專利名稱：一種空間相機在軌輻射響應(yīng)非均勻性校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空間相機在軌圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種空間相機在軌輻射響應(yīng)非均勻性校正方法。
背景技術(shù)：
空間相機成像系統(tǒng)主要由成像控制器、時序驅(qū)動器、探測器(TDI-C⑶)、光機系統(tǒng)、預(yù)放電路和視頻信號處理電路六部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖I所示。成像控制器采用Xilinx公司型號為XQ2VP40的FPGA芯片，主要完成TDI-CCD時序信號發(fā)生和圖像數(shù)據(jù)打包功能。該芯片內(nèi)部集成了 192個容量為18Kbit的BlockRam資源，可以通過調(diào)用IP核的方式，配置成RAM、ROM或FIFO，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲的功能。
探測器采用Dalsa公司定制的可見光TDI-CXD，橫向由4096個像素組成，縱向由96個像素組成。橫向4096個像素通過8個CXD管腳同時輸出，每個管腳輸出512個像素；縱向積分級數(shù)8、16、32、48、72、96可調(diào)。為了增大空間相機地面覆蓋寬度，焦平面組件由5片TDI-CXD拼接而成，每片TDI-CXD對應(yīng)ー個成像通路。視頻信號處理電路采用了集成化視頻處理器XRD98L59，完成CXD信號的IObit量化。由于CXD探測器、光機系統(tǒng)以及成像電子學(xué)系統(tǒng)的個體差異性，空間相機輻射響應(yīng)特性存在著一定的非均勻性，影響圖像質(zhì)量，因此需要對輻射響應(yīng)的非均勻性進行校正。傳統(tǒng)的非均勻性校正方法有兩種第一種是通過調(diào)整成像電子學(xué)系統(tǒng)預(yù)放電路的反饋電阻阻值(改變放大倍數(shù))，實現(xiàn)輻射響應(yīng)通道級非均勻性校正；第二種是通過地面軟件根據(jù)定標數(shù)據(jù)實現(xiàn)輻射響應(yīng)像元級非均勻性校正。實際研制過程中，由于空間相機裝調(diào)的復(fù)雜性以及電裝エ藝的限制，第一種校正方法的實施受到限制，很難校正到理想效果，同時增大了設(shè)計更改的成本；第二種校正方法則降低了空間相機圖像判讀的實時性。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種空間相機在軌輻射響應(yīng)非均勻性校正方法，該方法解決了效果難校正，成本大的問題，同時，判讀實時性的問題也得到了改善。本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下一種空間相機在軌輻射響應(yīng)非均勻性校正方法，其特征在于，該方法包括如下步驟步驟ー在暗場條件下定標室進行成像實驗設(shè)置成像條件受到軌道高度、太陽高度角和地面反射率影響下相機工作的行頻和增益參數(shù)，改變TDI-C⑶積分級數(shù)8、16、32、48、72、96級，在每個積分級數(shù)下采集500行圖像數(shù)據(jù)，計算出第i列像素點灰度值的平均值；步驟ニ 在均勻光入射條件下定標室進行成像實驗設(shè)置成像條件受到軌道高度、太陽高度角和地面反射率影響下相機工作的行頻和增益參數(shù)，改變TDI-CCD積分級數(shù)8、16、32、48、72、96級，在每個積分級數(shù)下調(diào)整積分球的亮度，使圖像灰度值約為CXD飽和輸出灰度值的一半并采集500行圖像數(shù)據(jù)，計算出第i列像素點灰度值的平均值；步驟三通過校正公式、非均勻性校正乘系數(shù)、暗場條件下第i列像素點灰度值的平均值、均勻光入射條件下第i列像素點灰度值的平均值和第i個像素點實際的量化值，在均勻光入射條件下，圖像校正后各個像素點的灰度值一致；在暗場條件下，圖像校正后各個像素點的灰度值基本為零；步驟四將暗場條件下第i列像素點灰度值的平均值和非均勻性校正乘系數(shù)轉(zhuǎn)換為ニ進制后按積分級數(shù)和像元順序分區(qū)初始化到ROM中，ROM地址控制単元根據(jù)圖像同步控制信號和積分級數(shù)控制信號讀出暗場條件下第i列像素點灰度值的平均值和非均勻性校正乘系數(shù)，圖像先后經(jīng)過減運算和乘運算，運算結(jié)果再進行上限判定，完成空間相機在軌輻射響應(yīng)非均勻性校正的方法。
本發(fā)明的發(fā)明原理輻射響應(yīng)非均勻性校正是通過定標實驗得到每個像素點的實際量化值和在暗場條件下的量化值，對拍攝的圖像按照對應(yīng)的像素點進行歸一化處理，使得在均勻光入射條件下，每個像素點的量化值相同。對于TDI-CCD，由于設(shè)置不同的積分級數(shù)成像時，每個像素點對應(yīng)的光敏單元的個數(shù)不同，各個像素點之間光電響應(yīng)不一致性關(guān)系也不同，因此，需要按照積分級數(shù)分別進行輻射響應(yīng)非均勻性校正。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過空間相機成像控制器的FPGA軟件設(shè)計，完成空間相機輻射響應(yīng)非均勻性校正功能。FPGA軟件更改的限制較少，提高了校正實施的靈活性，可以取得更優(yōu)的校正效果；下行的圖像可以直接進行判讀，提高了空間相機圖像判讀的實時性。


圖I本發(fā)明空間相機成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2本發(fā)明FPGA非均勻性校正處理流程。圖3本發(fā)明非均勻性校正前后的圖像對比。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進ー步詳細說明。由于空間相機的CXD探測器、光機系統(tǒng)、預(yù)放電路和視頻信號處理電路均為線性系統(tǒng)，數(shù)字圖像與輸入光照度的關(guān)系可用公式I表示Di=A j XL+β i(I)式中Di :(XD第i個像素點的量化值；λ i :(XD第i個像素的光機響應(yīng)系數(shù)、CXD光電響應(yīng)系數(shù)、預(yù)放電路放大倍數(shù)、以及視頻信號處理電路轉(zhuǎn)換系數(shù)的乘積；β i =CCD第i個像素點在暗場條件下的量化值。如公式I所示，空間相機輻射響應(yīng)非均勻性體現(xiàn)為像素點的λ i值和β i值的不同，其中包含了光機系統(tǒng)、CCD探測器、預(yù)放電路和視頻信號處理電路的影響。在本實施例中，實現(xiàn)空間相機在軌輻射響應(yīng)非均勻性校正的方法需要以下部件定標平臺、空間相機、積分球、圖像快視設(shè)備、RS-422地檢設(shè)備、圖像處理計算機、ISE集成開發(fā)環(huán)境和FPGA程序燒錄器。步驟ー將空間相機固定在定標平臺上，調(diào)整定標平臺高度和角度使空間相機入瞳對準積分球開孔處。使用RS-422地檢設(shè)備發(fā)送控制命令，控制空間相機進行拍攝，在暗場條件下，設(shè)置相機工作在典型成像條件(軌道高度400km，太陽高度角30°，地面反射率
O.4)的行頻和增益參數(shù)，改變TDI-CXD積分級數(shù)8、16、32、48、72、96級，使用圖像快視設(shè)備分別采集500行圖像數(shù)據(jù)；在每個積分級數(shù)下，計算出第i列像素點灰度值的平均值，即為對應(yīng)積分級數(shù)下公式(I)中的β i值；步驟ニ 在均勻光入射條件下定標室進行成像實驗設(shè)置相機工作在典型成像條件(軌道高度400km，太陽高度角30°，地面反射率O. 4)的行頻和增益參數(shù)，改變TDI-CXD積分級數(shù)8、16、32、48、72、96級，調(diào)整積分球的亮度，使圖像灰度值約為CXD飽和輸出灰度值的一半并使用圖像快視設(shè)備采集500行圖像數(shù)據(jù)；在每個積分級數(shù)下，計算出第i列像素 點灰度值的平均值，設(shè)第i列像素點灰度值的平均值為Φ ，則(Φ -β J的值可以等效為對應(yīng)積分級數(shù)下公式(I)中的入”步驟三校正算法公式(2)表示
權(quán)利要求
1.一種空間相機在軌輻射響應(yīng)非均勻性校正方法，其特征在于，該方法包括如下步驟 步驟ー在暗場條件下定標室進行成像實驗設(shè)置成像條件受到軌道高度、太陽高度角和地面反射率影響下相機工作的行頻和增益參數(shù)，改變TDI-C⑶積分級數(shù)8、16、32、48、72,96級，在每個積分級數(shù)下采集500行圖像數(shù)據(jù)，計算出第i列像素點灰度值的平均值；步驟ニ 在均勻光入射條件下定標室進行成像實驗設(shè)置成像條件受到軌道高度、太陽高度角和地面反射率影響下相機工作的行頻和增益參數(shù)，改變TDI-C⑶積分級數(shù)8、16、32、48、72、96級，在每個積分級數(shù)下調(diào)整積分球的亮度，使圖像灰度值約為CXD飽和輸出灰度值的一半并采集500行圖像數(shù)據(jù)，計算出第i列像素點灰度值的平均值； 步驟三通過校正公式、非均勻性校正乘系數(shù)、暗場條件下第i列像素點灰度值的平均值、均勻光入射條件下第i列像素點灰度值的平均值和第i個像素點實際的量化值，在均勻光入射條件下，圖像校正后各個像素點的灰度值一致；在暗場條件下，圖像校正后各個像素點的灰度值基本為零； 步驟四將暗場條件下第i列像素點灰度值的平均值和非均勻性校正乘系數(shù)轉(zhuǎn)換為ニ進制后按積分級數(shù)和像元順序分區(qū)初始化到ROM中，ROM地址控制単元根據(jù)圖像同步控制信號和積分級數(shù)控制信號讀出暗場條件下第i列像素點灰度值的平均值和非均勻性校正乘系數(shù)，圖像先后經(jīng)過減運算和乘運算，運算結(jié)果再進行上限判定，完成空間相機在軌輻射響應(yīng)非均勻性校正方法。
全文摘要
一種空間相機在軌輻射響應(yīng)非均勻性校正方法屬于空間相機在軌圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，解決了效果難校正，成本大的問題，同時，判讀實時性的問題也得到了改善。該方法采用兩點定標校正法選取暗場灰度值點和半飽和灰度值點；在均勻光入射條件下，圖像校正后各個像素點的灰度值一致；在暗場條件下，圖像校正后各個像素點的灰度值基本為零，圖像先后經(jīng)過減運算和乘運算，運算結(jié)果再進行上限判定，完成該方法。本發(fā)明通過空間相機成像控制器的FPGA軟件設(shè)計，完成空間相機輻射響應(yīng)非均勻性校正功能。FPGA軟件更改的限制較少，提高了校正實施的靈活性，可以取得更優(yōu)的校正效果；下行的圖像可以直接進行判讀，提高了空間相機圖像判讀的實時性。
文檔編號H04N5/232GK102740008SQ20121020676
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者劉文光, 徐抒巖, 李丙玉, 王曉東 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所