对ccd图像进行相对辐射校正的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及遥感技术领域，尤其涉及一种对C⑶图像进行相对辐射校正的方法。
【背景技术】
[0002] 航空光学线阵载荷的核心部件之一是CCD(Charge-coupled Device,电荷稱合元 件）阵列，包含很多个探测单元。由于制作工艺的限制，不能保证每个探测单元的参数都一 致，造成CCD阵列的各个探测单元的响应特性会存在一定的差异。对于推扫式传感器来说， 遥感图像是通过线阵CCD阵列推扫而来，由于CCD阵列各探测单元的响应特性差异，最终的 图像在整个视场内会出现亮度不均匀的现象，甚至会表现出条带噪声。
[0003] 光学遥感图像的辐射校正包括相对辐射校正和绝对辐射校正,其中：相对辐射校 正为将相对辐射定标系数作用于原始图像，消除由于探测单元的响应不一致而引起的条带 效应，使这些条带的影响降低到最小程度或彻底去除；绝对辐射校正是将绝对辐射定标系 数作用于经过相对福射校正后的图像，得到图像DN(Digital number)值代表的真实物理信 息辐亮度。
[0004] 现有的相对辐射校正方法都是在CCD相机积分时间固定的前提下来消除CCD阵列 探测单元物理特性差异而设计的。图IA为现有技术对CCD相机进行相对辐射定标的系统 组成图。请参照图1A，该方法包括：
[0005] 步骤SOl，将m级辐亮度输出的标准光源置于半积分球中，光谱辐射计和测试反射 镜放置于半积分球开口一侧，将C⑶相机的镜头正对半积分球开口中心，然后依次连接CXD 数传系统、CCD数传 SCOE和数据采集系统；
[0006] 步骤S02,初始化j=l ;
[0007] 步骤S03,调节半积分球光源的辐亮度输出为Lr同时使用光谱辐射计测量半积 分球的输出辐亮度以验证半积分球光源的均匀性，同步记录CCD相机的半积分球输出数据 ，该半积分球输出数据包含该CCD相机探测阵列每一个探测单元的输出数 据屢=
[0008] 步骤S04, j=j+l，若j彡m，则跳转到步骤S03,否则，执行步骤S05 ;
[0009] 步骤S05,利用CCD相机半积分球输出数据，逐个求解每个探测单元i的定标系数 (G ijBi), i=l-N；
[0010] 即对于每个相机探测单元，根据步骤S03记录的CCD相机半积分球输出数据，建立 由m个方程组成的线性方程组，使用最小二乘方法计算得到相对辐射校正系数，常规相对 辐射校正模型如公式（1)所示，
[0011]
【主权项】
1. 一种对CCD图像进行相对辐射校正的方法，其特征在于，对一维CCD相机推扫获得的 原始图像进行相对辐射校正，包括： 步骤A，利用积分球方法测试一维CCD相机各探测单元在不同的积分球输出辐亮度Lj、 不同积分时间Tk下辐射定标数据，其中： i=l，2，……，N，N为一维C⑶相机横向排列探测单元的个数； j=l，2, ......，m,m为积分球光源的能级数量； k=l，2......，n，n为积分时间数量； 步骤B，由所述一维CCD相机各探测单元在不同能级Lp不同积分时间Tk下辐射定标数 据，利用改进的相对辐射校正模型，计算各探测单元相对辐射校正系数；以及 步骤C，对所述原始图像中的每一个像素，利用该像素对应探测单元的相对辐射校正系 数进行辐射强度校正，进而获取相对辐射校正后的图像。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，改进的相对辐射校正模型 如下所示：
其中，
为第i个探测单元在辐亮度Lp积 分时间Tk下的原始DN值；Tk为C⑶相机的积分时间，力C⑶相机归一化积分时间，
丨即为第i个探测单元的相对辐射校正系数。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤B包括： 子步骤B1 :初始化i=l，j=l，k=l; 子步骤B2 :提取积分球输出辐亮度为h的CCD相机输出数据； 子步骤B3:计算积分球输出辐亮度为h，积分时间为的CCD相机输出数据的均值
子步骤B4 :j=j+l，若j<m，则跳转到子步骤B2,否则，执行子步骤B5 ; 子步骤B5 :将第i个探测单元输出的原始值1^4 :和CCD阵列输出数据的均值
代入改进的相对辐射校正模型，获得由mXn个方程组成的方程组：
子步骤B6 :使用最小二乘方法求解上述方程组，得到第i个探测单元的相对辐射校正 系数(〇=，…，#，4幻，将其保存为相对辐射校正系数文件；以及 子步骤B7 :i=i+l，若i<N，则跳转到子步骤B5,否则，执行子步骤B8 ; 子步骤B8 :结束。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A基于定标系统进行，该定标系 统包括：积分球、图像采集卡和控制器，其中： 所述控制器分别与所述积分球和所述CCD相机的控制信号相连，产生控制积分球输出 辐亮度和CCD相机积分时间的控制信号，与图像采集卡相连，将图像采集卡采集的数据进 行存储； 所述积分球作为相对辐射定标数据测试过程的标准辐射源，其开口中心应与所述CCD相机镜头对齐，其能级为[U，…，LJ，其中m为积分球光源的能级数量； 所述CCD相机为被测试设备，接受所述控制器的控制，把所述积分球的光信号转换为 电信号； 所述图像采集卡与所述CCD相机和所述控制器相连，负责采集所述CCD相机的输出数 据，并将其传输至控制器。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤A由所述控制器执行，包括： 子步骤A1，接收CCD相机积分时间范围及步进，计算出对应的CCD相机积分时间 ，…，TJ，其中n为需要测试的积分时间数量； 子步骤A2,初始化相机积分时间和积分球光源输出辐亮度，j=l，k=l; 子步骤A3,控制所述积分球光源输出辐亮度为Lj; 子步骤A4,控制所述CCD相机的积分时间为Tk ; 子步骤A5,所述图像采集卡记录CCD相机的输出数据，并将CCD相机输出数据 和对应的积分球光源输出辐亮度Lp积分时间Tk保存在计算机上，其中，i=l， 2,N； 子步骤A6,k=k+l，若k彡n，则跳转到子步骤A4,否则，执行子步骤A7 ; 子步骤A7,j=j+l，若j<m，则跳转到分步骤A3,否则，执行分步骤A8 ;以及 子步骤A8,结束。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括： 子步骤C1，获取原始图像； 子步骤C2,初始化行数p=l; 子步骤C3,提取第p行图像的图像数据DA^;;和积分时间Tp ; 子步骤C4,初始化列数i=l; 子步骤C5,从相对辐射校正系数文件中提取第i个探测单元的相对辐射校正系数
子步骤C6,对于图像数据中的每一个数据丨利用相对辐射校正模型和积 分时间Tp对其进行相对辐射校正：
子步骤C7,保存相对辐射校正后的数据； 子步骤C8,i=i+l，若i<N，则执行步骤C5 ;否则，执行子步骤C9 ; 子步骤C9,p=p+l，若p<M，则执行步骤C3 ;否则，执行子步骤C3 ;以及 子步骤C10,将多个相对辐射校正后的数据组合为相对辐射校正后的图像。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述原始图像为M行XN列 的航空光学线阵载荷图像，其中，N表示线阵载荷CCD的探测单元数量，M表示线阵载荷CCD 推扫的行数。
【专利摘要】本发明提供了一种对CCD图像进行相对辐射校正的方法，对一维CCD相机推扫获得的原始图像进行相对辐射校正，包括：步骤A，利用积分球方法测试一维CCD相机各探测单元在不同的积分球输出辐亮度Lj、不同积分时间Tk下辐射定标数据步骤B，由一维CCD相机各探测单元在不同能级Lj、不同积分时间Tk下辐射定标数据利用改进的相对辐射校正模型，计算各探测单元相对辐射校正系数；以及步骤C，对原始图像中的每一个像素，利用该像素对应探测单元的相对辐射校正系数进行辐射强度校正，进而获取相对辐射校正后的图像。本发明避免了在处理航空线阵CCD图像时，由于积分时间差异而产生的同一航带内部及相邻航带拼接图像出现的明显色差的问题。
【IPC分类】G06T5-00, H04N5-353, G06T7-00
【公开号】CN104580944
【申请号】CN201310470414
【发明人】李传荣, 胡坚, 周春城, 马灵玲, 蔡兴文, 唐伶俐, 李子扬
【申请人】中国科学院光电研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月10日