[發(fā)明專利]一種數(shù)字域TDI探測器的優(yōu)化匹配成像方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810094040.5
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108471505B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳忻;饒鵬;韓冰;趙云峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: H04N5/369
• 分類號: H04N5/369;H04N5/355
• 代理公司: 上海滬慧律師事務(wù)所 31311
• 代理人: 李秀蘭

本發(fā)明公開了一種數(shù)字域TDI探測器的優(yōu)化匹配成像方法及裝置。該方法首先對數(shù)字域TDI探測器的輸出信號進行采集，按列進行獨立存儲。選擇其中一個存儲器為參考，以列為單位從其中讀出數(shù)據(jù)作為目標列。利用目標列與其他存儲器的數(shù)據(jù)進行粗尺度匹配，提取出對應(yīng)的匹配區(qū)域。對目標列和匹配區(qū)域進行高分辨率重構(gòu)，重構(gòu)后進行精細匹配，得到目標列的匹配數(shù)據(jù)段。將目標列與匹配數(shù)據(jù)段進行累加，得到該列的TDI結(jié)果。動態(tài)處理全部列數(shù)據(jù)實現(xiàn)優(yōu)化匹配成像過程。本發(fā)明擺脫了傳統(tǒng)TDI探測器只能相鄰像元累加的限制，自適應(yīng)的搜索對應(yīng)的累加位置，達到優(yōu)化的TDI成像過程。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及到光電信號處理技術(shù)，具體指一種應(yīng)用于數(shù)字域TDI探測器的優(yōu)化匹配成像處理方法，它應(yīng)用于工業(yè)成像儀器或?qū)Φ剡b感成像儀器，特別適合于對成像動態(tài)范圍與信噪比有較高要求的場合。

背景技術(shù)

時間延遲積分(Time-Delay-Integration,TDI)技術(shù)通過對同一場景進行多次曝光，可以大幅度提高成像系統(tǒng)的靈敏度和信噪比。因此TDI探測器廣泛應(yīng)用于掃描成像系統(tǒng)中，用來進行高分率航天遙感和微光成像。根據(jù)時間延遲積分過程與模擬—數(shù)字轉(zhuǎn)換(analog-digital conversion:A/D C)發(fā)生的先后關(guān)系，分為模擬域TDI探測器和數(shù)字域TDI探測器兩大類。模擬域TDI探測器直接將光敏元感應(yīng)產(chǎn)生的光電荷在勢壘的控制下在勢阱中累加，完成TDI過程，最后在探測器讀出電路(ROIC)中以電壓形式輸出，進行A/D轉(zhuǎn)換，生成數(shù)字信號。數(shù)字域TDI探測器的時間延遲積分過程發(fā)生在光電感應(yīng)信號在A/D轉(zhuǎn)換之后，然后在外部處理器中根據(jù)掃描成像關(guān)系進行數(shù)字信號的延遲累加，實現(xiàn)時間延遲積分的功能。

TDI成像系統(tǒng)一般要求推掃速率和目標像移速率嚴格匹配，以保證成像質(zhì)量。在實際成像過程中，由于運動電機無法完全與預(yù)設(shè)值一致，或者是在運動過程中因為震動等原因?qū)е缕睿虼巳绻赃x擇相鄰像元進行累加，引發(fā)不同步采集而產(chǎn)生的像移，進而降低系統(tǒng)的MTF和分辨率，使輸出的圖像模糊。TDI探測器的不正確累加的使目標能量分散到圖像的多個像元，目標的信噪比因此下降。目前，解決掃描失配引發(fā)問題的途徑通常是提高系統(tǒng)的掃描精度，盡量避免掃描失配，并沒有解決不正確累加后造成的圖像退化問題。因此有必要針對數(shù)字域TDI探測器的速度失配問題開展研究，尋找速度失配率的有效檢測方法，并在此基礎(chǔ)上探究一定速度失配情況下，弱小目標檢測的可行性方法。

發(fā)明內(nèi)容：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種數(shù)字域TDI探測器的優(yōu)化匹配成像方法，該方法可以在成像過程中通過對參考列的待累幀號的列圖像與其他列中圖像進行兩個層次的匹配選擇出最優(yōu)化的累加方式，實現(xiàn)在對掃描速度存在不匹配或抖動時的累加誤差消除，滿足對高動態(tài)范圍高信噪比的要求。

本發(fā)明的上述目的是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：

(1)對數(shù)字域TDI探測器的輸出信號進行采集，并按照垂直于掃描方向為列方向，按列數(shù)開辟獨立的存儲空間按列進行數(shù)據(jù)存儲；像元數(shù)為M·N的數(shù)字TDI探測器，其中M為行像元數(shù)目，N為列像元數(shù)目；假設(shè)掃描方向垂直于列方向，則需要N個獨立的存儲區(qū)域，每個存儲區(qū)域在一幀數(shù)據(jù)圖像中存儲對應(yīng)的一列；存儲器的深度設(shè)置為每幀圖像寫往存儲器中寫入M個數(shù)據(jù)，其中L為對應(yīng)的讀出幀號；

(2)選擇其中一個存儲器為參考，從存儲器的中以列為單位從其中讀出數(shù)據(jù)，并將其作為當前TDI目標列；參考列的范圍為[L_n-RT,L_n+RT]，其中L_n為當前待匹配的幀號，RT為設(shè)置的參考列范圍閾值；

(3)利用目標列與其他存儲器的數(shù)據(jù)進行粗尺度匹配，提取出各存儲器對應(yīng)的匹配區(qū)域；進行粗匹配時在其他幾個存儲器中的搜索范圍可以設(shè)置為[L_n-DT,L_n+DT],其中L_n為當前待匹配的幀號，DT為設(shè)置的搜索范圍閾值；