本发明专利技术提供了一种获取基于刃边法测量光学遥感载荷在轨MTF的测量精度的方法。该方法基于实际测试的MTF值设置MTF参考值，针对刃边法MTF测试特点，基于实际测试时载荷获取的刃边图像提取关键参数生成参考图像，利用刃边法对参考图像进行计算得到MTF计算值，然后将计算值与MTF参考值对比，获得绝对误差和相对误差，由此得到MTF的测量精度(或不确定度)，从而解决了现有精度分析方法无法获得或估计刃边法实际测量光学遥感载荷在轨MTF测量精度的问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及对地观测遥感
，特别涉及一种获取基于刃边法测量光学遥感 载荷在轨MTF的测量精度的方法。
技术介绍
调制传递函数MTF(ModulationTransferFunction)是评价光学遥感载荷成像 性能的一个重要指标，它表示了各个空间频率信号经过光学成像系统后调制度损失的百分 比，反映成像系统在对目标成像过程中信号的扩散与削弱程度，是目前国际上普遍使用的 评定光学遥感载荷成像性能以及空间分辨率的指标之一。 根据选用靶标的不同，目前测量光学遥感载荷在轨MTF的方法主要有刃边法、三 线靶标法、点源/点阵法、脉冲法、辐射状靶标法。在这些方法中，刃边法因其能够获得不 同空间频率的MTF曲线、能够更加完整地刻画光学遥感载荷空间响应特性、在实际应用中 靶标布设与选取条件相对宽松（既可以是人工布设的靶标，也可以选取合乎要求的刃边类 型的地物目标），因而是评估中高分辨率光学遥感载荷在轨MTF最普遍使用的方法。诸如 SP0T5/6/7、IK0N0S、QUICKBIRD、GEOEYE、ZY02/03-HR、GF1/2 等高分辨率卫星的光学遥感载 荷均采用刃边法进行在轨MTF评测。 为了提高刃边法评测载荷在轨MTF的精度，各卫星运行机构相继布设高质量的刃 边靶标，基于刃边法的MTF在轨评测技术也日趋成熟。图1为国内外典型的高分辨率刃 边靶标。其中，A为美国德克萨斯州BigSpring靶标；B为台湾澎湖靶标；法国Salonde Province革巴标；D为加拿大Mt.Albert，Ontario革巴标。 图2为现有技术采用刃边法评测光学遥感载荷在轨MTF的数据处理流程图。具体 处理流程如下： 步骤S101，提取刃边子图像：从经过相对辐射校正的含有刃边靶标或刃边地物 (以下统称为刃边靶标）的图像数据中提取不小于15像元X15像元的有效计算区域（刃 边子图像）；特别说明一下，根据刃边子图像中刃边的方向不同，可以分别测量得到载荷阵 列方向（对应于所获取图像的X方向）的MTF和载荷运动方向（对应于所获取图像的y 方向）的MTF，如图3所示，为了描述简单，后续描述如不特别说明，均针对载荷阵列方向的 MTF，载荷运动方向的MTF计算与精度测量按照同样方法参照实现。 步骤S102,边缘探测：提取刃边子图像的每一行的灰度数据，采用一定的模型进 行差值，利用微分法、质心法、Hough变换法、Fermi函数法等方法，确定该行数据灰度变换 廓线的边缘位置到亚像元精度（刃边边缘的中心位置）。对每一行数据采用同样方法，获得 刃边子图像每一行数据的亚像元精度的刃边边缘中心位置，然后通过直线拟合对探测到的 边缘中心位置进行进一步调整，使探测到的各行边缘中心位置点在一条直线上，计算该拟 合直线的斜率，可以得到刃边的倾角Θ; 步骤S103,提取边扩散函数ESF(EdgeSpreadFunction):利用步骤S102探测到 的每一行的刃边边缘中心位置，对刃边子图像的各行数据进行配准、合并、插值处理，得到 亚像元精度的ESF; 步骤S104,求取线扩散函数LSF(LineSpreadFunction):对步骤S103得到的ESF 进行差分，并采用窗函数进行截断处理，得到宽度为-5像元~+5像元（或-10像元~+10 像元）亚像元精度的LSF; 步骤S105，MTF求取：对步骤S104得到的LSF进行傅里叶变换，对变换结果取模值 并做归一化处理，即可得到MTF序列曲线和Nyquist频率下的MTF值MTFNyqulst (对宽度为-5 像元~+5像元的LSF，其MTFNyquls^归一化MTF序列中的第6个值；对宽度为-10像元~ +10像元的LSF，其MTFNyquls^归一化MTF序列中的第11个值）。 作为一种普遍使用的光学遥感载荷在轨MTF测量方法，现有的文献更多地涉及到 MTF评测方法的改进和优化；也有部分文献采用仿真方法分析了亮暗区域对比度、靶标倾 角、计算区域尺寸、噪声等因素对于MTF算法评测精度的影响，但是上述分析并没有与载荷 实际成像条件结合起来。比如，文献中通常假设刃边靶标的亮暗区域的灰度值分别为200、 100,假设噪声的标准差为〇. 7、1、1. 5,靶标倾角为5° ;此外，文献中通常假设刃边亮暗区域 的噪声水平是相同的，并且往往没有考虑随机相位的影响。这些假设往往与载荷实际成像 条件及获取图像并不一致，因而无法真实反映光学遥感载荷在轨实际成像条件下刃边法评 测MTF的精度。
技术实现思路
(一）要解决的技术问题 本专利技术提出了一种基于载荷实际成像条件获取刃边法测量光学遥感载荷在轨MTF 测量精度的方法，以解决现有精度分析方法无法获得或估计刃边法实际测量光学遥感载荷 在轨MTF测量精度的问题。 (二）技术方案 本专利技术获取基于刃边法测量光学遥感载荷在轨MTF在第一方向的测量精度的方 法包括： 步骤A:在光学遥感载荷获取的实测刃边靶标图像中截取尺寸为m行η列的多个 刃边子图像，由该多个刃边子图像获取光学遥感载荷在第一方向的在轨MTF参考值和刃边 倾角参考值； 步骤Β:由光学遥感载荷在第一方向的在轨MTF参考值，获取光学遥感载荷在该第 一方向的扩散尺度，构建亚像元尺度下的参考图像退化模板psf(X，y); 步骤C:由光学遥感载荷获取的实测刃边靶标图像提取被刃边分割的两个均匀区 域的灰度均值和随机噪声标准差； 步骤D:根据两个均匀区域的随机噪声标准差，获得用于获取后续步骤中亚像元 水平下刃边噪声参考图像的噪声参数：刃边噪声参考图像中两个区域的噪声标准差； 步骤E:利用刃边靶标参数，构建亚像元水平的第一方向的理想刃边参考图像 I(x，y)，其中，所述刃边靶标参数包括：刃边子图像尺寸、靶标图像被刃边分割的两个均匀 区域的灰度均值、光学遥感载荷在第一方向的刃边倾角参考值； 步骤F:将所述理想刃边参考图像I(X，y)与参考图像退化模板psf(X，y)进行二 维卷积，截取卷积结果矩阵中有效数据，得到亚像元水平的第一方向的无噪声刃边退化图 像iPSf (χ，y); 步骤G:对所述刃边退化图像Ipsf(x，y)中的数据进行数据聚合，生成整像元水平 的第一方向的无噪声刃边退化参考图像g(x，y); 步骤Η:利用所述刃边噪声参考图像中两个区域的噪声标准差，构建K幅亚像元水 平的第一方向的带噪声刃边参考图像Ik(x，y)，k= 1，2，…Κ; 步骤I:将带噪声刃边参考图像Ik(x，y)k= 1，2,…K，分别与参考图像退化模板 psf(X，y)进行二维卷积，截取卷积结果矩阵中的有效数据得到K幅亚像元水平的第一方向 的带噪声刃边退化图像Ipsfk(x，y)，k= 1，2，"·Κ; 步骤J:对所述带噪声刃边退化图像Ipsfk(x，y)，k= 1，2，…Κ，进行数据聚合处 理，生成Κ幅整像元水平的阵列方向带噪声退化参考图像gk(x，y)，k= 1，2,"·Κ;以及 步骤Κ:利用刃边法MTF测试算法，对所述整像元水平阵列无噪声刃边退化图像 g(x，y)，以及所述K幅整像元水平的阵列方向带噪声刃边退化参考图像gk(x，y)，k= 1， 2,…K，分别进行第一方向的MTF计算，将Nyquist频率处的归一化MTF计算值与第一方向 的在本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种获取基于刃边法测量光学遥感载荷在轨MTF在第一方向的测量精度的方法，其特征在于，包括：步骤A：在光学遥感载荷获取的实测刃边靶标图像中截取尺寸为m行n列的多个刃边子图像，由该多个刃边子图像获取光学遥感载荷在第一方向的在轨MTF参考值和刃边倾角参考值；步骤B：由光学遥感载荷在第一方向的在轨MTF参考值，获取光学遥感载荷在该第一方向的扩散尺度，构建亚像元尺度下的参考图像退化模板psf(x，y)；步骤C：由光学遥感载荷获取的实测刃边靶标图像提取被刃边分割的两个均匀区域的灰度均值和随机噪声标准差；步骤D：根据两个均匀区域的随机噪声标准差，获得用于获取后续步骤中亚像元水平下刃边噪声参考图像的噪声参数：刃边噪声参考图像中两个区域的噪声标准差；步骤E：利用刃边靶标参数，构建亚像元水平的第一方向的理想刃边参考图像I(x，y)，其中，所述刃边靶标参数包括：刃边子图像尺寸、靶标图像被刃边分割的两个均匀区域的灰度均值、光学遥感载荷在第一方向的刃边倾角参考值；步骤F：将所述理想刃边参考图像I(x，y)与参考图像退化模板psf(x，y)进行二维卷积，截取卷积结果矩阵中有效数据，得到亚像元水平的第一方向的无噪声刃边退化图像Ipsf(x，y)；步骤G：对所述刃边退化图像Ipsf(x，y)中的数据进行数据聚合，生成整像元水平的第一方向的无噪声刃边退化参考图像g(x，y)；步骤H：利用所述刃边噪声参考图像中两个区域的噪声标准差，构建K幅亚像元水平的第一方向的带噪声刃边参考图像Ik(x，y)，k＝1，2，…K；步骤I：将带噪声刃边参考图像Ik(x，y)k＝1，2，…K，分别与参考图像退化模板psf(x，y)进行二维卷积，截取卷积结果矩阵中的有效数据得到K幅亚像元水平的第一方向的带噪声刃边退化图像Ipsf‑k(x，y)，k＝1，2，…K；步骤J：对所述带噪声刃边退化图像Ipsf‑k(x，y)，k＝1，2，…K，进行数据聚合处理，生成K幅整像元水平的阵列方向带噪声退化参考图像gk(x，y)，k＝1，2，…K；以及步骤K：利用刃边法MTF测试算法，对所述整像元水平阵列无噪声刃边退化图像g(x，y)，以及所述K幅整像元水平的阵列方向带噪声刃边退化参考图像gk(x，y)，k＝1，2，…K，分别进行第一方向的MTF计算，将Nyquist频率处的归一化MTF计算值与第一方向的在轨MTF参考值进行对比，得到光学遥感载荷在轨MTF精度；其中，所述第一方向为载荷阵列方向和载荷运动方向其中之一。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李传荣，李晓辉，张静，朱家佳，李子扬，唐伶俐，胡坚，朱博，马灵玲，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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