[發明專利]一種空間相機增益在軌調整方法

有效

• 申請號: 201310251577.5
• 申請日: 2013-06-24
• 公開（公告）號: CN103322982A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 武星星;劉金國;周懷得;余達
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01C11/02
• 分類號: G01C11/02
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 陶尊新

技術領域

本發明涉及以遙感衛星或空間站為平臺對地球進行觀測的空間相機，具體涉及空間相機增益的在軌調整方法。

背景技術

在空間相機對地攝影時，地物目標的反射率存在顯著的差別，如海水的反射率約為0.05，而冰雪的反射率最高可達0.8。同時不同季節和緯度的光照條件不同，導致空間相機入瞳處的輻亮度存在較大的變化。為了避免空間相機獲取的遙感圖像中感興趣的目標處出現飽和現象而無法分辨，用戶要求空間相機滿足最大輻亮度要求，即在最大輻亮度條件下輸出的圖像接近飽和或不飽和。其中最大輻亮度和用戶要求的目標最大反射率相對應。

為了滿足這一要求，目前在空間相機的設計過程中，主要通過調整空間相機成像電路的元器件參數和視頻處理器的增益，使相機輸出的圖像在最大輻亮度條件下接近飽和。確定后的成像電路參數在元器件焊接后即固定，而在空間相機的在軌攝影過程也一般不調整增益。從獲取的遙感圖像看，存在部分圖像整體偏暗、圖像層次不豐富且信噪比低的現象，而且在不同時間拍攝的同一地物目標的圖像灰度差別大。

針對這一問題，目前已提出的增益調整方法主要通過在攝影過程中，對獲取的圖像數據或成像傳感器輸出的模擬電壓進行統計分析而后對增益進行調整(彭妮娜，陳大羽，王琨等.采用線陣TDICCD相機的實時自動增益控制算法.紅外與激光工程,2011,40(7):1370-1375;顏偉彬,趙斌.基于數字信號處理器的CCD自動增益調整,傳感器技術,2004,23(3):74-80；薛旭成，石俊霞，呂恒毅等.空間遙感相機TDICCD積分級數和增益的優化設置，光學精密工程，2011，19(4):857-862)。這些方法的主要問題在于，由于空間相機采用推掃攝影方式，單次攝影過程中每個時刻拍攝的地物目標各不相同，通常在單次十幾分鐘左右的攝影過程覆蓋的地物目標相距上千公里。由于橫跨較大的緯度，導致每個時刻的光照條件也不同。而下一時刻要拍攝的地物目標的類型和反射率是未知的，因此對前一時刻獲取的圖像數據或成像傳感器輸出的模擬電壓進行統計分析得到的增益很可能并不適用下一時刻的地物目標，而出現本應減小增益卻增大增益的現象，導致圖像出現飽和或達不到調整目的。

發明內容

本發明為了解決現有空間相機在軌采用固定增益，導致部分圖像整體偏暗、圖像層次不豐富且信噪比低，而且在不同時間拍攝的同一地物目標的圖像灰度差別大的問題提供一種空間相機增益在軌調整方法。

一種空間相機增益在軌調整方法，該方法由以下步驟實現：

步驟一、航天器發射前，在空間相機的實驗室輻射定標時，在用戶要求的最大輻亮度L_max下調整空間相機的增益，使圖像的數字量化輸出值從小增加至最大值，獲得圖像的最大數字量化輸出值對應的增益倍數G_max；

步驟二、航天器發射后，對搭載空間相機的衛星或空間站的航天器平臺的軌道進行高精度仿真，輸出各個攝影時刻星下點的太陽高度角；所述仿真采用STK仿真工具，仿真步驟為：

步驟二一、添加衛星，輸入軌道參數、初始衛星位置和仿真的起止時間；所述輸入的軌道參數包括軌道傾角、半長軸、偏心率、升交點赤經和近地點幅角；初始衛星位置包括歷元時刻和真近點角；

步驟二二、選擇軌道外推模型；

步驟二三、在步驟二一所述的衛星下選擇太陽光照區域輸出項，得到各個攝影時刻星下點的太陽高度角；

步驟三、將步驟二獲得的各個攝影時刻星下點的太陽高度角轉換為太陽天頂角，根據空間相機的波段范圍、用戶要求的目標最大反射率和各個攝影時刻星下點的太陽天頂角，使用MODTRAN大氣輻射傳輸工具，獲得各個攝影時刻當空間相機對目標最大反射率對應的地物成像時，入瞳處的輻亮度L_t；

步驟四、根據步驟一獲得的最大數字量化輸出值對應的增益倍數G_max，以及步驟三獲得的各個攝影時刻當空間相機對目標最大反射率對應的地物成像時，入瞳處的輻亮度L_t，計算空間相機在各個攝影時刻的增益倍數G_t；

具體過程為：設定空間相機設置的最小和最大增益倍數分別為G_DOWN和G_UP，則所述各個攝影時刻的增益倍數G_t的計算公式為：