一种增益差别较大的成像系统的目标提取及平场改正方法技术方案

本发明专利技术实施例涉及一种增益差别较大的成像系统的目标提取及平场改正方法，针对增益差别较大的成像系统在原始观测图像中分辨不出观测目标的现状，设计一种目标提取和平场改正方法。该方法包括：建立准均匀面光源系统，并拍摄光源图像；获得多帧观测目标在探测器不同位置的图像；利用准均匀面光源，扣除每帧观测图像的不均匀背景，提取观测目标的特征信息；在获得观测目标特征基础上对序列在探测器不同位置的图像进行配准；利用观测目标在探测器不同位置强度之比等于不同位置增益之比的基本原理迭代平场；利用迭代的平场图像，对观测目标图像进行平场改正，完成对观测目标的精确光度标定。

【技术实现步骤摘要】
一种增益差别较大的成像系统的目标提取及平场改正方法
本专利技术涉及遥感成像领域，包括对地或天文目标的遥感成像，尤其涉及一种增益差别较大的成像系统的目标提取及平场改正方法。
技术介绍
在遥感观测领域，如空间对地观测或空间、地基的天文观测，都使用望远镜对软X射线、紫外、可见光、红外等波长进行观测，观测图像最终记录在探测器上。通常地，探测器可使用电荷耦合器件(Charge-CoupledDevice，CCD)或互补金属氧化物半导体器件(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)相机。在可见光波段，CCD或CMOS相机对不同像元的增益差别一般不大，当望远镜系统基本没有渐晕时，一般可以轻而易举的观测到目标。但实际观测中，有的观测设备不可避免地存在渐晕，如外掩式的日冕仪。有的波长限于探测器的制造工艺，不同像元增益差别较大，例如红外波段。此外，传统的天文观测许多使用光纤光谱仪来同时得到观测目标的空间和光谱信息，每根光纤的透过率不同，导致某个波长处的成像强度受不同根光纤的透过率影响。上述限制最终导致探测器获得的观测目标存在较大的仪器效应，当观测目标的亮度差小于仪器增益差时，很难分辨出观测目标的细节。通过数据标定可以校正上述仪器效应，从低质量的观测图像中精确的提取出观测目标的真实信息。通常渐晕效应可以通过光学设计计算得到，也可以通过观测均匀面光源实测到。平场不仅可以描述渐晕，也可以描述高频的不均匀性，如探测器不同像元的差异、近焦面处光学元件的透过率不均匀性，脏点，光纤光谱仪每根光纤的透过率差异等。平场测量一般选择均匀面光源，如探测器的平场可以在实验室通过积分球测量出来，望远镜系统的平场夜天文中多采用圆顶平场或晨昏蒙影平场。圆顶平场需要在观测圆顶内建造一个幕布，一个光源，光源打到幕布上散射出均匀的面光源，天光平场在日出或日落前后背对太阳的方向选择一块无云、尽可能均匀的天区，将该天区视做面光源。小视场太阳观测中可以通过随机抖动望远镜，获得均匀面光源；大视场的太阳观测可以通过高斯扩散片或乳白玻璃在观测视场内扩散出较为均匀的面光源。还有一种方法移动太阳像使得太阳像在面阵成像器件内位置变化，采集多帧图像，计算不同帧之间的位移量，采用最小二乘拟合方法拟合出平场，该方法可以适用于非均匀的面光源。上述方法实际使用时都存在一些限制，如天空平场可以用于可见光，在红外波段，太阳辐射比可见光弱得多，红外对温度也十分敏感，沿天空方向大气的温度不均匀性会影响天空光源的均匀性，从而影响天空平场的测量精度。同理，在中红外波段，圆顶平场的均匀性也很难保证，因周围的物体都是发射源。在真空紫外波段，散射材料不容易选择，所以采用扩散片的方法难以应用。对于增益差别较大的成像系统，因增益差别较大，观测时原始图像中几乎看不到观测目标，移动太阳像的方法需要知道精确的移动量，因分辨不出观测目标导致不同帧图像之间的位移无法计算，该方法也无法应用。可见，对于增益差别较大的成像系统，亟需一种有效的方法在原始观测图像中提取出观测目标，也亟需一种精确的平场定标方法实现对观测目标精确的光度标定。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种增益差别较大的成像系统的目标提取及平场改正方法，可以在原始观测图像中提取观测目标图像，并在此基础上进行平场改正，以实现对观测目标精确的光度标定。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于扣除非均匀面光源背景实现目标特征提取，并在此基础上计算平场，从而实现增益差别较大的成像系统的精确定标。第一方面，本专利技术实施例提供了一种增益差别较大的成像系统的目标提取方法，该方法包括：建立准均匀面光源，将成像系统对准所述准均匀面光源，拍摄第一图像，其中，所述成像系统包括探测器；将所述成像系统对准观测目标，拍摄多帧所述观测目标在所述探测器不同位置的第二图像，计算每帧第二图像的平均亮度；分别调整所述第一图像的亮度，以调整所述准均匀面光源的亮度，使得调整后的准均匀面光源与所述每帧第二图像的平均亮度一致，得到每帧第二图像对应的亮度调整后的第一图像；将所述每帧第二图像的亮度减去所述每帧第二图像对应的亮度调整后的第一图像的亮度，得到去除背景的每帧第二图像，完成对所述观测目标的特征提取。在一个可能的实施例中，所述准均匀的面光源包括：人造光源或自然光源，其中，所述人造光源包括经漫反射板、扩散片后反射或透射的均匀性一般的光源或经积分球后的光源；所述自然光源包括：天空背景、太阳以及夜晚月亮中的任一种。在一个可能的实施例中，所述将所述每帧第二图像的亮度减去所述每帧第二图像对应的亮度调整后的第一图像的亮度，得到去除背景的每帧第二图像，完成对所述观测目标的特征提取，包括：SSi(x)＝Si(x)-SM(x)＝g(x)×O(x)-g(x)×m；其中，SSi(x)表示第i帧去除背景的第二图像第x个像元处的亮度值；Si(x)表示第i帧第二图像中在第x个像元处探测器接收的观测目标的亮度值；SM(x)表示第i帧第二图像对应的亮度调整后的第一图像中在第x个像元处探测器接收的准均匀面光源的亮度值，所述准均匀面光源的亮度已调整到和所述第i帧第二图像的平均亮度一致；g(x)表示第二图像中第x个像元处的增益；O(x)表示第i帧第二图像中对应的第x个像元处对应的观测目标的亮度值；m表示调整后的准均匀面光源的亮度值。在一个可能的实施例中，该方法还包括：在对所述第一图像和所述多帧第二图像进行处理之前，对所述第一图像和所述多帧第二图像进行扣除暗场和剔除坏点的预处理。第二方面，本专利技术实施例提供了增益差别较大的精确光度定标装置，该装置包括：准均匀面光源单元，用于建立准均匀面光源；成像单元，用于对准所述准均匀面光源，拍摄第一图像，其中，所述成像单元包括探测器；所述成像单元，还用于对准观测目标，拍摄多帧所述观测目标在所述探测器不同位置的第二图像；处理单元，用于计算每帧第二图像的平均亮度；分别调整所述第一图像的亮度，以调整所述准均匀面光源的亮度，使得调整后的准均匀面光源与所述每帧第二图像的平均亮度一致，得到每帧第二图像对应的亮度调整后的第一图像；将所述每帧第二图像的亮度减去所述每帧第二图像对应的亮度调整后的第一图像的亮度，得到去除背景的每帧第二图像，完成对所述观测目标的特征提取；根据提取的所述观测目标的特征对去除背景的多帧第二图像中的观测目标进行图像配准，得到多帧第二图像相对观测目标移动的位移；根据所述多帧第二图像相对观测目标移动的位移和多帧第二图像中观测目标的亮度，迭代运算出所述成像单元的平场，其中，所述平场用于指示所述成像单元在不同像元处的增益；根据所述成像单元的平场，对所述多帧第二图像进行平场改正，得到精确光度标定的多帧观测目标图像；显示单元，用于显示所述精确光度标定后的多帧观测目标图像。在一个可能的实施例中，所述准均匀面光源单元，具体通过人造光源或自然光源得到，其中，所述人造光源包括经漫反射板、扩散片后反射或透射的均匀性一般的光源或经积分球后的光源；所述自然光源包括：天空背景、太阳以及夜晚月亮中的任一种。在一个可能的实施例中，所述处理单元具体通过以下公式得到去除背景的每帧第二图像，完成对所述观测目标的特征提取，包括：SSi(x)＝Si(x)-SM(x)＝g(x)×O(x)-g(x)×本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增益差别较大的成像系统的目标提取及平场改正方法，其特征在于，所述方法包括：建立准均匀面光源，将成像系统对准所述准均匀面光源，拍摄第一图像，其中，所述成像系统包括探测器；将所述成像系统对准观测目标，拍摄多帧所述观测目标在所述探测器不同位置的第二图像，计算每帧第二图像的平均亮度；分别调整所述第一图像的亮度，以调整所述准均匀面光源的亮度，使得调整后的准均匀面光源与所述每帧第二图像的平均亮度一致，得到每帧第二图像对应的亮度调整后的第一图像；将所述每帧第二图像的亮度减去所述每帧第二图像对应的亮度调整后的第一图像的亮度，得到去除背景的每帧第二图像，完成对所述观测目标的特征提取；根据提取的所述观测目标的特征对去除背景的多帧第二图像中的观测目标进行图像配准，得到多帧第二图像相对观测目标移动的位移；根据所述多帧第二图像相对观测目标移动的位移和多帧第二图像中观测目标的亮度，迭代运算出所述成像系统的平场，其中，所述平场用于指示所述成像系统在不同像元处的增益；根据所述成像系统的平场，对所述多帧第二图像进行平场改正，得到精确光度标定的多帧观测目标图像。

【技术特征摘要】
1.一种增益差别较大的成像系统的目标提取及平场改正方法，其特征在于，所述方法包括：建立准均匀面光源，将成像系统对准所述准均匀面光源，拍摄第一图像，其中，所述成像系统包括探测器；将所述成像系统对准观测目标，拍摄多帧所述观测目标在所述探测器不同位置的第二图像，计算每帧第二图像的平均亮度；分别调整所述第一图像的亮度，以调整所述准均匀面光源的亮度，使得调整后的准均匀面光源与所述每帧第二图像的平均亮度一致，得到每帧第二图像对应的亮度调整后的第一图像；将所述每帧第二图像的亮度减去所述每帧第二图像对应的亮度调整后的第一图像的亮度，得到去除背景的每帧第二图像，完成对所述观测目标的特征提取；根据提取的所述观测目标的特征对去除背景的多帧第二图像中的观测目标进行图像配准，得到多帧第二图像相对观测目标移动的位移；根据所述多帧第二图像相对观测目标移动的位移和多帧第二图像中观测目标的亮度，迭代运算出所述成像系统的平场，其中，所述平场用于指示所述成像系统在不同像元处的增益；根据所述成像系统的平场，对所述多帧第二图像进行平场改正，得到精确光度标定的多帧观测目标图像。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述准均匀的面光源包括：人造光源或自然光源，其中，所述人造光源包括经漫反射板、扩散片后反射或透射的均匀性一般的光源或经积分球后的光源；所述自然光源包括：天空背景、太阳以及夜晚月亮中的任一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述每帧第二图像的亮度减去所述每帧第二图像对应的亮度调整后的第一图像的亮度，得到去除背景的每帧第二图像，完成对所述观测目标的特征提取，包括：SSi(x)＝Si(x)-SM(x)＝g(x)×O(x)-g(x)×m其中，SSi(x)表示第i帧去除背景的第二图像第x个像元处的亮度值；Si(x)表示第i帧第二图像中在第x个像元处探测器接收的观测目标的亮度值；SM(x)表示第i帧第二图像对应的亮度调整后的第一图像中在第x个像元处探测器接收的准均匀面光源的亮度值，所述准均匀面光源的亮度已调整到和所述第i帧第二图像的平均亮度一致；g(x)表示第二图像中第x个像元处的增益；O(x)表示第i帧第二图像中对应的第x个像元处对应的观测目标的亮度值；m表示调整后的准均匀面光源的亮度值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对去除背景的多帧第二图像中的观测目标进行图像配准，得到所述观测目标相对多帧第二图像之间的位移，包括：通过互相关或绝对差分算法中的任一种算法对所述去除背景的多帧第二图像中的观测目标进行图像配准，得到所述观测目标相对多帧第二图像之间的位移。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多帧第二图像相对观测目标移动的位移和多帧第二图像中观测目标的亮度，迭代运算出所述成像系统的平场，包括：其中，O(...

【专利技术属性】
技术研发人员：白先勇，冯志伟，张志勇，邓元勇，杨潇，张洋，
申请(专利权)人：中国科学院国家天文台，
类型：发明
国别省市：北京,11