本发明专利技术涉及GF‑4卫星的MTF采样领域,具体涉及GF‑4卫星中全色相机拍摄到的真实目标图像序列计算MTF,使用提到的MTF估计方法,抓取了目标场景的100帧图像,真实目标区域图像,通过Kolmogorov‑Smirnov检验检验了卫星姿态的随机变化节律,遵守高斯分布,根据使用新型靶标估计GF‑4光学成像系统的在轨空间特性的详细程序,提取到的多条LSF曲线,模拟图像和GF‑4数据集之间MTF的差异来自PSF模版的设置,不受大气散射以及卫星姿态振动随机误差的影响。本发明专利技术解决了减少噪声和偶然采样误差对单幅图像的影响,且无法得到较优的LSF的问题。
MTF calculation method for space resampling GF-4 satellite based on a new target
【技术实现步骤摘要】
基于一种新型靶标的空间重采样GF-4卫星的MTF计算方法
本专利技术涉及GF-4卫星的MTF采样领域,具体涉及基于一种新型靶标的空间重采样GF-4卫星的MTF计算方法。
技术介绍
调制传递函数(MTF)是评估光学系统成像质量的重要参数。虽然光学传感器的性能在发射前已经在实验室进行了严格的测试,但由于卫星发射震动的影响,空间环境的变化,大气衰减等因素都会降低卫星相机的MTF性能。因此,有必要对卫星星载相机在轨MTF的变化进行测量和监测。MTF测量方法,如斜刃法、星点法和脉冲法,可大致分为基于人工目标的方法和基于自然目标的方法。人造卫星目标通常用于低轨卫星的定标。例如,倾斜刀刃法已被用于估计卫星SPOT5和卫星QuickBird的在轨MTF,KOMPSAT-3和GOCI中利用星点法计算MTF。利用脉冲法计算IKONOS的在轨MTF。在上述低轨道(LEO)的应用中,需要布设足够大的高对比度目标。GF-4卫星是我国第一颗全色相机地面分辨率50米的地球同步轨道(GEO)光学遥感卫星,布设足够大的传统人工靶标非常困难。即使有星目标,一次拍摄的图像也容易受到强噪声干扰。另一种选择是使用具有强烈对比和弯曲边缘形状的自然物体,如道路和月亮,作为边缘目标。然而,这种方法可能会出现与人工靶标相比不可忽视的误差。考虑到GF-4的凝视成像机理,我们提出了一种改进的延伸星形目标用于MTF校准。GF-4星载相机在短时间内拍摄的序列图像在一定程度上具有相对随机的距离。如果用这种空间多次采样的图像序列来计算LSF,将有助于减少噪声和偶然采样误差对单幅图像的影响。然后采用网格搜索和梯度下降的参数优化方法拟合最佳LSF。为此,我们设计基于一种新型靶标的空间重采样GF-4卫星的MTF计算方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足,本专利技术提供了一种基于一种新型靶标的空间重采样GF-4卫星的MTF计算方法,解决了减少噪声和偶然采样误差对单幅图像的影响,且无法得到较优的LSF的问题。本专利技术通过以下技术方案予以实现:基于一种新型靶标的空间重采样GF-4卫星的MTF计算方法,该方法包括以下步骤:S1:对靶心设计,选择均匀的低反射率区域作为暗背景,并且设置具有覆盖3×4GSD的高反射辐射特征目标(60%);S2:进行LSF拟合,选择靶标图像中包含ARP的行作为单个LSF提取出,然后根据ARP作为中心对齐所有的LSF曲线得到一个n*11的矩阵;S3:对MTF进行计算,拟合LSF后,对其进行傅立叶变化和归一化处理,得到奈奎斯特点的MTF;S4:得到计算结果,首先得到仿真结果,用已知的模糊核卷积模拟的目标图像序列,以检查计算的MTF是否与预设值一致,然后得到GF-4结果,使用上面提到的MTF估计方法,抓取了目标场景的100帧图像,得到真实目标区域图像,使用新型靶标估计GF-4光学成像系统的在轨空间特性的详细程序,提取到的多条LSF曲线,MTF是根据提出方法推导得出。优选的,所述S2中LSF的计算公式为,PSF(点扩散函数)用于表征成像系统的脉冲响应,LSF表示PSF沿线源方向的积分结果。优选的,所述LSF拟合是利用卫星姿态角变化从而引起随机微小位移的图像序列进行。优选的,所述LSF的中心部分和尾部为传统的拟合函数是高斯和指数函数的简单加法,所述高斯函数和指数函数之间更深层次的关系公式为,h(x)表示LSF拟合值,θ1表示拟合LSF的中心,θ2θ4和θ6是权重系数,θ3是高斯函数的标准偏差,θ5表示指数函数的斜率,X表示LSF横坐标。优选的,所述为得到最优θ,有其中y为LSF真实值,f为拟合值,为正则项系数。优选的,所述经过网格搜索及梯度下降法的迭代,可得α为迭代步长,为每次求导得到的梯度。本专利技术的有益效果为:本专利技术结构设计合理,本专利方法于GF-4卫星中全色相机拍摄到的真实目标图像序列计算MTF。全色成像的时间间隔是5秒,因此在几分钟的多次成像期间可以将目标场景视为不变的。使用提到的MTF估计方法,抓取了目标场景的100帧图像,真实目标区域图像。该目标于2016年7月26日在中国黑龙江省肇东(46.04N,125.59E)布设,通过Kolmogorov-Smirnov检验检验了卫星姿态的随机变化节律,遵守高斯分布,根据使用新型靶标估计GF-4光学成像系统的在轨空间特性的详细程序,提取到的多条LSF曲线,模拟图像和GF-4数据集之间MTF的差异来自PSF模版的设置,不受大气散射以及卫星姿态振动随机误差的影响。由于估计的MTF与本节中从PSF推导得到的已知MTF非常接近,从而验证了本文提出的方法可靠且有说服力,解决了减少噪声和偶然采样误差对单幅图像的影响,且无法得到较优的LSF的问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的流程图;图2是本专利技术的新型靶标示意图;图3是图2中靶标提取出的原始LSF图;图4是多条LSF组成矩阵的原理示意图具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。参看图1-4:基于一种新型靶标的空间重采样GF-4卫星的MTF计算方法,该方法包括以下步骤:S1:对靶心设计,选择均匀的低反射率区域作为暗背景,并且设置具有覆盖3×4GSD的高反射辐射特征目标(60%);S2:进行LSF拟合,选择靶标图像中包含ARP的行作为单个LSF提取出,然后根据ARP作为中心对齐所有的LSF曲线得到一个n*11的矩阵;S3:对MTF进行计算,拟合LSF后,对其进行傅立叶变化和归一化处理,得到奈奎斯特点的MTF;S4:得到计算结果,首先得到仿真结果,用已知的模糊核卷积模拟的目标图像序列,以检查计算的MTF是否与预设值一致,然后得到GF-4结果,使用上面提到的MTF估计方法,抓取了目标场景的100帧图像,得到真实目标区域图像,使用新型靶标估计GF-4光学成像系统的在轨空间特性的详细程序,提取到的多条LSF曲线,MTF是根据提出方法推导得出。具体的,所述S2中LSF的计算公式为,PSF(点扩散函数)用于表征成像系统的脉冲响应,LSF表示PSF沿线源方向的积分结果。具体的,所述LSF拟合利用卫星姿态角变化从而引起随机微小位移的图像序列进行。具体的,所述LSF的中心部分和尾部为传统的拟合函数是高斯和指数函数的简单加法,所述高斯函数和指数函数之间更深层次的关系公式为,h(x)表示LSF拟合值,θ1表示拟合LSF的中心,θ2θ4和θ6是权重系数,θ3是高斯函数的标准偏差,θ5表示指数函数的斜率,X表示LSF横坐标。具体的,所述为得到最优θ,有其中y为LSF真实值,f为拟合值,为正则项系数。具体的,所述经过网格搜索及梯度下降法的迭代,可得α为迭代步长,为每次求导得到的梯度。本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于一种新型靶标的空间重采样GF‑4卫星的MTF计算方法,该方法包括以下步骤:S1:对靶心设计,选择均匀的低反射率区域作为暗背景,并且设置具有覆盖3×4GSD的高反射辐射特征目标(60%);S2:进行LSF拟合,选择靶标图像中包含ARP的行作为单个LSF提取出,然后根据ARP作为中心对齐所有的LSF曲线得到一个n*11的矩阵;S3:对MTF进行计算,拟合LSF后,对其进行傅立叶变化和归一化处理,得到奈奎斯特点的MTF;S4:得到计算结果,首先得到仿真结果,用已知的模糊核卷积模拟的目标图像序列,以检查计算的MTF是否与预设值一致,然后得到GF‑4结果,使用上面提到的MTF估计方法,抓取了目标场景的100帧图像,得到真实目标区域图像,使用新型靶标估计GF‑4光学成像系统的在轨空间特性的详细程序,提取到的多条LSF曲线,MTF是根据提出方法推导得出。
【技术特征摘要】
1.基于一种新型靶标的空间重采样GF-4卫星的MTF计算方法,该方法包括以下步骤:S1:对靶心设计,选择均匀的低反射率区域作为暗背景,并且设置具有覆盖3×4GSD的高反射辐射特征目标(60%);S2:进行LSF拟合,选择靶标图像中包含ARP的行作为单个LSF提取出,然后根据ARP作为中心对齐所有的LSF曲线得到一个n*11的矩阵;S3:对MTF进行计算,拟合LSF后,对其进行傅立叶变化和归一化处理,得到奈奎斯特点的MTF;S4:得到计算结果,首先得到仿真结果,用已知的模糊核卷积模拟的目标图像序列,以检查计算的MTF是否与预设值一致,然后得到GF-4结果,使用上面提到的MTF估计方法,抓取了目标场景的100帧图像,得到真实目标区域图像,使用新型靶标估计GF-4光学成像系统的在轨空间特性的详细程序,提取到的多条LSF曲线,MTF是根据提出方法推导得出。2.根据权利要求1所述的基于一种新型靶标的空间重采样GF-4卫星的mtf计算方法,其特征在于:所述S2中LSF的计算公式为,PSF(点扩散函数)用于表征成...
【专利技术属性】
技术研发人员:高昆,韩璐,李若娴,陈卓一,孔祥皓,豆泽阳,朱振宇,李果,
申请(专利权)人:北京理工大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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