[發明專利]一種基于復雜場景的機械交錯拼接型相機的在軌非均勻性校正方法

在審

• 申請號: 202010350911.2
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號: CN111862227A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 張寅;范君杰;倪越;閆鈞華;朱德燕
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明涉及一種基于復雜場景的機械交錯拼接型遙感相機在軌相對定標方法，所述方法基于相機的機械交錯拼接特性，通過相機旋轉前后對復雜場景的正交二次成像，通過兩次校正來降低圖像的非均勻性。本文基于實際工程中的機械交錯拼接型CCD相機，提出一種針對此類型相機的非均勻性校正方法，該技術中包含利用衛星可繞其偏航軸旋轉的特性，在相機旋轉前后對復雜場景進行正交二次成像并通過灰度值多點曲線擬合進行非均勻性校正，以達到對機械交錯拼接型CCD相機進行非均勻性校正的目的。實驗表明，該技術可以有效降低CCD相機的非均勻性，提高遙感圖像質量，為后續的圖像處理提供了有效的數據。

技術領域

本發明涉及圖像處理技術，具體為一種基于復雜場景的機械交錯拼接型遙感相機在軌相對定標方法。

背景技術

隨著空間遙感技術的發展，高時空分辨率以及寬視場逐漸成為推掃式空間遙感相機的研究重點。為了使得推掃式空間相機具有更寬的視場，單片CCD器件的尺寸已經不能滿足當下的要求，需要對多片CCD器件進行交錯拼接以實現大視場成像，使在軌衛星具有較大的成像幅寬。

對于具有較強敏捷特性的推掃式成像光學遙感衛星，進行在軌相對輻射定標時，可以使用將相機繞衛星偏航軸旋轉一定角度(通常約為90°)的方法獲取相對均勻圖像來進行不同探元間的非均勻性校正。這種被稱為Side-slither定標法，也叫偏航定標法。

機械交錯拼接型CCD相機焦平面是將多片CCD裝配成兩行交錯式焦面形式，即第二行的CCD正好填充由第一行CCD所形成的間隙,首尾的像元分別對齊,但在相機飛行方向上(圖像積分方向)兩行錯開一定位置。這種相機在使用傳統偏航定標法進行非均勻性校正時，難以降低兩行CCD間的非均勻性，校正后圖像中存在條帶非均勻性的現象。

發明內容

為克服傳統偏航定標法對機械交錯拼接型CCD相機進行非均勻性校正時存在的條帶非均勻性問題，本發明提出了一種基于復雜場景的機械交錯拼接型遙感相機在軌相對定標方法。

本發明提出的基于復雜場景的機械交錯拼接型遙感相機在軌相對定標方法，該方法基于偏航定標法及CCD相機的機械交錯拼接特性，通過相機旋轉前后的兩次校正來降低圖像的非均勻性；其具體過程為：

步驟1：輸入偏航成像模式的圖像數據，得到偏航成像數據的灰度矩陣。由于交錯拼接焦平面的特性，使得偏航成像片間成像不連續，所以需要截取一片傳感器成像的區域，通過使用LSD(Line Segment Detector)直線檢測算法計算出實際偏航輻射定標圖像中的連線夾角的度數，根據偏航輻射定標數據夾角檢測結果，對偏航輻射定標數據進行規定化處理，保證圖像中每一行數據為傳感器所有探元對同一地物的成像數據；

步驟2：使用步驟1的數據，通過最小二乘法對各探元所成像元進行多點曲線擬合，求解焦平面每個陣列內各探元的非均勻性校正系數，并利用該系數對常規成像模式圖像進行校正；

步驟3：使用步驟2得到的校正后圖像，通過最小二乘法對相鄰陣列拼接像元進行多點曲線擬合，求解焦平面陣列間的非均勻性校正系數，并利用該系數對圖像進行校正。

進一步的，所述步驟2具體為：

首先按照步驟1的方法，將偏航輻射定標數據進行規定化處理，使各行內像元是對同一地物所成的像；然后求各行像元的灰度平均值，得到一列像元平均值數據；接著取各列數據，利用最小二乘法計算其與像元平均值數據之間的轉換系數，該系數即為非均勻性校正系數；最后利用校正系數對常規成像模式圖像進行校正。

更進一步的，所述步驟3具體為：

首先在第一次校正后的常規成像模式圖像中取重疊部分圖像組；然后將各圖像組數據平移對齊后，取各圖像組中間的N列數據組(N可根據重疊區域像元寬度設置)；接著利用最小二乘法求各數據組之間的轉換系數，該系數即為CCD陣列間的非均勻性校正系數；最后利用校正系數對常規成像模式圖像進行第二次校正。