專利名稱：一種高精度的(極)多元成像系統(tǒng)相對輻射定標方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于成像技術(shù)領(lǐng)域，是一種高精度、高置信度、高穩(wěn)定性、易操作、低成本的 (極)多元成像系統(tǒng)相對輻射定標方法。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟和成像技術(shù)的發(fā)展，以CCD成像技術(shù)為代表的(極)多元成像技術(shù)在科學(xué)觀測、民用、國防等領(lǐng)域逐漸得到了應(yīng)用和發(fā)展。(極)多元成像系統(tǒng)是指各種基于陣列成像器件，成像元數(shù)目可達百萬以上的線陣、而陣成像系統(tǒng)，它可以同時獲取一定范圍內(nèi)的空間信息。這類成像系統(tǒng)也應(yīng)用于空間調(diào)制型多高光譜成像儀中，可以同時獲取一定光譜范圍內(nèi)的光譜信息，如基于線陣CCD的擺掃成像光譜儀和基于面陣CCD的推掃成像光譜儀。(極)多元成像系統(tǒng)具有固有的輻射不一致問題，使得各個成像元對目標的響應(yīng)存在相對差異。因此必須對成像系統(tǒng)進行相對輻射定標。進行相對輻射定標需要使用均勻參照物來獲取成像元間的相對響應(yīng)差異。傳統(tǒng)相對輻射定標方法或使用自然界中的均勻地物，或使用大型積分球均勻光源系統(tǒng)。均勻地物極為稀少且均勻性無法保證，而積分球系統(tǒng)的輻照均勻度依賴于積分球的球面圓度和內(nèi)表面光學(xué)性質(zhì)等一些難以控制的因素，且價格昂貴。迫切地需要一種新的針對(極)多元成像系統(tǒng)的相對輻射定標方法，能夠避免以上不足。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有問題，本發(fā)明提出了一套高精度(理論精度可達任何可能值、 實際精度可以優(yōu)于0. )、低成本、且精度充分可控(決定精度的主要參數(shù)可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié))的相對輻射定標方法和裝置，適用于從紫外到近紅外太陽反射光區(qū)(約 0. 25 μ m-2. 5 μ m)的(極)多元成像系統(tǒng)以及空間調(diào)制型多-高光譜成像儀的相對輻射定標及校正。針對相對輻射定標的核心問題——獲取均勻參照物，本發(fā)明的設(shè)計思想是對施加了轉(zhuǎn)動和平移的漫反射參考板成像，將一定時間內(nèi)獲取的圖像積分來取得均勻參照面的圖像。針對定標系數(shù)計算的需求，本發(fā)明利用太陽高度角變化帶來的光照變化，獲取均勻參照面的不同灰度級的圖像。本發(fā)明通過對不同成像元的不同灰度級圖像值進行相關(guān)擬合建立成像元間的響應(yīng)差異，各成像元和一個選定成像元(或全體成像元一個子集的均值)間的相關(guān)擬合系數(shù)即為各個成像元的定標系數(shù)。對上述方法的具體實現(xiàn)，本發(fā)明設(shè)計了以下的裝置硬件器件包括
(1)多軸運動平臺及其控制器，用于安放漫反射參考板并施加轉(zhuǎn)動和平移，運動速度可調(diào)。(2)漫反射參考板。軟件組成(1)多軸運動平臺運動控制軟件。(2)數(shù)據(jù)處理軟件，利用采集到的圖像數(shù)據(jù)計算定標參數(shù)，對圖像進行校正。


圖1為高精度(極)多元成像系統(tǒng)相對輻射定標裝置示意圖。圖例說明如下1.漫反射參考板；2.多軸轉(zhuǎn)動平臺及其控制器；3.成像器件；4.數(shù)據(jù)采集主機；5.數(shù)據(jù)傳輸線； 6.支架;7.太陽。其中相對輻射校正裝置由1、2構(gòu)成，3、4、5、6組成成像系統(tǒng)。具體實現(xiàn)方式下面將結(jié)合附圖1對本發(fā)明加以詳細說明，應(yīng)指出的是，所描述的實現(xiàn)僅旨在便于對本發(fā)明的理解，面對其不起任何限定作用。具體的步驟參照如下(1)將漫反射參考板放置于多軸運動平臺上，按照用戶要求的定標狀態(tài)安裝并設(shè)定成像系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)處于陽光無遮擋、無近距強地物反照的室外環(huán)境；(2)依據(jù)用戶對定標系數(shù)的精度要求設(shè)置多軸運動平臺的運動速度和成像工作時間；(3)啟動多軸運動平臺，使漫反射參考板相對于成像系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)動和平動；(4)開始進行成像，由數(shù)據(jù)采集軟件將圖像保存到主機，并確保成像工作時間內(nèi)太陽光照變化的影響符合定標精度要求；(5)對采集到的圖像進行時間積分，獲得均勻參照面的圖像；(6)在若干太陽高度角發(fā)生足夠變化的時間段，重復(fù)步驟(3)-(5)，以取得均勻參照面的多個不同灰度級的圖像；(7)選取成像系統(tǒng)的一個成像元(或全體成像元一個子集的均值)作為基準，使用多個均勻參照面的圖像進行所有成像元對基準成像元的相關(guān)擬合，擬合系數(shù)即為各個像元的相對輻射定標系數(shù)。(以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并個局限于此， 任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。)
權(quán)利要求
1.一種高精度的(極)多元成像系統(tǒng)相對輻射定標方法，具有高精度、高置信度、高穩(wěn)定性、易操作、低成本等特性。內(nèi)容如下(1)構(gòu)造近似理想均勻參照面的設(shè)計通過對施加了平移和轉(zhuǎn)動的運動目標多次成像，將一定時間內(nèi)獲取的圖像相加或平均來取得近似理想的均勻參照面；(2)獲取不同灰度級的均勻參照面的圖像利用太陽高度角變化帶來的光照變化，在不同時間重復(fù)(1)來獲取均勻參照面的不同灰度級的圖像；(3)定標系數(shù)計算通過對不同成像元的不同灰度級圖像值進行相關(guān)擬合建立成像元間的響應(yīng)差異，各成像元和一個選定成像元(或全體成像元一個子集的均值)間的相關(guān)擬合系數(shù)即為各個成像元的定標系數(shù)。
2.對權(quán)利1的裝置，實施步驟如下(1)將漫反射參考板放置于多軸運動平臺上，按照用戶要求的定標狀態(tài)安裝并設(shè)定成像系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)處于陽光無遮擋、無近距強地物反照的室外環(huán)境；(2)依據(jù)用戶對定標系數(shù)的精度要求設(shè)置多軸運動平臺的運動速度和成像工作時間；(3)啟動多軸運動平臺，使漫反射參考板相對于成像系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)動和平動；(4)開始進行成像，由數(shù)據(jù)采集軟件將圖像保存到主機，并確保成像工作時間內(nèi)太陽光照變化的影響符合定標精度要求；(5)對采集到的圖像進行時間積分，獲得均勻參照面的圖像；(6)在若干太陽高度角發(fā)生足夠變化的時間段，重復(fù)步驟(3)-(5)，以取得多個不同灰度級的均勻參照面的圖像；(7)選取成像系統(tǒng)的一個成像元(或全體成像元一個子集的均值)作為基準，使用多個均勻參照面的圖像進行所有成像元對基準成像元的相關(guān)擬合，擬合系數(shù)即為各個像元的相對輻射定標系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利1和2的方法、裝置和具體實施步驟，其核心段計思想在于，運動(轉(zhuǎn)動和平動同時進行)目標的入瞳輻照的時間積分等效于一個近似理想的均勻入瞳輻照；
4.根據(jù)權(quán)利1和2的方法、裝置和具體實施步驟，其特征在于，均勻參照面的均勻程度可以精確計算，影響其均勻程度的參數(shù)也充分可控；
5.根據(jù)權(quán)利1和2的方法、裝置和具體實施步驟，其特征在于，最終獲取的定標參數(shù)的精確性可以精確估計，影響其精度的各個因素充分可控；
6.根據(jù)權(quán)利1和2的方法、裝置和具體實施步驟，其特征在于，獲取定標參數(shù)使用的硬件和軟件平臺，以及計算方法，都是成熟且易獲取的，整體成本遠遠低于同等精度的其他方法。
全文摘要
本發(fā)明公開一個新型高精度的(極)多元成像系統(tǒng)相對輻射定標方法和裝置。該方法通過對漫反射參考板施加轉(zhuǎn)動和平移，將一定時間內(nèi)獲取的圖像積分來獲得近似理想的均勻參照面；利用太陽高度角變化帶來的光照變化，獲取均勻參照面的不同灰度級的圖像；通過對不同成像元的不同灰度級圖像值進行相關(guān)擬合建立成像元間的響應(yīng)差異，從而獲得高精度相對輻射定標參數(shù)。該方法的具體實現(xiàn)裝置由一個多軸運動平臺和一塊漫反射參考板組成。該方法具有高精度、高置信度、高穩(wěn)定性、易操作、低成本、且精度充分可控的優(yōu)點，適用于從紫外到近紅外太陽反射光區(qū)(約0.25μm-2.5μm)的(極)多元成像系統(tǒng)的相對輻射定標及校下，可以顯著提高這類成像系統(tǒng)的圖像質(zhì)量。
文檔編號G01J3/28GK102200475SQ20101013076
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者于凱, 唐海蓉, 姜亢, 王磐石, 耿修瑞, 計璐艷, 趙永超 申請人:于凱, 唐海蓉, 姜亢, 王磐石, 耿修瑞, 計璐艷, 趙永超