一种日盲紫外遥感相机绝对辐射定标系数在轨修正方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种日盲紫外遥感相机绝对福射定标系数在轨修正方法，属于航天光 学遥感技术领域。
【背景技术】
[0002] 从20世纪70年代起，美国先后反射了用于紫外谱段大气遥感探测的 0G0-4 (1976)、S3-4 (1978)、DE-1 (1981)、VIKING(1986)、PolarBEAR(1986)、AURA(2004)， 该些紫外探测器大都采用测量紫外恒星进行在轨绝对福射定标，如《Calibrationofthe VikingAuroralImagerUsingUltravioletStars》、《SatelliteObservationswiththe VUPIInstrument》等文中提到采用单点绝对福射定标法，该定标方法存在两个问题；首先， 通过对恒星点目标成像确定相机响应与恒星福射通量密度间的比例系数，使用该种方法进 行福射定标假设相机响应特性曲线满足比例关系y=k?X，即认为相机绝对福射定标方程 偏移量为0,假设不成立时会带来较大的福射定标误差；其次，由于紫外恒星福射定标属于 点定标，由于相机系统点扩散函数PSF的影响，点目标在像面上成像为一个弥散斑，弥散斑 的大小与目标自身对系统的张角和PSF都相关，弥散斑总福亮度统计必然引入误差。
【发明内容】
[0003] 本发明解决的技术问题是；克服现有技术的不足，提出一种日盲紫外遥感相机绝 对福射定标系数在轨修正方法，将根据实验室绝对福射定标方程反演的入瞳福亮度与根据 相机成像模式和福射传输理论模型计算的背景福亮度进行线性回归分析，实现对地面福射 定标方程系数的修正。
[0004] 本发明的技术方案是：一种日盲紫外相机绝对福射定标系数在轨修正方法，步骤 如下：
[0005] (1)实验室福射定标，获得绝对福射定标方程和非均匀校正系数；
[0006] 11)相机绝对福射定标
[0007] 调节相机光源福亮度由小变大依次为Li，L2……Lw(Li<L2<……<Lw)，对应的相机输 出平均响应依次为尽吃……巧<K<……<K)，得到一组实验室定标点序列，采用 最小二乘法线性拟合得到：
[000引
[0009] 其中K和C为拟合系数，将相机输出平均响应吁，^……^^，依次代入上述方程计算 福亮度L值，并计算该相机平均响应下定标残差：
[0010]
[ocm] 依次检查每一点定标残差是否满足Ie,|巧％，若不满足，则从定标点中剔除该定 标点，否则保留该定标点，保留的定标点组成新的定标点序列，如果本次检查中出现剔除定 标点，则对新的定标点序列重复最小二乘线性拟合与检查定标残差，直至本次检查中未出 现剔除定标点，则本次最小二乘法线性拟合得到的方程为相机绝对福射定标方程：
[0012]
[001引拟合系数K和C为相机绝对福射定标系数，分别表示增益和偏置，为定标点序 列最小平均响应，言。、为定标点序列最大平均响应，己。，吃。J为相机线性响应范围；
[0014] 12)像元绝对福射定标
[0015] 根据相机绝对福射定标方法，对相机进行逐像元绝对福射定标，得到相机各像元 绝对福射定标方程为：
[00WL=k^Vu+Cu;
[0017] 其中vu表示像元（i，如的响应，kU和CU表示像元（i，如的增益和偏置；
[001引 1扣非均匀性校正
[0019] 非均匀校正系数计算公式为：
[0022] 其中Gu和QU为非均匀校正系数，即非均匀校正增益和非均匀校正偏移；
[0023] (2)获取相机在轨成像参数，包括成像模式、成像时间Ti、卫星轨道根数 (a，e，i，Q，w，M。）和在轨图像；
[0024] (3)判断相机在轨成像模式是否为星下点成像，若满足，则进入步骤（4)，否则跳 回步骤（2)重新获取新的相机在轨成像参数；
[0025] (4)根据成像时间Ti和卫星轨道根数（a,e，i，Q，《，M。）计算获得卫星星下点地 理绅度特；
[0026] 妨判断T府刻卫星是否位于中绅度地区，判据为：
[0027]
[002引若满足判据条件，则进入步骤化），否则跳回步骤（2)重新获取新的相机在轨成像 参数；
[0029]做计算获得T府刻卫星星下点太阳高度角hS
[0030]
[00川其中，5康示太阳赤绅，d)表示为星下点绅度，W为太阳时角；
[003引（7)判断T府刻卫星是否满足光照条件，判据为：
[0033] h,>20° ；
[0034] 若满足判据条件，则进入步骤巧），否则跳回步骤（2)重新获取新的相机在轨成像 参数；
[003引 做根据Ti时刻卫星星下点绅度奶、星下点太阳高度角心计算获得相机入瞳福 亮度马。；
[0036] (9)对在轨图像进行相对非均匀校正，校正公式为：
[0037] V,j=G,jXv,j+Q,j；
[003引 Vu为在轨图像校正前的响应值，VU为在轨图像校正后的响应值；
[0039] (10)根据相机地面分辨率aXb，计算获得可用于背景福亮度反演的最大定标区 域行数N。和列数Nb;
[0042] 其中[?]表示取整；W非均匀校正后的在轨图像中屯、像素为中屯、，截取大小为 Nr"XNe"i的矩形区域，Nr"、N加为正整数，取值范围分别是NNa和N。。1《Nb，计算获得 截取定标区域内图像平均灰度值;
[0043] (11)判断图像平均灰度值是否位于响应线性范围，判据为；
[0044]
[0045] 若满足判据条件，则根据相机绝对福射定标系数K和C，反演入瞳福亮度 C . CHlihi'dXKn?
[0046]
[0047] 否则跳回步骤（2)重新获取新的相机在轨成像参数；
[0048] (。）改变观测时刻依次为Ti，T2,…Tm，m为大于2的正整数，按照步骤做~步骤 (8)计算相机入瞳福亮度序列…，根据相机对应的绝对福射定标系数和图像 平均响应喊/"獻,…破，（<庇.，< 1言，），按照步骤（9)~步骤（U)反演入瞳福 亮度序列^"calihration*^~^calibration 任山/，rwi。。，采用最小二乘法线性拟合得到一元线性回归方 程系数K"bit与C"bit;
[0049] L〇rbit-K〇rbitLcalibration~*~C〇rbit；
[0050] (1扣利用步骤求得的一元线性回归方程系数对步骤（1)得到的相机绝对福 射定标方程进行修正，得到修正后的绝对福射定标方程为：
[0051] L=K〇rbitKV+K〇rbitC+C〇rbit;
[00巧其中K"MtK为增益，K"MtC+C由为偏置。
[0化3] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0054] (1)现有国外日盲紫外遥感相机基于紫外恒星的单点在轨绝对福射定标方法存在 W下缺陷：
[0055]a)单点法只能确定增益值，如果在整个动态范围内相机响应存在偏置量，则单点 法福射定标精度无法保证；
[0056]b)紫外恒星为点目标，由于相机系统点扩散函数PSF的影响，点目标在像面上成 像为一个弥散斑，弥散斑的大小与目标自身对系统的张角和PSF都相关，弥散斑总福亮度 才能够表征恒星紫外福射特性，总福亮度的统计必然引入误差；
[0057] 本发明克服现有日盲紫外遥感相机在轨绝对福射定标的W上缺陷，首次提出一种 约束条件下基于大气背景观测的通用日盲紫外谱段相机在轨绝对福射定标方程系数修正 方法；
[0化引（2)本发明基于日盲紫外谱段大气背景福射特性，采用交叉福射定标的思想，在满 足成像模式、成像地区、光照条件观测约束条件下，大气福射传输模型计算结果可作为真实 背景福亮度，在轨绝对福射定标方程系数修正只依赖于实验室绝对福射定标结果和相机在 轨大气背景图像，既易于方法在工程中的实施推广，也可W满足遥感相机高频次在轨定标 要求；
[0059] (3)本发明成果可W为国内日盲谱段遥感器在轨绝对福射定标提供技术参考。
【附图说明】
[0060] 图1为太阳高度角24。时LOWTRAN7模型计算和S3-4卫星紫外相机在轨实测的 日盲紫外背景福亮度对比图，横坐标表示波长，纵坐标表示光谱福亮度，图中实线为模型计 算光谱福亮度，虚线为在轨实测光谱福亮度；
[0061] 图2为本发明方法流程图。
【具体实施方式】
[0062] 日盲紫外大气背景福射特点分析如下：
[0063] 1)美国CIPS日盲紫外成像探测器在轨实测结果表明；大气背景日盲紫外福射具 有空间分布均匀的特点，星下点50kmX50km范围内大气背景福亮度变化小于5%〇 ;
[0064] 2)日盲紫外谱段大气背景福亮度的理论计算模型与天基紫外相机测量对比结果 表明：日盲紫外波段在轨大气背景福射测量结果与大气福射传输模型LOWTRAN理论计算模 型一致性很高，图1所示为太阳高度角24°时LOWTRAN7模型计算和S3-4卫星紫外相机 在轨实测的日盲紫外背景福亮度对比图，横坐标表示波长，纵坐标表示光谱福亮度，其中实 线为模型计算值，虚线为在轨实测值。一致性要求紫外相机在轨测量满足W下=个观测条 件：
[0065] i.探测器观测方式为星下点成像；
[0066] ii.星下点太阳高度角大于20度；
[0067] iii.星下点区域地理绅度是中绅度地区；
[0068] 3)利用LOWTRAN仿真计算日盲紫外谱段大气背景福亮度结果表明；星下点大气背 景福亮度只与太阳天顶角、星下点季节、地理位置有关，与地物反射率、能见度、云雨条件等 其他大气条件无关。
[0069] 基于W上分析结果，提出一种日盲紫外遥感相机绝对福射定标系数在轨修正方 法：在一定的相机观测条件约束下，将福射传输软件计算大气背景福射作为在轨真实测量 值，与根据实验室定标方程反演的福亮度值进行线性回归分析，修正实验室绝对福射定标 方程系数，如图1所示：
[0070] (1)实验室福射定标，获得绝对福射定标方程和非均匀校正系数；
[0071] 11)绝对福射定标
[007引设置相机工作参数，调节相机光源福亮度由小变大依次为Li，L2……Lw(Li<L2<…… <U，对应的相机输出平均响应依次为吃^……(吁 < 吃 < ……<F；-)，得到一组实验 室定标点序列，采用最小二乘法线性拟合得到：
[007引 Z=ZF+f巧 <F<K);
[0074] 其中K和C为拟合系数，将相机输出平均响应.r^，……F： /依次代入W上方程计 算福亮度L值，并计算该相机平均响应下定标残差：
[0075]
[0076] 考虑相机低端和高端的非线性响应特性，为了保证实验室福射定标精度，采取W 下方法进行非线性定标点剔除，剔除的定标点对应福亮度可W在其他相机工作参数下进行