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視頻衛(wèi)星面陣相機(jī)在軌相對輻射定標(biāo)方法與流程

文檔序號:11459191閱讀:270來源:國知局
視頻衛(wèi)星面陣相機(jī)在軌相對輻射定標(biāo)方法與流程

本發(fā)明涉及視頻衛(wèi)星在軌相對輻射定標(biāo)方法,特別是關(guān)于采用bayer模板成像模式的視頻衛(wèi)星面陣傳感器相機(jī)的在軌相對輻射定標(biāo)方法。



背景技術(shù):

經(jīng)過30多年的發(fā)展,我國航天技術(shù)取得了巨大進(jìn)步,已形成資源、氣象、海洋、環(huán)境、國防系列等構(gòu)成的對地觀測遙感衛(wèi)星體系。特別是在“高分辨率對地觀測系統(tǒng)”國家科技重大專項建設(shè)的推動下,通過在平臺傳感器研制、多星組網(wǎng)、地面數(shù)據(jù)處理等方面的創(chuàng)新,我國遙感衛(wèi)星的空間分辨率、時間分辨率、數(shù)據(jù)質(zhì)量大幅提升,為我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、防災(zāi)減災(zāi)、資源環(huán)境、公共安全等重要領(lǐng)域提供了信息服務(wù)和決策支持。隨著遙感應(yīng)用的深入,應(yīng)用需求已從定期的靜態(tài)普查向?qū)崟r動態(tài)監(jiān)測方向發(fā)展,利用衛(wèi)星對全球熱點(diǎn)區(qū)域和目標(biāo)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測,獲取動態(tài)信息已經(jīng)成為迫切需求。由于視頻衛(wèi)星可獲得一定時間范圍內(nèi)目標(biāo)的時序影像,具備了對運(yùn)動目標(biāo)的持續(xù)監(jiān)視能力,視頻衛(wèi)星成像技術(shù)已成為遙感衛(wèi)星發(fā)展的一大熱點(diǎn)。

衛(wèi)星在發(fā)射過程受到應(yīng)力釋放的影響,在軌運(yùn)行后溫?zé)岬任锢憝h(huán)境變化劇烈,這些因素都會使衛(wèi)星傳感器成像響應(yīng)狀態(tài)發(fā)生變化,直接降低成像圖像質(zhì)量。高精度在軌相對輻射定標(biāo)是保障衛(wèi)星輻射圖像質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。視頻衛(wèi)星一般采用面陣傳感器成像,相對傳統(tǒng)線陣推掃式衛(wèi)星,同樣算法很難達(dá)到線陣推掃式衛(wèi)星傳感器輻射定標(biāo)精度;另外,視頻衛(wèi)星的動態(tài)目標(biāo)跟蹤與軌跡確定等應(yīng)用對輻射定標(biāo)精度具有很高的要求。因此,研究視頻衛(wèi)星面陣相機(jī)的輻射定標(biāo)技術(shù),解決視頻衛(wèi)星面陣傳感器探元響應(yīng)不一致性問題以及傳感器在軌響應(yīng)時變問題,提升衛(wèi)星圖像輻射質(zhì)量,實現(xiàn)視頻衛(wèi)星面陣傳感器在軌相對輻射定標(biāo),對保障視頻衛(wèi)星在動態(tài)觀測領(lǐng)域的應(yīng)用效果具有十分重要的意義。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明針對視頻成像這一新型成像衛(wèi)星,提出基于多幀序列的在軌相對輻射定標(biāo)方法及異常探元定位和補(bǔ)償方法,采用衛(wèi)星傳感器對深空成像或夜間海洋成像模式標(biāo)定傳感器暗電流誤差,采用衛(wèi)星傳感器多幀序列對特殊地物成像,實現(xiàn)bayer面陣傳感器的高精度增益定標(biāo),同時基于增益標(biāo)定系數(shù)提出bayer面陣傳感器異常探元定位及補(bǔ)償方法,實現(xiàn)視頻面陣傳感器異常探元的位置探測和補(bǔ)償處理。

為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種視頻衛(wèi)星面陣相機(jī)在軌相對輻射定標(biāo)方法,其特征在于,包括如下步驟:

步驟1,利用衛(wèi)星發(fā)射前實驗室定標(biāo)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星在軌后對深空成像數(shù)據(jù)或夜間海洋成像多幀序列圖像數(shù)據(jù),獲取暗電流定標(biāo)數(shù)據(jù),通過對暗電流數(shù)據(jù)各個探元進(jìn)行灰度平均獲取傳感器各個探元暗電流定標(biāo)結(jié)果,

其中,biasj為傳感器第j個探元暗電流定標(biāo)系數(shù),biasi,j為第i幀暗電流數(shù)據(jù)第j個探元灰度值,n為暗電流成像幀序列個數(shù),threshold為暗電流剔除閾值;

步驟2,通過衛(wèi)星對特殊均勻場景區(qū)域成像獲取視頻多幀序列圖像數(shù)據(jù),對視頻多幀序列圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行暗電流校正后,以傳感器單波段有效探元均值為相對輻射定標(biāo)基準(zhǔn),實現(xiàn)傳感器各波段探元間響應(yīng)不一致性標(biāo)定,具體實現(xiàn)過程如下,

步驟2.1,對多幀序列視頻圖像進(jìn)行暗電流校正處理,對傳感器單一探元多幀圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行平均,

步驟2.2,獲取面陣探元相對輻射定標(biāo)基準(zhǔn),

步驟2.3,獲取面陣傳感器各個探元增益系數(shù),

步驟2.4,利用相對輻射定標(biāo)后增益系數(shù)和暗電流定標(biāo)系數(shù),對視頻衛(wèi)星單幀圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行校正處理,

其中,n為單次相對輻射定標(biāo)所用幀數(shù),i為視頻幀序列圖像第i幀,j為視頻傳感器探元序號,detnums為視頻傳感器所有探元個數(shù),dni,j為第i幀第j個探元的數(shù)字量化值,即傳感器第j個探元成像在圖像上體現(xiàn)的灰度值;biasj為傳感器第j個探元暗電流定標(biāo)系數(shù),為第j個探元暗電流校正后數(shù)字量化均值,為單次相對輻射定標(biāo)基準(zhǔn),gainj為視頻傳感器第j個探元的增益系數(shù),也是傳感器探元相對輻射定標(biāo)系數(shù),為視頻圖像第i幀第j個探元校正后數(shù)字量化值。

而且,還包括步驟3,通過對增益定標(biāo)后的增益系數(shù)進(jìn)行閾值分析,實現(xiàn)傳感器異常探元的定位,根據(jù)異常探元索引位置建立視頻衛(wèi)星面陣傳感器異常探元位置文件,在對視頻衛(wèi)星單幀圖像進(jìn)行相對輻射校正處理時采用加權(quán)插值的方法實現(xiàn)異常探元補(bǔ)償處理。

而且,步驟3所述的異常探元補(bǔ)償處理,實現(xiàn)方式如下,

對bayer模板成像傳感器紅色波段和藍(lán)色波段處理方式如下,

當(dāng)異常探元位于第一列時,采用插值公式,

式中紅色波段m=0,藍(lán)色波段m=1;

當(dāng)異常探元位于第一行時(單獨(dú)針對紅色波段或藍(lán)色波段而言,角點(diǎn)除外),采用插值公式,

式中紅色波段n=0,藍(lán)色波段n=1;

當(dāng)異常探元位于最后一列時(單獨(dú)針對紅色波段或藍(lán)色波段而言,角點(diǎn)除外),采用插值公式,

式中紅色波段m=m-2,藍(lán)色波段m=m-1;

當(dāng)異常探元位于最后一行時(單獨(dú)針對紅色波段或藍(lán)色波段而言,角點(diǎn)除外),采用插值公式,

式中紅色波段n=n-2,藍(lán)色波段n=n-1;

當(dāng)異常探元位不在圖像邊緣時,按下式插值處理,

對bayer模板成像傳感器綠色波段按以下插值方式處理:

當(dāng)異常探元位于第一列時(角點(diǎn)除外),采用插值公式,

當(dāng)異常探元位于第一行時(角點(diǎn)除外),采用插值公式,

當(dāng)異常探元位于最后一列時(角點(diǎn)除外),采用插值公式,

當(dāng)異常探元位于最后一行時(角點(diǎn)除外),采用插值公式,

當(dāng)異常探元位不在圖像邊緣時,采用插值公式,

上述式中,n為影像行數(shù),m為影像列數(shù),(n,m)為視頻單幀圖像數(shù)字量化值索引下標(biāo),dnn,m為視頻單幀序列圖像第n行第m列圖像數(shù)字量化值。

當(dāng)異常探元位于視頻傳感器四個角點(diǎn)時,采用臨近的兩個或三個像素按距離加權(quán)插值;

當(dāng)存在兩個異常探元相鄰時,將上述插值公式根據(jù)距離進(jìn)行加權(quán)處理;

當(dāng)存在三個以上異常探元相鄰,則不做處理。

而且,所述的有效探元是指除壞探元、高亮探元、死探元之外的探元。

與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明是的優(yōu)點(diǎn):

1、直接對bayer模板定標(biāo),消除了不同bayer插值算法對相對輻射定標(biāo)精度的隨機(jī)性影響,提高了相對輻射定標(biāo)精度。

2、采用對深空成像或夜間海洋成像的方式標(biāo)定傳感器暗電流,解決了衛(wèi)星無星上定標(biāo)設(shè)備時無法在軌對暗電流定標(biāo)的問題。

3、利用視頻衛(wèi)星傳感器多幀序列對特殊地物成像,可實現(xiàn)高頻次的在軌相對輻射定標(biāo)。

4、本發(fā)明針對視頻衛(wèi)星傳感器bayer模板成像模式,采用異常探元定位及補(bǔ)償方法,克服傳感器探元在軌多變無法實時補(bǔ)償異常探元的問題。

基于以上優(yōu)點(diǎn),本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于視頻衛(wèi)星面陣相機(jī)的在軌相對輻射定標(biāo)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例的流程圖。

圖2是本發(fā)明實施例中衛(wèi)星bayer模板示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。

圖1為本發(fā)明實施例的流程圖,首先采用衛(wèi)星傳感器對深空成像或夜間海洋成像模式標(biāo)定傳感器暗電流誤差,然后采用衛(wèi)星傳感器多幀序列對特殊地物成像,實現(xiàn)bayer面陣傳感器的高精度增益定標(biāo),最后基于增益標(biāo)定系數(shù)利用bayer面陣傳感器對異常探元進(jìn)行定位及補(bǔ)償,實現(xiàn)異常探元的位置探測和補(bǔ)償處理。

步驟1,暗電流定標(biāo):視頻衛(wèi)星發(fā)射后由于其所處空間環(huán)境的變化如溫度、物理震動等,以及傳感器探元本身響應(yīng)狀態(tài)衰減,導(dǎo)致衛(wèi)星傳感器探元響應(yīng)發(fā)生變化,造成衛(wèi)星發(fā)射前實驗室定標(biāo)系數(shù)無法使用,必須進(jìn)行在軌相對輻射定標(biāo)。本發(fā)明實施例中視頻衛(wèi)星暗電流標(biāo)定采用衛(wèi)星對深空多幀成像或夜間海洋多幀成像的方式獲取暗電流定標(biāo)數(shù)據(jù)(這里的多幀一般指幾十幀到幾百幀視頻單幀圖像),通過對暗電流數(shù)據(jù)各個探元進(jìn)行灰度平均獲取傳感器各個探元暗電流定標(biāo)結(jié)果。實現(xiàn)方式如下:

利用衛(wèi)星發(fā)射前實驗室定標(biāo)數(shù)據(jù)、衛(wèi)星在軌后對深空成像數(shù)據(jù)或夜間海洋成像多幀序列圖像數(shù)據(jù),按下式標(biāo)定傳感器各個探元暗電流:

其中,biasj為傳感器第j個探元暗電流定標(biāo)系數(shù);biasi,j為第i幀暗電流數(shù)據(jù)第j個探元灰度值;n為暗電流成像幀序列個數(shù);threshold為暗電流剔除閾值,剔除閾值一般取5左右,具體實施時,本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實際需要選取剔除閾值,以實現(xiàn)剔除粗差點(diǎn)的目的。根據(jù)式(1),剔除粗差點(diǎn)可獲得各探元暗電流定標(biāo)系數(shù)。

步驟2,增益標(biāo)定:本發(fā)明通過衛(wèi)星對特殊均勻場景區(qū)域(如南北極深對流云,均勻海洋,雪,沙漠等特殊均勻地物場景)成像獲取視頻多幀序列圖像數(shù)據(jù),對視頻多幀序列圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行暗電流校正后,以傳感器單波段有效探元(除異常探元外)均值為相對輻射定標(biāo)基準(zhǔn),實現(xiàn)傳感器各波段探元間響應(yīng)不一致性標(biāo)定。具體包括如下步驟:

步驟2.1,對多幀序列視頻圖像進(jìn)行暗電流校正處理,對傳感器單一探元多幀圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行平均,如下式;

步驟2.2,基于下式獲取面陣探元相對輻射定標(biāo)基準(zhǔn);

步驟2.3,根據(jù)下式獲取面陣傳感器各個探元增益系數(shù);

其中,n為單次相對輻射定標(biāo)所用幀數(shù),i為視頻幀序列圖像第i幀,j為視頻傳感器探元序號,detnums為視頻傳感器所有探元個數(shù),dni,j為第i幀第j個探元的數(shù)字量化值,即傳感器第j個探元成像在圖像上體現(xiàn)的灰度值;biasj為傳感器第j個探元暗電流定標(biāo)系數(shù),為第j個探元暗電流校正后數(shù)字量化均值,為單次相對輻射定標(biāo)基準(zhǔn),gainj為視頻傳感器第j個探元的增益系數(shù),亦即傳感器探元相對輻射定標(biāo)系數(shù)。

需要注意的是,視頻衛(wèi)星采用bayer模板方式成像,即通過單一波段成像插值獲取其他兩個波段成像信息;由于不同的bayer插值算法獲得的圖像質(zhì)量不盡相同,因此,視頻衛(wèi)星相對輻射定標(biāo)不能采用bayer插值之后的圖像進(jìn)行定標(biāo),必須采用bayer模板對原始圖像進(jìn)行定標(biāo)。

步驟2.4,利用相對輻射定標(biāo)后增益系數(shù)和暗電流定標(biāo)系數(shù),以下式對視頻衛(wèi)星單幀圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行校正處理;

式中,為視頻圖像第i幀第j個探元校正后數(shù)字量化值。

步驟3,傳感器異常探元定位及補(bǔ)償:通過對增益定標(biāo)后的增益系數(shù)進(jìn)行閾值分析,實現(xiàn)傳感器異常探元的定位,根據(jù)異常探元索引位置建立視頻衛(wèi)星面陣傳感器異常探元位置文件,在對視頻衛(wèi)星單幀圖像進(jìn)行相對輻射校正處理時采用加權(quán)插值的方法實現(xiàn)異常探元補(bǔ)償處理,具體包括如下步驟:

步驟3.1,視頻衛(wèi)星傳感器由于在軌后空間環(huán)境的變化以及本身探元響應(yīng)衰減,引起視頻傳感器某些探元響應(yīng)異常,這些異常探元通??煞譃槿悾簤奶皆?、高亮探元、死探元。壞探元的灰度響應(yīng)一般不為0,其灰度值相比其他探元正常響應(yīng)較低;高亮探元響應(yīng)度過高,無論入瞳輻亮度多大,其響應(yīng)總是過高或飽和,在圖像中體現(xiàn)為高亮;死探元無論入瞳輻亮度多大,該探元總是沒有響應(yīng),其灰度值極低。

步驟3.2,通過視頻衛(wèi)星在軌相對輻射定標(biāo)后的增益校正系數(shù)分析發(fā)現(xiàn),視頻面陣傳感器各探元的增益系數(shù)分布于1.0左右,但存在極少數(shù)探元增益系數(shù)過大或過小的情況,因此,本發(fā)明采用增益系數(shù)閾值分析的方法定位視頻傳感器異常探元及探元區(qū)塊。在增益系數(shù)閾值分析時,如果某個探元的增益系數(shù)大于閾值a,則判斷探元為死探元或壞探元;如果某個探元增益系數(shù)小于閾值b,則判斷探元為高亮探元,其中a>b,通常閾值a取1.5左右,b取0.5左右。如果探元的增益系數(shù)大于閾值a或小于閾值b,則該探元屬于異常探元,對該異常探元進(jìn)行步驟3.3的定位處理和步驟3.4的補(bǔ)償處理。

步驟3.3,異常探元位置探測后建立傳感器異常探元位置索引文件,如下格式:

abnormaldetectorsnumbers

xy

xy

xy

文件中,abnormaldetectorsnumbers為傳感器異常探元個數(shù);(x,y)為異常探元在傳感器中的索引位置(下標(biāo)從0開始)。

步驟3.4,異常探元補(bǔ)償處理,具體實現(xiàn)方式如下:

如圖2所示,對bayer模板成像傳感器紅色波段和藍(lán)色波段按以下方式處理:

當(dāng)異常探元位于第一列時(單獨(dú)針對紅色波段或藍(lán)色波段而言,角點(diǎn)除外),采用插值公式,

式中紅色波段m=0,藍(lán)色波段m=1;

當(dāng)異常探元位于第一行時(單獨(dú)針對紅色波段或藍(lán)色波段而言,角點(diǎn)除外),采用插值公式,

式中紅色波段n=0,藍(lán)色波段n=1;

當(dāng)異常探元位于最后一列時(單獨(dú)針對紅色波段或藍(lán)色波段而言,角點(diǎn)除外),采用插值公式,

式中紅色波段m=m-2,藍(lán)色波段m=m-1;

當(dāng)異常探元位于最后一行時(單獨(dú)針對紅色波段或藍(lán)色波段而言,角點(diǎn)除外),采用插值公式,

式中紅色波段n=n-2,藍(lán)色波段n=n-1;

當(dāng)異常探元位不在圖像邊緣時,按下式插值處理,

對bayer模板成像傳感器綠色波段按以下插值方式處理:

當(dāng)異常探元位于第一列時(角點(diǎn)除外),采用插值公式,

當(dāng)異常探元位于第一行時(角點(diǎn)除外),采用插值公式,

當(dāng)異常探元位于最后一列時(角點(diǎn)除外),采用插值公式,

當(dāng)異常探元位于最后一行時(角點(diǎn)除外),采用插值公式,

當(dāng)異常探元位不在圖像邊緣時,采用插值公式,

上述式中,n為影像行數(shù),m為影像列數(shù),(n,m)為視頻單幀圖像數(shù)字量化值索引下標(biāo)(從0開始),dnn,m為視頻單幀序列圖像第n行第m列圖像數(shù)字量化值。

當(dāng)異常探元位于視頻傳感器四個角點(diǎn)時,采用其臨近兩個或三個像素按距離加權(quán)插值。如圖2,左上角點(diǎn)為異常探元時,采用以下式插值處理,

如果存在兩個異常探元相鄰時(單獨(dú)針對每個波段而言),將上述插值公式根據(jù)距離進(jìn)行加權(quán)處理即可。如圖2中探元(1,2)和(2,3)均為異常探元時,則探元(1,2)(2,3)處插值算法如下式,

如果存在三個以上異常探元相鄰,則不做處理。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代,但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。

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