多光谱相机像面装调方法与流程

文档序号:11589156

本发明涉及光谱成像技术领域,尤其涉及一种多光谱相机像面装调方法。



背景技术:

随着科学技术的不断发展,航空遥感技术已经被广泛应用于农业、测绘、海洋探测和军事侦察等诸多领域,它正逐渐成为人们获取各种空间信息、发现和识别目标最重要手段之一。利用搭载在飞机上的遥感仪器进行对地观测,具有快速、灵活、机动性高的优点。对于遥感对地观测来说,提高对目标的探测能力不仅仅依赖空间分辨率的提高,还依赖相机覆盖的波段范围及波段数。显然这就涉及到光谱成像技术,通过获得地物几个或更多波段的光谱信息,实现目标空间信息、辐射信息、光谱信息的同步获取,能够提高对目标特性的综合探测感知与识别,极大地扩展了遥感探测技术的目标分辨、监测能力。

多光谱成像技术是上世纪60年代初期出现的一种遥感技术,其波段范围及波段数的选择与应用目标直接相关,通过对特定谱段信息和全色信息的获取,对揭示目标的各种物化性质、提高目标识别能力具有重要意义。而获取的图像质量的好坏、能否满足用户的要求,这是多光谱相机成功与否的关键。在该类仪器的研制任务中,尤其是装调环节中,其成像质量的检测是仪器能否正常工作的重要步骤。随着经验的积累,在新的仪器系统装调时实时对其性能进行检测,从而指导的相关环节的调整,已经成为光谱遥感系统工程化实施的重要内容。传统的光机系统装调过程中,对于镜头系统像质的检测、判断,除了利用人眼对于相关鉴别率板图像的判读,还可以利用传函仪给出相机光学系统的调制传递函数曲线这样一个定量化的结果作为参考。然而面对整机装调过程中探测器的调整,关系到最终像面的位置,直接影响最终仪器的像质,却只能利用人眼对于相关鉴别率板图像的判读这种定性化的方法,完全依赖于各人经验,因人而异。尤其是在极近距离调整靶面位置时,通过观察已经很难判别靶标像质优劣,存在很大不足。



技术实现要素:

本发明的目的是提供一种多光谱相机像面装调方法,克服了传统方法依赖经验以及近距离调整难以判读的情况,能很好的满足遥感仪器装调过程中的应用需求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的:

一种多光谱相机像面装调方法,包括:

将鉴别率靶标放置于平行光管焦面位置,采用均匀的辐射源照亮鉴别率靶标;

将多光谱相机连接上信号采集处理系统后,放置于平行光管前,通过调整多光谱相机光轴与平行光管光轴的角度,使得鉴别率靶标图像落入像面上当前的检测谱段;

前后调整鉴别率靶标的位置,根据鉴别率靶标图像的变化,确定对应实际像面位置靶标应该调整的方向;

调整实际像面位置靶标至能够判读的最清楚位置,并利用信号采集处理系统采集此时的鉴别率靶标图像;同时,在焦面位置公差尺度范围内,前后调整实际像面位置靶标的位置,并采集对应的鉴别率靶标图像;

提取各位置鉴别率靶标图像的边缘图像,生成边缘响应,并对其求导,再做傅里叶变换即可得到对应的调制传递函数曲线MTF;

利用MTF来确定当前的检测谱段的最优像面位置;

重复上述步骤,获得所有检测谱段的最优像面位置,从而对多光谱相机装调靶面位置进行调整。

辐射源、鉴别率靶标、平行光管以及多光谱相机均放置于光学隔振平台上。

平行光管口径有效通光口径大于多光谱相机的有效通光口径。

生成边缘响应包括:

多次测量同一位置的边缘响应,将各次边缘响应进行对齐后平均,生成所需的边缘响应;

同时,对于每一次测量的边缘响应均需要去除背景影响:通过遮挡辐射源,对背景响应进行单独测量,然后从边缘响应中去除。

所得到的MTF包括多光谱相机当前的检测谱段、平行光管、信号采集处理系统在内的各部分MTF,其关系如下:

MTFsystem=MTFcam×MTFcol×MTFdata

其中,MTFsystem为所得到的MTF,MTFcam为多光谱相机当前的检测谱段的MTF;MTFcol为平行光管的MTF;MTFdata为信号采集处理系统的MTF。

由上述本发明提供的技术方案可以看出,针对传统的整机装调,尤其是探测器位置的调整,依赖人眼对鉴别率板图像的判读,缺乏定量化的方法作为像质检测的评价的缺点;根据滤光片阵列式多光谱相机,提出了一种提取鉴别率板靶标图像边缘,通过数字处理得到MTF曲线,作为整机系统装调中像面位置调整的定量化参考;同时,本发明提出的定量化的测量,克服了传统方法在近距离调整难以判读的缺点,能很好的满足遥感仪器装调过程中的应用需求;而且,整个方法完全利用的是传统探测器装调过程的环境条件,仅添加了数字处理获取MTF的环节,不需要额外添加测试仪器,整个方法简单、易行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域的普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的基于边缘响应计算MTF原理示意图;

图2为本发明实施例提供的一种多光谱相机像面装调方法的流程图;

图3为本发明实施例提供的实现多光谱相机像面装调方法所涉及的仪器结构示意图;

图4为本发明实施例提供的滤光片阵列式多光谱相机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明的保护范围。

传统的整机装调,尤其是探测器位置的调整,依赖人眼对鉴别率板图像的判读,缺乏定量化的方法作为像质检测的评价。因此,为了满足日益高涨的遥感应用需求,针对一种滤光片阵列式多光谱相机,本发明提出了一种提取鉴别率板靶标图像边缘,通过数字处理得MTF曲线,作为整机系统装调靶面位置调整的参考。这种方法利用的是边缘响应(ESF)与调制传递函数(MTF)的对应关系,如图1所示,其中LSF为线扩散函数。本发明的方案结合传统鉴别率图像判断的方法,能够给出一个定量化的结果,克服了传统方法依赖经验以及近距离调整难以判读的情况,能很好的满足遥感仪器装调过程中的应用需求。

下面结合附图2对该方法做详细介绍,如图2所示,为一种多光谱相机像面装调方法的流程图,其主要包括如下步骤:

步骤11、将鉴别率靶标放置于平行光管焦面位置,采用均匀的辐射源照亮鉴别率靶标。

本发明实施例中,辐射源类型随多光谱相机工作谱段变化。对于工作在可见光到近红外的仪器,辐射源一般采用卤钨灯照明的积分球光源。检测时,在确保多光谱相机工作在线性区域的前提下,调高辐射源强度,以便提高信噪比。

步骤12、将多光谱相机连接上信号采集处理系统后,放置于平行光管前,通过调整多光谱相机光轴与平行光管光轴的角度,使得鉴别率靶标图像落入像面上当前的检测谱段。

本发明实施例中,平行光管口径有效通光口径大于多光谱相机的有效通光口径,以降低其衍射对多光谱相机的影响。检查测试设备,确保都处于良好的工作状态。观察多光谱相机所成的像,通过调整多光谱相机光轴与平行光管光轴的角度,使得鉴别率靶标图像落入像面上对应的需要检测的谱段。

本方案所涉及的仪器之间的结构如图3所示,其中,1-辐射源,2-鉴别率靶标(平行光管自带),3-平行光管,4-多光谱相机,5-信号采集处理系统。另外,为了减小振动的影响,辐射源1、鉴别率靶标2、平行光管3以及多光谱相机4均放置于光学隔振平台6上。

步骤13、前后调整鉴别率靶标的位置,根据鉴别率靶标图像的变化,确定对应实际像面位置靶标应该调整的方向。

步骤14、调整实际像面位置靶标至能够判读的最清楚位置,并利用信号采集处理系统采集此时的鉴别率靶标图像;同时,在焦面位置公差尺度范围内,前后调整实际像面位置靶标的位置,并采集对应的鉴别率靶标图像。

步骤15、提取各位置鉴别率靶标图像的边缘图像,生成边缘响应,并对其求导,再做傅里叶变换即可得到对应的调制传递函数曲线MTF。

测得的边缘响应会受到背景、噪声以及抖动等因素的影响,如果不对其进行处理,会影响MTF测试结果。

因此,为了去除抖动的影响,通过多次测量同一位置的边缘响应,将各次边缘响应进行对齐后平均,生成所需的边缘响应;再进行求导与傅里叶变换。

同时,对于每一次测量的边缘响应均需要去除背景影响:通过遮挡辐射源,对背景响应进行单独测量,然后从边缘响应中去除。

步骤16、利用MTF来确定当前的检测谱段的最优像面位置。

所得到的MTF包括多光谱相机当前的检测谱段、平行光管、信号采集处理系统在内的各部分MTF,其关系如下:

MTFsystem=MTFcam×MTFcol×MTFdata

其中,MTFsystem为所得到的MTF,MTFcam为多光谱相机当前的检测谱段的MTF;MTFcol为平行光管的MTF;MTFdata为信号采集处理系统的MTF。

由于是进行相对测量,只需要比较在不同位置时的MTF大小,可以判断最佳像面位置即可,而在这个过程中平行光管和信号采集处理系统的MTF可以认为不变。显然,结合获取的MTF曲线的情况,可以判断一个最优的像面位置。

步骤17、重复上述步骤,获得所有检测谱段的最优像面位置,从而对多光谱相机装调靶面位置进行调整。

对于其他的检测谱段,只需要执行步骤12,来调整多光谱相机光轴与平行光管光轴的角度,使得鉴别率靶标图像落入像面上对应的检测谱段,再执行步骤12~步骤16,即可获得对应的检测谱段的最优像面位置。根据获取的像面位置数据,权衡各谱段的结果,修切探测器隔圈。

本领域技术人员可以理解,探测器隔圈位于镜头和探测器之间,根据上述方法得到最优像面位置,进而得到相机理想像面的偏移量,然后可以通过修切探测隔圈的厚度来保证最优像面位置。

本领域技术人员可以理解,文中所述的多光谱相机的结构、种类没有限制,例如,可以为图4所示的滤光片阵列式多光谱相机。图4中,7-成像物镜,8-滤光片阵列,9-面阵探测器。其原理如如下:成像物镜7实现对目标成像的功能,滤光片阵列8位于面阵探测器9前,实现对目标光谱的视场分割;面阵探测器9通过光电效应获取和记录数字信息;整个多光谱相机可以看作在传统的相机系统中加入了一个滤光片阵列8,放置在面阵探测器9靶面前。在滤光片阵列8上沿着垂直于飞行的方向镀制多个不同谱段的滤光膜,每个条带滤光膜只能通过相应谱段的图像,面阵探测器的若干行像元对应一个光谱带,则整个面阵探测器9对应若干光谱带。显然,不同视场经过各个条带滤光膜滤波,在面阵探测器上获取的是相应视场的不同光谱信息,每次拍照获得某一区域目标的二维空间信息和不同视场对应不同的光谱信息。通过平台飞行推扫,边缘视场移动至面阵探测器的像面中心,再次曝光将获取该目标的另外一个谱段信息,从而获得目标的完整数据。

本发明与现有技术相比的优点在于:

1)针对传统的整机装调,尤其是探测器位置的调整,依赖人眼对鉴别率板图像的判读,缺乏定量化的方法作为像质检测的评价的缺点。根据滤光片阵列式多光谱相机,提出了一种提取鉴别率板靶标图像边缘,通过数字处理得到MTF曲线,作为整机系统装调中像面位置调整的定量化参考。

2)本发明提出的定量化的测量,克服了传统方法在近距离调整难以判读的缺点,能很好的满足遥感仪器装调过程中的应用需求;而且,整个方法完全利用的是传统探测器装调过程的环境条件,仅添加了数字处理获取MTF的环节,不需要额外添加测试仪器,整个方法简单、易行。

以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

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