视频卫星面阵相机在轨相对辐射定标方法技术

本发明专利技术涉及视频卫星在轨相对辐射定标方法，特别是关于采用Bayer模板成像模式的视频卫星面阵传感器相机的在轨相对辐射定标方法。首先采用卫星传感器对深空成像或夜间海洋成像模式标定传感器暗电流误差，然后采用卫星传感器多帧序列对特殊地物成像，实现Bayer面阵传感器的高精度增益定标，最后基于增益标定系数利用Bayer面阵传感器对异常探元进行定位及补偿，实现异常探元的位置探测和补偿处理。本发明专利技术解决了视频卫星面阵传感器探元响应不一致性问题以及传感器在轨响应时变问题，提升了卫星图像辐射质量，实现了视频卫星面阵传感器在轨相对辐射定标。

【技术实现步骤摘要】
视频卫星面阵相机在轨相对辐射定标方法
本专利技术涉及视频卫星在轨相对辐射定标方法，特别是关于采用Bayer模板成像模式的视频卫星面阵传感器相机的在轨相对辐射定标方法。
技术介绍
经过30多年的发展，我国航天技术取得了巨大进步，已形成资源、气象、海洋、环境、国防系列等构成的对地观测遥感卫星体系。特别是在“高分辨率对地观测系统”国家科技重大专项建设的推动下，通过在平台传感器研制、多星组网、地面数据处理等方面的创新，我国遥感卫星的空间分辨率、时间分辨率、数据质量大幅提升，为我国现代农业、防灾减灾、资源环境、公共安全等重要领域提供了信息服务和决策支持。随着遥感应用的深入，应用需求已从定期的静态普查向实时动态监测方向发展，利用卫星对全球热点区域和目标进行持续监测，获取动态信息已经成为迫切需求。由于视频卫星可获得一定时间范围内目标的时序影像，具备了对运动目标的持续监视能力，视频卫星成像技术已成为遥感卫星发展的一大热点。卫星在发射过程受到应力释放的影响，在轨运行后温热等物理环境变化剧烈，这些因素都会使卫星传感器成像响应状态发生变化，直接降低成像图像质量。高精度在轨相对辐射定标是保障卫星辐射图像质量的关键技术。视频卫星一般采用面阵传感器成像，相对传统线阵推扫式卫星，同样算法很难达到线阵推扫式卫星传感器辐射定标精度；另外，视频卫星的动态目标跟踪与轨迹确定等应用对辐射定标精度具有很高的要求。因此，研究视频卫星面阵相机的辐射定标技术，解决视频卫星面阵传感器探元响应不一致性问题以及传感器在轨响应时变问题，提升卫星图像辐射质量，实现视频卫星面阵传感器在轨相对辐射定标，对保障视频卫星在动态观测领域的应用效果具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术针对视频成像这一新型成像卫星，提出基于多帧序列的在轨相对辐射定标方法及异常探元定位和补偿方法，采用卫星传感器对深空成像或夜间海洋成像模式标定传感器暗电流误差，采用卫星传感器多帧序列对特殊地物成像，实现Bayer面阵传感器的高精度增益定标，同时基于增益标定系数提出Bayer面阵传感器异常探元定位及补偿方法，实现视频面阵传感器异常探元的位置探测和补偿处理。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种视频卫星面阵相机在轨相对辐射定标方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，利用卫星发射前实验室定标数据、卫星在轨后对深空成像数据或夜间海洋成像多帧序列图像数据，获取暗电流定标数据，通过对暗电流数据各个探元进行灰度平均获取传感器各个探元暗电流定标结果，其中，Biasj为传感器第j个探元暗电流定标系数，biasi,j为第i帧暗电流数据第j个探元灰度值，N为暗电流成像帧序列个数，Threshold为暗电流剔除阈值；步骤2，通过卫星对特殊均匀场景区域成像获取视频多帧序列图像数据，对视频多帧序列图像数据进行暗电流校正后，以传感器单波段有效探元均值为相对辐射定标基准，实现传感器各波段探元间响应不一致性标定，具体实现过程如下，步骤2.1，对多帧序列视频图像进行暗电流校正处理，对传感器单一探元多帧图像数据进行平均，步骤2.2，获取面阵探元相对辐射定标基准，步骤2.3，获取面阵传感器各个探元增益系数，步骤2.4，利用相对辐射定标后增益系数和暗电流定标系数，对视频卫星单帧图像数据进行校正处理，其中，n为单次相对辐射定标所用帧数，i为视频帧序列图像第i帧，j为视频传感器探元序号，DetNums为视频传感器所有探元个数，DNi,j为第i帧第j个探元的数字量化值，即传感器第j个探元成像在图像上体现的灰度值；Biasj为传感器第j个探元暗电流定标系数，为第j个探元暗电流校正后数字量化均值，为单次相对辐射定标基准，gainj为视频传感器第j个探元的增益系数，也是传感器探元相对辐射定标系数，为视频图像第i帧第j个探元校正后数字量化值。而且，还包括步骤3，通过对增益定标后的增益系数进行阈值分析，实现传感器异常探元的定位，根据异常探元索引位置建立视频卫星面阵传感器异常探元位置文件，在对视频卫星单帧图像进行相对辐射校正处理时采用加权插值的方法实现异常探元补偿处理。而且，步骤3所述的异常探元补偿处理，实现方式如下，对Bayer模板成像传感器红色波段和蓝色波段处理方式如下，当异常探元位于第一列时，采用插值公式，式中红色波段m＝0，蓝色波段m＝1；当异常探元位于第一行时(单独针对红色波段或蓝色波段而言，角点除外)，采用插值公式，式中红色波段n＝0，蓝色波段n＝1；当异常探元位于最后一列时(单独针对红色波段或蓝色波段而言，角点除外)，采用插值公式，式中红色波段m＝M-2，蓝色波段m＝M-1；当异常探元位于最后一行时(单独针对红色波段或蓝色波段而言，角点除外)，采用插值公式，式中红色波段n＝N-2，蓝色波段n＝N-1；当异常探元位不在图像边缘时，按下式插值处理，对Bayer模板成像传感器绿色波段按以下插值方式处理：当异常探元位于第一列时(角点除外)，采用插值公式，当异常探元位于第一行时(角点除外)，采用插值公式，当异常探元位于最后一列时(角点除外)，采用插值公式，当异常探元位于最后一行时(角点除外)，采用插值公式，当异常探元位不在图像边缘时，采用插值公式，上述式中，N为影像行数，M为影像列数，(n,m)为视频单帧图像数字量化值索引下标，DNn,m为视频单帧序列图像第n行第m列图像数字量化值。当异常探元位于视频传感器四个角点时，采用临近的两个或三个像素按距离加权插值；当存在两个异常探元相邻时，将上述插值公式根据距离进行加权处理；当存在三个以上异常探元相邻，则不做处理。而且，所述的有效探元是指除坏探元、高亮探元、死探元之外的探元。与现有技术相比，本专利技术是的优点：1、直接对Bayer模板定标，消除了不同Bayer插值算法对相对辐射定标精度的随机性影响，提高了相对辐射定标精度。2、采用对深空成像或夜间海洋成像的方式标定传感器暗电流，解决了卫星无星上定标设备时无法在轨对暗电流定标的问题。3、利用视频卫星传感器多帧序列对特殊地物成像，可实现高频次的在轨相对辐射定标。4、本专利技术针对视频卫星传感器Bayer模板成像模式，采用异常探元定位及补偿方法，克服传感器探元在轨多变无法实时补偿异常探元的问题。基于以上优点，本专利技术可以广泛应用于视频卫星面阵相机的在轨相对辐射定标。附图说明图1是本专利技术实施例的流程图。图2是本专利技术实施例中卫星Bayer模板示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。图1为本专利技术实施例的流程图，首先采用卫星传感器对深空成像或夜间海洋成像模式标定传感器暗电流误差，然后采用卫星传感器多帧序列对特殊地物成像，实现Bayer面阵传感器的高精度增益定标，最后基于增益标定系数利用Bayer面阵传感器对异常探元进行定位及补偿，实现异常探元的位置探测和补偿处理。步骤1，暗电流定标：视频卫星发射后由于其所处空间环境的变化如温度、物理震动等，以及传感器探元本身响应状态衰减，导致卫星传感器探元响应发生变化，造成卫星发射前实验室定标系数无法使用，必须进行在轨相对辐射定标。本专利技术实施例中视频卫星暗电流标定采用卫星对深空多帧成像或夜间海洋多帧成像的方式获取暗电流定标数据(这里的多帧一般指几十帧到几百帧视频单帧图像)，通过对暗电流数据各个探元本文档来自技高网...

【技术保护点】
视频卫星面阵相机在轨相对辐射定标方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，利用卫星发射前实验室定标数据、卫星在轨后对深空成像数据或夜间海洋成像多帧序列图像数据，获取暗电流定标数据，通过对暗电流数据各个探元进行灰度平均获取传感器各个探元暗电流定标结果，

【技术特征摘要】
1.视频卫星面阵相机在轨相对辐射定标方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，利用卫星发射前实验室定标数据、卫星在轨后对深空成像数据或夜间海洋成像多帧序列图像数据，获取暗电流定标数据，通过对暗电流数据各个探元进行灰度平均获取传感器各个探元暗电流定标结果，其中，Biasj为传感器第j个探元暗电流定标系数，biasi,j为第i帧暗电流数据第j个探元灰度值，N为暗电流成像帧序列个数，Threshold为暗电流剔除阈值；步骤2，通过卫星对特殊均匀场景区域成像获取视频多帧序列图像数据，对视频多帧序列图像数据进行暗电流定标后，以传感器单波段有效探元均值为相对辐射定标基准，实现传感器各波段探元间响应不一致性标定，具体实现过程如下，步骤2.1，对多帧序列视频图像进行暗电流定标处理，对传感器单一探元多帧图像数据进行平均，步骤2.2，获取面阵探元相对辐射定标基准，步骤2.3，获取面阵传感器各个探元增益系数，步骤2.4，利用相对辐射定标后增益系数和暗电流定标系数，对视频卫星单帧图像数据进行校正处理，其中，n为单次相对辐射定标所用帧数，i为视频帧序列图像第i帧，j为视频传感器探元序号，DetNums为视频传感器所有探元个数，DNi,j为第i帧第j个探元的数字量化值，即传感器第j个探元成像在图像上体现的灰度值；Biasj为传感器第j个探元暗电流定标系数，为第j个探元暗电流定标后数字量化均值，为单次相对辐射定标基准，gainj为视频传感器第j个探元的增益系数，也是传感器探元相对辐射定标系数，为视频图像第i帧第j个探元校正后数字量化值。2.如权利要求1所述的视频卫星面阵相机在轨相对辐射定标方法，其特征在于：还包括步骤3，通过对增益定标后的增益系数进行阈值分析，实现传感器异常探元的定位，根据异常探元索引位置建立视频卫星面阵传感器异常探元位置文件，在对视频卫星单帧图像进行相对辐射校正处理时采用加权插值的方法实...

【专利技术属性】
技术研发人员：张过，李立涛，汪韬阳，蒋永华，沈欣，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42