专利名称：一种空间相机在轨辐射响应非均匀性校正方法
技术领域：
本发明属于空间相机在轨图像处理技术领域，特别涉及一种空间相机在轨辐射响应非均匀性校正方法。
背景技术：
空间相机成像系统主要由成像控制器、时序驱动器、探測器(TDI-C⑶)、光机系统、预放电路和视频信号处理电路六部分组成。其结构如图I所示。成像控制器采用Xilinx公司型号为XQ2VP40的FPGA芯片，主要完成TDI-CCD时序信号发生和图像数据打包功能。该芯片内部集成了 192个容量为18Kbit的BlockRam资源，可以通过调用IP核的方式，配置成RAM、ROM或FIFO，实现数据存储的功能。
探测器采用Dalsa公司定制的可见光TDI-CXD，横向由4096个像素组成，纵向由96个像素组成。横向4096个像素通过8个CXD管脚同时输出，每个管脚输出512个像素；纵向积分级数8、16、32、48、72、96可调。为了增大空间相机地面覆盖宽度，焦平面组件由5片TDI-CXD拼接而成，每片TDI-CXD对应ー个成像通路。视频信号处理电路采用了集成化视频处理器XRD98L59，完成CXD信号的IObit量化。由于CXD探測器、光机系统以及成像电子学系统的个体差异性，空间相机辐射响应特性存在着一定的非均匀性，影响图像质量，因此需要对辐射响应的非均匀性进行校正。传统的非均匀性校正方法有两种第一种是通过调整成像电子学系统预放电路的反馈电阻阻值(改变放大倍数)，实现辐射响应通道级非均匀性校正；第二种是通过地面软件根据定标数据实现辐射响应像元级非均匀性校正。实际研制过程中，由于空间相机装调的复杂性以及电装エ艺的限制，第一种校正方法的实施受到限制，很难校正到理想效果，同时增大了设计更改的成本；第二种校正方法则降低了空间相机图像判读的实时性。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种空间相机在轨辐射响应非均匀性校正方法，该方法解决了效果难校正，成本大的问题，同时，判读实时性的问题也得到了改善。本发明解决技术问题所采用的技术方案如下一种空间相机在轨辐射响应非均匀性校正方法，其特征在于，该方法包括如下步骤步骤ー在暗场条件下定标室进行成像实验设置成像条件受到轨道高度、太阳高度角和地面反射率影响下相机工作的行频和增益參数，改变TDI-C⑶积分级数8、16、32、48、72、96级，在每个积分级数下采集500行图像数据，计算出第i列像素点灰度值的平均值；步骤ニ 在均匀光入射条件下定标室进行成像实验设置成像条件受到轨道高度、太阳高度角和地面反射率影响下相机工作的行频和增益參数，改变TDI-CCD积分级数8、16、32、48、72、96级，在每个积分级数下调整积分球的亮度，使图像灰度值约为CXD饱和输出灰度值的一半并采集500行图像数据，计算出第i列像素点灰度值的平均值；步骤三通过校正公式、非均匀性校正乘系数、暗场条件下第i列像素点灰度值的平均值、均匀光入射条件下第i列像素点灰度值的平均值和第i个像素点实际的量化值，在均匀光入射条件下，图像校正后各个像素点的灰度值一致；在暗场条件下，图像校正后各个像素点的灰度值基本为零；步骤四将暗场条件下第i列像素点灰度值的平均值和非均匀性校正乘系数转换为ニ进制后按积分级数和像元顺序分区初始化到ROM中，ROM地址控制単元根据图像同步控制信号和积分级数控制信号读出暗场条件下第i列像素点灰度值的平均值和非均匀性校正乘系数，图像先后经过减运算和乘运算，运算结果再进行上限判定，完成空间相机在轨辐射响应非均匀性校正的方法。
本发明的发明原理辐射响应非均匀性校正是通过定标实验得到每个像素点的实际量化值和在暗场条件下的量化值，对拍摄的图像按照对应的像素点进行归一化处理，使得在均匀光入射条件下，每个像素点的量化值相同。对于TDI-CCD，由于设置不同的积分级数成像时，每个像素点对应的光敏单元的个数不同，各个像素点之间光电响应不一致性关系也不同，因此，需要按照积分级数分别进行辐射响应非均匀性校正。本发明的有益效果是本发明通过空间相机成像控制器的FPGA软件设计，完成空间相机辐射响应非均匀性校正功能。FPGA软件更改的限制较少，提高了校正实施的灵活性，可以取得更优的校正效果；下行的图像可以直接进行判读，提高了空间相机图像判读的实时性。
图I本发明空间相机成像系统结构示意图。图2本发明FPGA非均匀性校正处理流程。图3本发明非均匀性校正前后的图像对比。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进ー步详细说明。由于空间相机的CXD探測器、光机系统、预放电路和视频信号处理电路均为线性系统，数字图像与输入光照度的关系可用公式I表示Di=A j XL+β i(I)式中Di :(XD第i个像素点的量化值；λ i :(XD第i个像素的光机响应系数、CXD光电响应系数、预放电路放大倍数、以及视频信号处理电路转换系数的乘积；β i =CCD第i个像素点在暗场条件下的量化值。如公式I所示，空间相机辐射响应非均匀性体现为像素点的λ i值和β i值的不同，其中包含了光机系统、CCD探測器、预放电路和视频信号处理电路的影响。在本实施例中，实现空间相机在轨辐射响应非均匀性校正的方法需要以下部件定标平台、空间相机、积分球、图像快视设备、RS-422地检设备、图像处理计算机、ISE集成开发环境和FPGA程序烧录器。步骤ー将空间相机固定在定标平台上，调整定标平台高度和角度使空间相机入瞳对准积分球开孔处。使用RS-422地检设备发送控制命令，控制空间相机进行拍摄，在暗场条件下，设置相机工作在典型成像条件(轨道高度400km，太阳高度角30°，地面反射率
O.4)的行频和增益參数，改变TDI-CXD积分级数8、16、32、48、72、96级，使用图像快视设备分别采集500行图像数据；在每个积分级数下，计算出第i列像素点灰度值的平均值，即为对应积分级数下公式(I)中的β i值；步骤ニ 在均匀光入射条件下定标室进行成像实验设置相机工作在典型成像条件(轨道高度400km，太阳高度角30°，地面反射率O. 4)的行频和增益參数，改变TDI-CXD积分级数8、16、32、48、72、96级，调整积分球的亮度，使图像灰度值约为CXD饱和输出灰度值的一半并使用图像快视设备采集500行图像数据；在每个积分级数下，计算出第i列像素 点灰度值的平均值，设第i列像素点灰度值的平均值为Φ ，则(Φ -β J的值可以等效为对应积分级数下公式(I)中的入”步骤三校正算法公式(2)表示
权利要求
1.一种空间相机在轨辐射响应非均匀性校正方法，其特征在于，该方法包括如下步骤 步骤ー在暗场条件下定标室进行成像实验设置成像条件受到轨道高度、太阳高度角和地面反射率影响下相机工作的行频和增益參数，改变TDI-C⑶积分级数8、16、32、48、72,96级，在每个积分级数下采集500行图像数据，计算出第i列像素点灰度值的平均值；步骤ニ 在均匀光入射条件下定标室进行成像实验设置成像条件受到轨道高度、太阳高度角和地面反射率影响下相机工作的行频和增益參数，改变TDI-C⑶积分级数8、16、32、48、72、96级，在每个积分级数下调整积分球的亮度，使图像灰度值约为CXD饱和输出灰度值的一半并采集500行图像数据，计算出第i列像素点灰度值的平均值； 步骤三通过校正公式、非均匀性校正乘系数、暗场条件下第i列像素点灰度值的平均值、均匀光入射条件下第i列像素点灰度值的平均值和第i个像素点实际的量化值，在均匀光入射条件下，图像校正后各个像素点的灰度值一致；在暗场条件下，图像校正后各个像素点的灰度值基本为零； 步骤四将暗场条件下第i列像素点灰度值的平均值和非均匀性校正乘系数转换为ニ进制后按积分级数和像元顺序分区初始化到ROM中，ROM地址控制単元根据图像同步控制信号和积分级数控制信号读出暗场条件下第i列像素点灰度值的平均值和非均匀性校正乘系数，图像先后经过减运算和乘运算，运算结果再进行上限判定，完成空间相机在轨辐射响应非均匀性校正方法。
全文摘要
一种空间相机在轨辐射响应非均匀性校正方法属于空间相机在轨图像处理技术领域，解决了效果难校正，成本大的问题，同时，判读实时性的问题也得到了改善。该方法采用两点定标校正法选取暗场灰度值点和半饱和灰度值点；在均匀光入射条件下，图像校正后各个像素点的灰度值一致；在暗场条件下，图像校正后各个像素点的灰度值基本为零，图像先后经过减运算和乘运算，运算结果再进行上限判定，完成该方法。本发明通过空间相机成像控制器的FPGA软件设计，完成空间相机辐射响应非均匀性校正功能。FPGA软件更改的限制较少，提高了校正实施的灵活性，可以取得更优的校正效果；下行的图像可以直接进行判读，提高了空间相机图像判读的实时性。
文档编号H04N5/232GK102740008SQ20121020676
公开日2012年10月17日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者刘文光, 徐抒岩, 李丙玉, 王晓东 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所