适应多通道双向输出的TDI扫描成像系统相对辐射定标方法与流程

本发明属于相对辐射定标技术领域，具体涉及一种适应多通道双向输出的TDI扫描成像系统相对辐射定标方法。

背景技术：

目前，光学遥感成像系统在军民两个方面都越来越要求具备获取大幅宽、高信噪比目标图像能力，为了获得大幅宽、高信噪比目标图像，通常采用TDI扫描成像方式。TDI扫描成像系统主要包含光学系统和光电探测器件，一方面光学系统存在渐晕，即均匀目标经过光学系统变换，使能量进行再分配，导致焦面中心处能量集中，逐渐向边缘减小，造成焦面能量分布不均匀；另一方面探测器件由于材料本征特性使得各探测像元对相同能量输入的响应特性存在差异，产生响应不均匀性；其次TDI器件数据转移速率高，器件内部常采用多通道输出结构形式满足高频数据转移，由于不同通道信号经过不同路径和不同运放导致图像产生通道方块效应。这三种因素的综合作用产生的不一致性会使得获取的图像产生很强的图案噪声，严重影响着成像质量，是制约多通道TDI扫描成像系统的一个重要且关键的因素。因此，必须对多通道TDI扫描成像系统进行相对辐射定标。

目前研究的近红外多通道双向输出的TDI扫描成像器的相对辐射定标方法，有别于红外成像系统的相对辐射定标方法。红外成像系统相对辐射定标不适用于TDI型多通道输出的近红外成像系统，主要表现在各通道间相对辐射定标效果很差，因此，对于多通道输出的TDI扫描成像系统，通道间相对辐射定标是影响图像质量最关键技术。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何克服现有技术不足，提供一种适用于多通道输出的TDI扫描成像系统的相对辐射定标方法。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种适应多通道双向输出的TDI扫描成像系统相对辐射定标方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：成像系统对准标准辐射源，调节辐射源亮度，使图像饱和，记录最大辐射亮度L_max；

步骤2：在0-L_max动态范围内，按间隔ΔL＝L_max/N，N为间隔数量，采集N+1幅图像，同时记录亮度数据L₁、L₂……L_N+1；

步骤3：对N+1幅图像计算多通道平均辐射响应数据DN₁、DN₂……DN_N+1；其中，DN＝L×c，c为探测器的光谱响应，得到探测器的亮度-平均响应数据对；

步骤4：对N+1个采集点进行线性分段，即其

中，m表示选择的划分的段；表示在该段内任意输入亮度L时，对应图像的平均灰度；a_m表示该段符合线性响应的斜率；b_m表示该段辐射线性响应的截距；

步骤5：根据步骤4中的分段结果，对每一个段进行两点相对辐射定标校正，求解出每段所有通道所有像元的相对辐射定标系数；

步骤6：记录每一段首尾图像平均灰度典型值[N_imin，N_imax]；

其中，i＝1，2，3……，表示第几段；min表示该段图像最小灰度值；max表示该段图像最大灰度值；

步骤7：飞行工作时，成像系统根据图像灰度值属于哪一段，选用相对应的相对辐射定标系数，实现多通道扫描图像校正。

其中，所述步骤1中的标准辐射源为太阳模拟器。

其中，所述步骤4中分段按照依据：

从前3个采集数据开始按最小二乘法拟合线性曲线，使拟合曲线与采样点间的偏差的平方和为最小为约束条件来选择a_m、b_m系数；

如果前3个采集数据符合精度控制约束条件，则拟合前4个数据是否符合精度控制约束条件，然后逐点增加直到第i+1个数据满足精度控制约束条件，则取前i个数据作为第1段；

再取第i个到第i+2个这3个数据按照精度控制约束条件拟合曲线，……直到不满足精度控制约束条件为止确定第2段；

按照同样方法在辐射全动态范围内划分相对辐射定标校正段。

其中，所述步骤4中分段精度按1％控制。

(三)有益效果

与现有技术相比较，本发明解决了多通道TDI扫描成像系统相对辐射定标问题，不仅可控制单通道内的相对辐射定标精度，而且可校正各通道间相对辐射定标精度。

附图说明

图1为多通道TDI扫描成像系统根据辐射全动态范围内响应绘制的分段线性拟合曲线示意图。

图2为多通道TDI扫描成像系统输出的原始图像示意图。

图3为多通道TDI扫描成像系统扫描图像根据1％分段精度控制后，再进行两点相对辐射定标后的图像示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决上述技术问题，本发明提供一种适应多通道双向输出的TDI扫描成像系统相对辐射定标方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：成像系统对准标准辐射源(太阳模拟器)，调节辐射源亮度，使图像饱和，记录最大辐射亮度L_max；

步骤2：在0-L_max动态范围内，按间隔ΔL＝L_max/N，N为间隔数量，采集N+1幅图像，同时记录亮度数据L₁、L₂……L_N+1；

步骤3：对N+1幅图像计算多通道平均辐射响应数据DN₁、DN₂……DN_N+1；其中，DN＝L×c，c为探测器的光谱响应，得到探测器的亮度-平均响应数据对；

步骤4：对N+1个采集点进行线性分段，即其中，m表示选择的划分的段；表示在该段内任意输入亮度L时，对应图像的平均灰度；a_m表示该段符合线性响应的斜率；b_m表示该段辐射线性响应的截距；

分段按照依据：从前3个采集数据开始按最小二乘法拟合线性曲线，使拟合曲线与采样点间的偏差的平方和为最小为约束条件来选择a_m、b_m系数；

如果前3个采集数据符合精度控制约束条件，则拟合前4个数据是否符合精度控制约束条件，然后逐点增加直到第i+1个数据满足精度控制约束条件，则取前i个数据作为第1段；

再取第i个到第i+2个这3个数据按照精度控制约束条件拟合曲线，……直到不满足精度控制约束条件为止确定第2段；

按照同样方法在辐射全动态范围内划分相对辐射定标校正段；

精度约束条件：一般相对辐射精度控制在4％时，人眼基本看不出明显的响应差异，但对于多通道TDI扫描成像系统，通道方块效应校正效果不好，经试验验证，精度按1％控制时，通道方块效应校正效果较好；

步骤5：根据步骤4中的分段结果，对每一个段进行两点相对辐射定标校正，求解出每段所有通道所有像元的相对辐射定标系数；

步骤6：记录每一段首尾图像平均灰度典型值[N_imin，N_imax]；

其中，i＝1，2，3……，表示第几段；min表示该段图像最小灰度值；max表示该段图像最大灰度值；

步骤7：飞行工作时，成像系统根据图像灰度值属于哪一段，选用相对应的相对辐射定标系数，实现多通道扫描图像校正。

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

实施例

本实施例中：

(1)步骤4的详细运算方法

设有限个数据辐射线性函数，符合

f(L_i)_m＝a_m·L_mi+b_m (1)

式中：

m—划分的段；

L_mi—m段内第i个辐射亮度；

f(L_i)_m—该段内任意输入亮度L_i时，按照公式(1)求解出的图像平均灰度；

a_m—该段符合线性响应的斜率；

b_m—该段辐射线性响应的截距；

—m段内输入辐射亮度L_i时，采集图像的平均灰度。

a_m，b_m求解如下：

设每一个采样点数据和拟合数据偏差为偏差平方和为对偏差平方和求偏导数并整理后得：

相对偏差符合性判断如下：

设偏差为UN，精度控制约束条件

(2)步骤5的系数具体计算过程

在m段内，多通道图像平均灰度响应符合线性响应，采用两点相对辐射定标算法。

和为多通道TDI扫描成像系统在m段内时，辐射亮度为L₁和L₂时所有像素的均值，DN_i(L₁)和DN_i(L₂)为第i个像元在L₁、L₂时的响应值，通过计算得到第i个像元的k_i和b_i值：

得到每个像元的k_i和b_i之后，当时，则选用m段的相对辐射校正系数，每一个像元输出为：

采用本发明的多通道TDI扫描成像系统相对辐射定标方法，首先进行辐射响应的最优化分段，然后在最优化分段条件下实现不同多通道TDI扫描成像系统相对辐射定标。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。