下降區(qū)進(jìn)行 調(diào)整，然后，進(jìn)行拼接縫部分和均勻信號(hào)部分的灰度調(diào)整，通過得到兩者之間的灰度均值差 異的比例系數(shù)，進(jìn)行灰度調(diào)整。
[0039] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述步驟10)中的幾何校正包括系統(tǒng)幾何校正、地球曲 率校正、大氣折射校正和地球自轉(zhuǎn)校正四個(gè)部分：
[0040] (1)系統(tǒng)幾何校正：傳感器的外方位因素，是指?jìng)鞲衅鞒上駮r(shí)的位置（Xs，Ys，Zs) 和姿態(tài)角（q>，co，k)，當(dāng)外方位因素偏離標(biāo)