專利名稱：一種全反射光學(xué)拼接相機的能量補償與色差消除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全反射光學(xué)拼接相機的能量補償與色差消除方法，屬于光學(xué)遙感影像處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
線陣C⑶被廣泛應(yīng)用于航空、航天光學(xué)遙感器，以及測量、控制等領(lǐng)域，為了擴大視場或增大測量范圍，需要增加像元數(shù)，最有效便利的途徑是將多片線陣CCD組裝在一起， 即CXD拼接。法國SPOT衛(wèi)星的HRV相機就是成功地使用CXD拼接技術(shù)。
線陣CCD拼接主要有機械拼接、電子學(xué)拼接和光學(xué)拼接。機械拼接就是將CCD首尾相連，使之在一條直線上，然而直接拼接時CCD器件之間會產(chǎn)生縫隙，并且要保證拼接直線度要求，元器件擺放復(fù)雜，因此，實現(xiàn)精確拼接的難度大。電子學(xué)拼接是使兩片CCD在圖像推掃方向上錯開一定位置，使兩片CCD所成的圖像拼成一幅，這種拼接方法要求對數(shù)據(jù)進行再處理以及大的存儲容量，給電學(xué)處理帶來困難。
光學(xué)拼接目前由于全反射膜的存在，使會聚光被遮擋，有部分會聚光照不到拼接邊緣處的CCD元，而且光的強度會隨著遠離邊緣將加強恢復(fù)到正常值。能量衰減導(dǎo)致重疊區(qū)域響應(yīng)不一致性，導(dǎo)致拼接區(qū)能量不能有效補償，若重疊區(qū)域直接相加則放大噪聲。目前國內(nèi)全反射拼接相機在遙感衛(wèi)星中開始應(yīng)用，但是，對全反射拼接相機拼接模式特別是能量衰減區(qū)域補償?shù)难芯可伲瑥埿窍榈热嗽趯＠痘谇鏀M合的反射鏡拼接漸暈消除裝置 (申請?zhí)?01110216522)》中基于最速下降法實現(xiàn)圖像二維擬合曲面，獲得參數(shù)估計。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種面向全反射光學(xué)拼接相機的能量補償以及色差消除方法。該方法能充分利用衛(wèi)星發(fā)射前的實驗室定標(biāo)數(shù)據(jù)進行校正，有效保證能量的補償，針對衛(wèi)星在軌運行一定周期后，利用大量在軌衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)建立能量損失探測器的灰度映射查找表，從而解決了由于全反射相機光學(xué)拼接引起的拼接區(qū)域附近能量衰減問題，確保重疊區(qū)域像元的有效利用。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
I、一種全反射光學(xué)拼接相機的能量補償與色差消除方法，其特征在于，通過以下步驟實現(xiàn)
(I)計算實驗室定標(biāo)圖像的有效灰度均值；
衛(wèi)星發(fā)射前在實驗室通過調(diào)整積分球定標(biāo)燈的輻亮度等級，獲得全反射式光學(xué)相機在某增益、某積分級數(shù)下的L幅定標(biāo)圖像；L為正整數(shù)；
計算L幅定標(biāo)圖像中每片CCD有效區(qū)域的灰度均值,稱為有效灰度均值，有效灰度均值作為該片CXD的輸出期望值；所述有效區(qū)域是指除能量損失區(qū)域之外的正常區(qū)域；所述能量損失區(qū)域是指光學(xué)全反射式拼接相機在相鄰兩片CCD搭接附近，由于全反射膜的存在而導(dǎo)致的光線遮擋區(qū)域；
(2)計算定標(biāo)圖像能量損失區(qū)域每列的第一次能量補償系數(shù)；
所述計算定標(biāo)圖像能量損失區(qū)域每列的第一次能量補償系數(shù)計算如下 Meanx -O1X DNfl + bi x DN^1 + c, x DNli + dt
權(quán)利要求
1.一種全反射光學(xué)拼接相機的能量補償與色差消除方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下(1)計算實驗室定標(biāo)圖像的有效灰度均值；衛(wèi)星發(fā)射前在實驗室通過調(diào)整積分球定標(biāo)燈的輻亮度等級，獲得全反射式光學(xué)相機在某增益、某積分級數(shù)下的L幅定標(biāo)圖像；L為正整數(shù)；計算L幅定標(biāo)圖像中每片CCD有效區(qū)域的灰度均值，稱為有效灰度均值，有效灰度均值作為該片CXD的輸出期望值；所述有效區(qū)域是指除能量損失區(qū)域之外的正常區(qū)域；所述能量損失區(qū)域是指光學(xué)全反射式拼接相機在相鄰兩片CCD搭接附近，由于全反射膜的存在而導(dǎo)致的光線遮擋區(qū)域；(2)計算定標(biāo)圖像能量損失區(qū)域每列的第一次能量補償系數(shù)；所述計算定標(biāo)圖像能量損失區(qū)域每列的第一次能量補償系數(shù)計算如下Meanx = O1 x DN3a + bt x DNfi + Ci x DNli + dt Mean1 = at x DNf2 + bi x DNf2 + Ci x DNa + dt<Meanl = O1 x DN^l +btx DN)L +C1X DNiL + dt式中，a” bp Ci, Cli為能量損失區(qū)域第i列的能量補償系數(shù)，i為正整數(shù)且I彡i彡W，W是能量損失區(qū)域的列數(shù)；DNn、DNi2.....DNiL分別為L幅定標(biāo)圖像中能量損失區(qū)域中第i列的灰度均值！MeanpMean2'. . . >Meanl分別為L幅定標(biāo)圖像的有效灰度均值；(3)計算能量損失區(qū)域的第二次能量補償系數(shù)；衛(wèi)星在軌運行后，利用第一次能量補償系數(shù)對大量在軌影像數(shù)據(jù)中的能量損失區(qū)域進行校正，得到校正后的第一次能量補償圖像；統(tǒng)計所述第一次能量補償圖像中的能量損失區(qū)域，分別建立能量損失區(qū)域每列圖像的直方圖，稱為每列能量補償原始直方圖；統(tǒng)計能量損失區(qū)域附近正常區(qū)域?qū)挾鹊臄?shù)據(jù)并建立直方圖，稱為能量補償期望直方圖；對所述每列能量補償原始直方圖與能量補償期望直方圖進行匹配，建立第一次能量補償圖像中每列圖像的直方圖查找表，分段線性擬合直方圖查找表并計算第二次能量補償系數(shù)；利用第二次能量補償系數(shù)對第一次能量補償圖像進行校正，得到校正后的第二次能量補償圖像；(4)基于重疊區(qū)域自適應(yīng)消除片間色差；所述重疊區(qū)域是指相鄰兩片CXD能拍到同一場景的搭接區(qū)域；所述自適應(yīng)是指根據(jù)重疊區(qū)域灰度差值大小自動選擇色差消除方法；首先選取校正后的第二次能量補償圖像中靠近重疊區(qū)域的中間區(qū)域作為有效重疊區(qū)域，有效重疊區(qū)域?qū)挾热Q于全反射光學(xué)拼接相機重疊區(qū)域的設(shè)計寬度；然后選取相鄰兩片中的某一片圖像為基準(zhǔn)圖像，另一片圖像作為色差待去除圖像，計算所述相鄰兩片有效重疊區(qū)域的灰度均值的差值，若所述灰度均值差值的絕對值不小于所設(shè)定域值δ，則需要色差消除，否則不需要色差消除處理；所述色差消除方法如下統(tǒng)計有效重疊區(qū)域的灰度級數(shù)，若所述有效重疊區(qū)域的灰度級數(shù)不小于總灰度級數(shù)的40% 50%，則利用直方圖匹配方法消除色差，否則利用灰度差值方法消除色差；所述總灰度級數(shù)即相機的量化級數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種全反射光學(xué)拼接相機的能量補償與色差消除方法，其特征在于所述步驟(I)中的L彡4。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種全反射光學(xué)拼接相機的能量補償與色差消除方法，其特征在于所述步驟(3)中的大量在軌影像數(shù)據(jù)是指二十軌以上的影像數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種全反射光學(xué)拼接相機的能量補償與色差消除方法，其特征在于所述步驟(3)所述正常區(qū)域?qū)挾确秶鸀?0 100列。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種全反射光學(xué)拼接相機的能量補償與色差消除方法，其特征在于所述步驟(3)所述分段線性擬合直方圖查找表并計算第二次能量補償系數(shù)實現(xiàn)如下按照總灰度級數(shù)將直方圖查找表分成低、中、高三段，對于總灰度級數(shù)為1024的圖像， 原始直方圖中灰度值在O 300區(qū)間內(nèi)的設(shè)定為低段，灰度值在300 800區(qū)間內(nèi)的設(shè)定為中段，灰度值在800 1023區(qū)間內(nèi)的設(shè)定為高段，利用最小二乘法分別擬合三段區(qū)間的線性補償系數(shù)，稱之為第二次能量補償系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種全反射光學(xué)拼接相機的能量補償與色差消除方法，其特征在于所述步驟(4)所述直方圖匹配方法消除色差，實現(xiàn)如下統(tǒng)計所述基準(zhǔn)圖像中對應(yīng)的有效重疊區(qū)域的直方圖，作為色差消除期望直方圖，統(tǒng)計色差待去除圖像中對應(yīng)的有效重疊區(qū)域的直方圖，作為色差消除原始直方圖；分別建立所述色差消除原始直方圖與色差消除期望直方圖的映射關(guān)系，得到色差消除映射查找表，并將所述映射查找表作用于色差待去除圖像消除兩片間的色差。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種全反射光學(xué)拼接相機的能量補償與色差消除方法，其特征在于所述步驟(4)所述灰度差值方法消除色差實現(xiàn)是將有效重疊區(qū)域的均值差值作用到色差待去除圖像，用于消除兩片間的色差。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種全反射光學(xué)拼接相機的能量補償與色差消除方法，其特征在于所述步驟⑷中的δ取值為I 2個DN值。
全文摘要
一種全反射光學(xué)拼接相機的能量補償與色差消除方法，處理步驟包括首先，計算實驗室定標(biāo)圖像的有效灰度均值以及能量損失區(qū)域每個探測器的列均值，并擬合每個探測器的第一次能量補償系數(shù)；其次，選取大量在軌影像數(shù)據(jù)，分別統(tǒng)計能量損失區(qū)域附近正常區(qū)域的直方圖以及能量損失區(qū)域每列圖像第一次補償后的直方圖，建立每個能量損失區(qū)域每個探測器的直方圖查找表；最后，基于影像數(shù)據(jù)重疊區(qū)域的灰度信息自適應(yīng)去除片間色差。本發(fā)明的技術(shù)方案能夠解決全反射光學(xué)拼接相機搭接區(qū)的能量損失問題，充分利用衛(wèi)星發(fā)射前的相機實驗室定標(biāo)數(shù)據(jù)和衛(wèi)星發(fā)射后的大量在軌圖像數(shù)據(jù)，確保光學(xué)拼接區(qū)域的能量得到有效補償。
文檔編號G01C25/00GK102937454SQ201210454018
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者李海超, 張曉 , 郝勝勇, 付興科, 馬靈霞, 胡沅, 姚樂樂 申請人:航天恒星科技有限公司