對ccd圖像進行相對輻射校正的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及遙感技術領域，尤其涉及一種對C⑶圖像進行相對輻射校正的方法。
【背景技術】
[0002] 航空光學線陣載荷的核心部件之一是CCD(Charge-coupled Device,電荷稱合元 件）陣列，包含很多個探測單元。由于制作工藝的限制，不能保證每個探測單元的參數(shù)都一 致，造成CCD陣列的各個探測單元的響應特性會存在一定的差異。對于推掃式傳感器來說， 遙感圖像是通過線陣CCD陣列推掃而來，由于CCD陣列各探測單元的響應特性差異，最終的 圖像在整個視場內(nèi)會出現(xiàn)亮度不均勻的現(xiàn)象，甚至會表現(xiàn)出條帶噪聲。
[0003] 光學遙感圖像的輻射校正包括相對輻射校正和絕對輻射校正,其中：相對輻射校 正為將相對輻射定標系數(shù)作用于原始圖像，消除由于探測單元的響應不一致而引起的條帶 效應，使這些條帶的影響降低到最小程度或徹底去除；絕對輻射校正是將絕對輻射定標系 數(shù)作用于經(jīng)過相對福射校正后的圖像，得到圖像DN(Digital number)值代表的真實物理信 息輻亮度。
[0004] 現(xiàn)有的相對輻射校正方法都是在CCD相機積分時間固定的前提下來消除CCD陣列 探測單元物理特性差異而設計的。圖IA為現(xiàn)有技術對CCD相機進行相對輻射定標的系統(tǒng) 組成圖。請參照圖1A，該方法包括：
[0005] 步驟SOl，將m級輻亮度輸出的標準光源置于半積分球中，光譜輻射計和測試反射 鏡放置于半積分球開口一側，將C⑶相機的鏡頭正對半積分球開口中心，然后依次連接CXD 數(shù)傳系統(tǒng)、CCD數(shù)傳 SCOE和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
[0006] 步驟S02,初始化j=l ;
[0007] 步驟S03,調(diào)節(jié)半積分球光源的輻亮度輸出為Lr同時使用光譜輻射計測量半積 分球的輸出輻亮度以驗證半積分球光源的均勻性，同步記錄CCD相機的半積分球輸出數(shù)據(jù) ，該半積分球輸出數(shù)據(jù)包含該CCD相機探測陣列每一個探測單元的輸出數(shù) 據(jù)屢=
[0008] 步驟S04, j=j+l，若j彡m，則跳轉到步驟S03,否則，執(zhí)行步驟S05 ;
[0009] 步驟S05,利用CCD相機半積分球輸出數(shù)據(jù)，逐個求解每個探測單元i的定標系數(shù) (G ijBi), i=l-N；
[0010] 即對于每個相機探測單元，根據(jù)步驟S03記錄的CCD相機半積分球輸出數(shù)據(jù)，建立 由m個方程組成的線性方程組，使用最小二乘方法計算得到相對輻射校正系數(shù)，常規(guī)相對 輻射校正模型如公式（1)所示，
[0011]
【主權項】
1. 一種對CCD圖像進行相對輻射校正的方法，其特征在于，對一維CCD相機推掃獲得的 原始圖像進行相對輻射校正，包括： 步驟A，利用積分球方法測試一維CCD相機各探測單元在不同的積分球輸出輻亮度Lj、 不同積分時間Tk下輻射定標數(shù)據(jù)，其中： i=l，2，……，N，N為一維C⑶相機橫向排列探測單元的個數(shù)； j=l，2, ......，m,m為積分球光源的能級數(shù)量； k=l，2......，n，n為積分時間數(shù)量； 步驟B，由所述一維CCD相機各探測單元在不同能級Lp不同積分時間Tk下輻射定標數(shù) 據(jù)，利用改進的相對輻射校正模型，計算各探測單元相對輻射校正系數(shù)；以及 步驟C，對所述原始圖像中的每一個像素，利用該像素對應探測單元的相對輻射校正系 數(shù)進行輻射強度校正，進而獲取相對輻射校正后的圖像。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B中，改進的相對輻射校正模型 如下所示：
其中，
為第i個探測單元在輻亮度Lp積 分時間Tk下的原始DN值；Tk為C⑶相機的積分時間，力C⑶相機歸一化積分時間，
丨即為第i個探測單元的相對輻射校正系數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟B包括： 子步驟B1 :初始化i=l，j=l，k=l; 子步驟B2 :提取積分球輸出輻亮度為h的CCD相機輸出數(shù)據(jù)； 子步驟B3:計算積分球輸出輻亮度為h，積分時間為的CCD相機輸出數(shù)據(jù)的均值
子步驟B4 :j=j+l，若j<m，則跳轉到子步驟B2,否則，執(zhí)行子步驟B5 ; 子步驟B5 :將第i個探測單元輸出的原始值1^4 :和CCD陣列輸出數(shù)據(jù)的均值
代入改進的相對輻射校正模型，獲得由mXn個方程組成的方程組：
子步驟B6 :使用最小二乘方法求解上述方程組，得到第i個探測單元的相對輻射校正 系數(shù)(〇=，…，#，4幻，將其保存為相對輻射校正系數(shù)文件；以及 子步驟B7 :i=i+l，若i<N，則跳轉到子步驟B5,否則，執(zhí)行子步驟B8 ; 子步驟B8 :結束。
4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟A基于定標系統(tǒng)進行，該定標系 統(tǒng)包括：積分球、圖像采集卡和控制器，其中： 所述控制器分別與所述積分球和所述CCD相機的控制信號相連，產(chǎn)生控制積分球輸出 輻亮度和CCD相機積分時間的控制信號，與圖像采集卡相連，將圖像采集卡采集的數(shù)據(jù)進 行存儲； 所述積分球作為相對輻射定標數(shù)據(jù)測試過程的標準輻射源，其開口中心應與所述CCD相機鏡頭對齊，其能級為[U，…，LJ，其中m為積分球光源的能級數(shù)量； 所述CCD相機為被測試設備，接受所述控制器的控制，把所述積分球的光信號轉換為 電信號； 所述圖像采集卡與所述CCD相機和所述控制器相連，負責采集所述CCD相機的輸出數(shù) 據(jù)，并將其傳輸至控制器。
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟A由所述控制器執(zhí)行，包括： 子步驟A1，接收CCD相機積分時間范圍及步進，計算出對應的CCD相機積分時間 ，…，TJ，其中n為需要測試的積分時間數(shù)量； 子步驟A2,初始化相機積分時間和積分球光源輸出輻亮度，j=l，k=l; 子步驟A3,控制所述積分球光源輸出輻亮度為Lj; 子步驟A4,控制所述CCD相機的積分時間為Tk ; 子步驟A5,所述圖像采集卡記錄CCD相機的輸出數(shù)據(jù)，并將CCD相機輸出數(shù)據(jù) 和對應的積分球光源輸出輻亮度Lp積分時間Tk保存在計算機上，其中，i=l， 2,N； 子步驟A6,k=k+l，若k彡n，則跳轉到子步驟A4,否則，執(zhí)行子步驟A7 ; 子步驟A7,j=j+l，若j<m，則跳轉到分步驟A3,否則，執(zhí)行分步驟A8 ;以及 子步驟A8,結束。
6. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟C包括： 子步驟C1，獲取原始圖像； 子步驟C2,初始化行數(shù)p=l; 子步驟C3,提取第p行圖像的圖像數(shù)據(jù)DA^;;和積分時間Tp ; 子步驟C4,初始化列數(shù)i=l; 子步驟C5,從相對輻射校正系數(shù)文件中提取第i個探測單元的相對輻射校正系數(shù)
子步驟C6,對于圖像數(shù)據(jù)中的每一個數(shù)據(jù)丨利用相對輻射校正模型和積 分時間Tp對其進行相對輻射校正：
子步驟C7,保存相對輻射校正后的數(shù)據(jù)； 子步驟C8,i=i+l，若i<N，則執(zhí)行步驟C5 ;否則，執(zhí)行子步驟C9 ; 子步驟C9,p=p+l，若p<M，則執(zhí)行步驟C3 ;否則，執(zhí)行子步驟C3 ;以及 子步驟C10,將多個相對輻射校正后的數(shù)據(jù)組合為相對輻射校正后的圖像。
7. 根據(jù)權利要求1至6中任一項所述的方法，其特征在于，所述原始圖像為M行XN列 的航空光學線陣載荷圖像，其中，N表示線陣載荷CCD的探測單元數(shù)量，M表示線陣載荷CCD 推掃的行數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種對CCD圖像進行相對輻射校正的方法，對一維CCD相機推掃獲得的原始圖像進行相對輻射校正，包括：步驟A，利用積分球方法測試一維CCD相機各探測單元在不同的積分球輸出輻亮度Lj、不同積分時間Tk下輻射定標數(shù)據(jù)步驟B，由一維CCD相機各探測單元在不同能級Lj、不同積分時間Tk下輻射定標數(shù)據(jù)利用改進的相對輻射校正模型，計算各探測單元相對輻射校正系數(shù)；以及步驟C，對原始圖像中的每一個像素，利用該像素對應探測單元的相對輻射校正系數(shù)進行輻射強度校正，進而獲取相對輻射校正后的圖像。本發(fā)明避免了在處理航空線陣CCD圖像時，由于積分時間差異而產(chǎn)生的同一航帶內(nèi)部及相鄰航帶拼接圖像出現(xiàn)的明顯色差的問題。
【IPC分類】G06T5-00, H04N5-353, G06T7-00
【公開號】CN104580944
【申請?zhí)枴緾N201310470414
【發(fā)明人】李傳榮, 胡堅, 周春城, 馬靈玲, 蔡興文, 唐伶俐, 李子揚
【申請人】中國科學院光電研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2013年10月10日