一种空间面阵红外相机的点扩散函数测试方法技术

一种空间面阵红外相机的点扩散函数测试方法，涉及航天光学遥感技术领域；包括如下步骤：步骤(一)、建立靶标；步骤(二)、获取第M帧靶标图像中的第i星点的星点灰度值图像；步骤(三)、定义5行×5列的矩阵E；步骤(四)、选取所需星点灰度值图像；步骤(五)、将所需星点灰度值图像的灰度值转换为电子数；步骤(六)、拟合得到面阵红外相机的二维热扩散分布函数；步骤(七)、图像复原，提高遥感图像质量；本发明专利技术有效提高空间面阵红外PSF测量精度，填补了空间面阵红外相机的PSF测试方法空白，具有很好的使用价值。 1

A point spread function test method for space array infrared camera

A method for testing the point diffusion function of space array infrared camera relates to the field of space optical remote sensing technology. The steps are as follows: step (1), establish a target; step (two), obtain the star point gray value image of the I star in the M frame target image; step (three), define the matrix E of the 5 row * 5 column; step (four), select The gray value image of the star point is needed; step (five), transform the gray value of the gray value image of the desired star point into the electronic number; step (six), get the two-dimensional thermal diffusion distribution function of the infrared camera of the surface array, step (seven), restore the image, improve the quality of the remote sensing image, and improve the accuracy of the spatial array infrared PSF measurement effectively, It fills the blank of the PSF test method of the space array infrared camera, and has good use value. One

【技术实现步骤摘要】
一种空间面阵红外相机的点扩散函数测试方法
本专利技术涉及一种航天光学遥感
，特别是一种空间面阵红外相机的点扩散函数测试方法。
技术介绍
光学系统在理想状态下，物空间一点发出的光能量在像空间也集中在一点上，但是实际的光学系统成像时，由于衍射和像差以及其它因素的影响，物空间一点发出的光在像空间是分布在一定的区域内，其分布曲线称为点扩散函数PSF。高慧婷等人2014年在国家专利技术专利《一种星载推扫式相机点扩散函数的实验室测量装置及方法》一文中给出适用于推扫式可见光相机的PSF测试方法；刘薇等人2014年在国家专利技术专利《一种星载面阵CCD相机点扩散函数的测量装置及方法》给出凝视型面阵可见光相机的PSF测试方法。上述两篇专利都是将靶标设与数据处理一体化考虑，同时考虑了相位精度问题，但是这两种方法一个是针对推扫式可见光相机，一个是针对凝视型面阵可见光相机的PSF测试方法，红外相机PSF测试面临相位更难找准以及扩散和时间相关等问题，上述方法并没有考虑。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种空间面阵红外相机的点扩散函数测试方法，通过靶标设计和数据处理方法解决高精度相位对准和时间扩散问题，保证空间面阵红外相机PSF的测试准确性，最大程度上满足了空间面阵红外相机PSF测试的需求。本专利技术的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：一种空间面阵红外相机的点扩散函数测试方法，包括如下步骤：步骤(一)、建立靶标，在靶标上设置100个星点，100个星点呈10行×10列均匀对称分布；并采用面阵红外相机对靶标进行图像采集，采集帧数为N，N＞100，且N为正整数；步骤(二)、对第M帧靶标图像中的第i星点及该星点相邻像素进行采样；得到星点灰度值子图mi；其中，1≤M≤N，且N为正整数；1≤i≤100，且i为正整数；步骤(三)、定义一个5行×5列的矩阵E，步骤(四)、将步骤(三)中的矩阵E与步骤(二)中的星点灰度值子图mi进行计算，求每一帧中每个星的星点灰度值J(i)；得到N帧中每一帧每个星的星点灰度值J(i)；取每一帧中的最大星点灰度值J(i)，即为星点灰度值图像；步骤(五)、将步骤(四)得到的星点灰度值图像的灰度值转换为电子数xe；步骤(六)、针对步骤(四)中得到的最大星点灰度值J(i)所对应的第i星点，建立平面坐标系oxy；x与y方向垂直，交点为o；将第i星点设置在坐标系oxy的原点；将第i星点的相邻像素对应设置在平面坐标系oxy中，相邻像素点坐标值间隔为1；对步骤(五)中得到的电子数进行拟合；将最大星点灰度值J(i)所对应的第i星点的灰度值图像中的所有像素进行拟合，计算得到所需第一参数σ1和第二参数σ2；即得到面阵红外相机的二维热扩散分布函数u(t,σ1,σ2)；步骤(七)、通过步骤(六)得到的面阵红外相机的二维热扩散分布函数N(t,σh1,σh2)对红外面阵相机的成像数据进行图像复原，实现提高遥感图像质量。在上述的一种空间面阵红外相机的点扩散函数测试方法，所述步骤(一)中，对靶标进行图像采集时，每一帧图像为100个星点的整体图像。在上述的一种空间面阵红外相机的点扩散函数测试方法，所述步骤(二)中，对第i星点相邻像素进行采样的方法为；以第i星点为中心，采集5行×5列的方形相邻像素。在上述的一种空间面阵红外相机的点扩散函数测试方法，所述步骤(四)中，每个星的星点灰度值J(i)的计算方法为：式中，J(i)为第i星点灰度值；j为矩阵E的行数；k为矩阵E的列数。在上述的一种空间面阵红外相机的点扩散函数测试方法，所述步骤(五)中，星点灰度值图像的灰度值转换为电子数xe的转换方法为：式中，x为图像灰度值序列中采样点的灰度值；bs为面阵红外相机自身量化位数；L为面阵红外相机的饱和电子数。在上述的一种空间面阵红外相机的点扩散函数测试方法，所述步骤(六)中，电子数的拟合方法为：式中，t为面阵红外相机的积分时间；σ1为二维热扩散分布函数第一参数；σ2为二维热扩散分布函数第一参数；u(t,σ1,σ2)为红外面阵相机不同积分时间的点扩散函数；xq为第i星相邻第q像素对应在平面坐标系oxy横坐标；1≤q≤25，q为正整数；yq为第i星相邻第q像素对应在平面坐标系oxy纵坐标；1≤q≤25，q为正整数。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)本专利技术通过高精度相位配准方法，克服了红外相机噪声严重导致PSF测试不准的缺陷；(2)本专利技术采用时间相关的拟合函数，克服红外相机热扩散导致的PSF测试不准的问题；(3)本专利技术通过星点位置和形状的设计，使得靶标中至少有一个星点完全落在一个像元的中心位置，从而找到用于计算PSF函数的目标点序列，增加了测试装置和方法的准确性；(4)本专利技术通过统计方法对多次测量结果进行了平差处理，降低了噪声影响，减小了测量误差。附图说明图1为本专利技术面阵红外相机的点扩散函数测试流程图；图2为本专利技术靶标建立示意图；图3为本专利技术第i星点相邻像素采样示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述：如图1所示为面阵红外相机的点扩散函数测试流程图，由图可知，一种空间面阵红外相机的点扩散函数测试方法，包括如下步骤：步骤(一)、建立靶标，如图2所示为靶标建立示意图，由图可知，在靶标上设置100个星点，100个星点呈10行×10列均匀对称分布；并采用面阵红外相机对靶标进行图像采集，采集帧数为N，N＞100，且N为正整数；对靶标进行图像采集时，每一帧图像为100个星点的整体图像。步骤(二)、如图3所示为第i星点相邻像素采样示意图，由图可知，对第M帧靶标图像中的第i星点及该星点相邻像素进行采样；得到星点灰度值子图mi；其中，1≤M≤N，且N为正整数；1≤i≤100，且i为正整数；对第i星点相邻像素进行采样的方法为；以第i星点为中心，采集5行×5列的方形相邻像素。步骤(三)、定义一个5行×5列的矩阵E，步骤(四)、将步骤(三)中的矩阵E与步骤(二)中的星点灰度值子图mi进行计算，求每一帧中每个星的星点灰度值J(i)：式中，J(i)为第i星点灰度值；j为矩阵E的行数；k为矩阵E的列数；得到N帧中每一帧每个星的星点灰度值J(i)；取每一帧中的最大星点灰度值J(i)，即为星点灰度值图像；步骤(五)、将步骤(四)得到的星点灰度值图像的灰度值转换为电子数xe，转换公式为：式中，x为图像灰度值序列中采样点的灰度值；bs为面阵红外相机自身量化位数；L为面阵红外相机的饱和电子数；步骤(六)、针对步骤(四)中得到的最大星点灰度值J(i)所对应的第i星点，建立平面坐标系oxy；x与y方向垂直，交点为o；将第i星点设置在坐标系oxy的原点；将第i星点的相邻像素对应设置在平面坐标系oxy中，相邻像素点坐标值间隔为1；对步骤(五)中得到的电子数进行拟合，拟合函数为：式中，t为面阵红外相机的积分时间；σ1为二维热扩散分布函数第一参数；σ2为二维热扩散分布函数第一参数；u(t,σ1,σ2)为红外面阵相机不同积分时间的点扩散函数；xq为第i星相邻第q像素对应在平面坐标系oxy横坐标；1≤q≤25，q为正整数；yq为第i星相邻第q像素对应在平面坐标系oxy纵坐标；1≤q≤25，q为正整数；将最大星点灰度值J(i)所对应的第i星点的灰度值图像中的所有像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间面阵红外相机的点扩散函数测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

【技术特征摘要】
1.一种空间面阵红外相机的点扩散函数测试方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤(一)、建立靶标，在靶标上设置100个星点，100个星点呈10行×10列均匀对称分布；并采用面阵红外相机对靶标进行图像采集，采集帧数为N，N＞100，且N为正整数；步骤(二)、对第M帧靶标图像中的第i星点及该星点相邻像素进行采样；得到星点灰度值子图mi；其中，1≤M≤N，且N为正整数；1≤i≤100，且i为正整数；步骤(三)、定义一个5行×5列的矩阵E，步骤(四)、将步骤(三)中的矩阵E与步骤(二)中的星点灰度值子图mi进行计算，求每一帧中每个星的星点灰度值J(i)；得到N帧中每一帧每个星的星点灰度值J(i)；取每一帧中的最大星点灰度值J(i)，即为星点灰度值图像；步骤(五)、将步骤(四)得到的星点灰度值图像的灰度值转换为电子数xe；步骤(六)、针对步骤(四)中得到的最大星点灰度值J(i)所对应的第i星点，建立平面坐标系oxy；x与y方向垂直，交点为o；将第i星点设置在坐标系oxy的原点；将第i星点的相邻像素对应设置在平面坐标系oxy中，相邻像素点坐标值间隔为1；对步骤(五)中得到的电子数进行拟合；将最大星点灰度值J(i)所对应的第i星点的灰度值图像中的所有像素进行拟合，计算得到所需第一参数σ1和第二参数σ2；即得到面阵红外相机的二维热扩散分布函数u(t,σ1,σ2)；步骤(七)、通过步骤(六)得到的面阵红外相机的二维热扩散分布函数N(t,σh1,σh2)对红外面阵相机的成...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘薇，练敏隆，高慧婷，石志城，吴玮，齐文雯，曹世翔，江澄，谭伟，王殿中，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11