一种基于像素内灵敏度模型的恒星能量提取方法技术

本发明专利技术公开一种基于像素内灵敏度模型的恒星能量提取方法，该方法步骤如下：(1)根据多帧图像重建仪器背景图，去除仪器背景对目标成像的影响；(2)用二维高斯函数拟合恒星目标的能量，得到目标的能量分布权重函数，将每个像元分成m

【技术实现步骤摘要】
一种基于像素内灵敏度模型的恒星能量提取方法


[0001]本专利技术属于空间卫星辐射定标
，尤其涉及一种基于像素内灵敏度模型的恒星能量提取方法。

技术介绍

[0002]基于恒星的定标方式具有辐射传输链路简单，可实现全谱段定标和多遥感器定标数据共享等特点，相比传统定标方式更加稳定，更适合作为长期在轨运行的大口径大面阵遥感卫星主要的在轨定标方式(非专利参考文献1)，而恒星能量提取的高稳定度和高精度是实现高精度恒星定标的重要因素。
[0003]由于系统限制，小于探测器瞬时视场角的点目标为欠采样成像，能量集中在单像素内。由于焦平面阵列的像素内灵敏度(Intro
‑
pixel Sensitivity:IPS)的不均匀性，当点目标偏离瞬时视场中心时，探测器接收的辐射功率发生变化，影响能量的计算稳定度和精度(非专利参考文献2和3)。而目前对IPS的研究大多是对IPS的实验室测试和物理模型仿真，对IPS建立数学模型并应用的例子较少。目前对IPS建立的数学模型主要分为阶跃函数模型(非专利参考文献4)、二维高斯函数模型、连续分段多项式函数模型(非专利参考文献5)。阶跃函数模型无法准确地表示IPS；二维高斯函数模型和连续分段多项式函数模型的参数较多，模型复杂，计算耗时较长。
[0004]综上，针对IPS对点目标成像产生较大误差的问题，迫切需要提出一种基于IPS模型的恒星能量提取方法。
[0005]非专利参考文献1:Chen Xuan,Qi Wenwen,Xu Peng.Research on radiative transfer chain for proper satellite radiometric calibration[J].Chinese Space Science and Technology(陈轩,齐文雯,徐鹏.基准星辐射定标的辐射传递链路研究[J].中国空间科学技术)，2018,38(02):40
‑
46.
[0006]非专利参考文献2：Lauer T R.The Photometry of Undersampled Point
‑
Spread Functions[J].Publications of the Astronomical Society of the Pacific,1999,111(765):1434
‑
1443.
[0007]非专利参考文献3：Anderson J,King I R.Toward High
‑
Precision Astrometry with WFPC2.I.Deriving an Accurate Point
‑
Spread Function[J].Publications of the Astronomical Society of the Pacific,2000,112(776):1360
‑
1382.
[0008]非专利参考文献4：Hu ZY,Su XF,Li XY,et al.A method for the characterization of intra
‑
pixel response of infrared sensor[J].Optical and Quantum Electronics,2019,51(3):74
[0009]非专利参考文献5：Bryson ST,Tenenbaum P,Jenkins JM,et al.The Kepler Pixel Response Function[J].Astrophysical Journal Letters,2010,713(2):L97
‑
L102.

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于像素内灵敏度模型的恒星能量提取方法，解决像素内灵敏度非均匀性对恒星能量提取的稳定度和精度产生较大误差的问题。
[0011]本专利技术的技术解决方案：一种基于像素内灵敏度模型的恒星能量提取方法，其特征在于步骤如下：
[0012]步骤1：获取来自原始图像上包含恒星的微小区域系列曝光图，根据连续多帧图像重建仪器背景图，去除仪器背景对恒星目标成像的影响；
[0013]步骤2：用二维高斯函数拟合恒星目标的能量，得到目标的能量分布权重函数，将每个像元分成m
×
m亚像元，这里可以取5≤m≤20，并按照权重函数重新分配目标能量至亚像元中；
[0014]步骤3：建立指数型像素内灵敏度模型，得到每个亚像元的像素内灵敏度值；
[0015]步骤4：将再分配后的目标响应与建立的像素内灵敏度模型反卷积，反推出像素响应值；
[0016]步骤5：根据孔径测光法求得恒星目标响应值。
[0017]其中，所述步骤1包括如下步骤：
[0018]步骤1.1：将几十帧连续曝光的图像，剔除包含恒星像的中心3
×
3像元，将剔除恒星后的几十帧曝光按照原始探测器位置进行平均叠加，形成仪器背景图；
[0019]步骤1.2：每帧曝光图扣除仪器背景图的数据强度，获得新的图像。这样获得的恒星图就不会受到仪器固定噪声或其它效应的负面影响。
[0020]所述步骤2包括如下步骤：
[0021]步骤2.1：对于减除仪器背景后的恒星图像，用二维高斯函数拟合恒星目标的能量分布，得到目标的能量分布权重函数；
[0022]步骤2.2：将每个像元分成m
×
m亚像元，这里可以取5≤m≤20，按照目标能量分布权重函数重新分配恒星目标能量至亚像元中，得到新的恒星图像的能量分布函数M(x,y)，而恒星的总能量不会被改变。
[0023]所述步骤3包括如下步骤：
[0024]建立单个像素内的指数型像素内灵敏度模型S(x,y)，并将每个像元分成m
×
m亚像元，这里可以取5≤m≤20，得到每个亚像元的像素内灵敏度的值S
i,j,s,t
(x,y)，其中s,t为n
×
n面阵阵列中的第s行、第t列像元，i,j为像元s,t上m
×
m亚像元网格中的第i行、第j列亚像元。这里1≤s,t≤n，1≤i,j＜＜m。
[0025]所述步骤4包括如下步骤：
[0026]再分配后的目标能量分布函数M(x,y)与建立的指数型像素内灵敏度模型S(x,y)反卷积，可以推出像素s,t应该输出的响应值I
s,t
。
[0027]所述步骤5包括如下步骤：
[0028]步骤5.1：取包含恒星的目标区域，计算目标区域的总灰度；
[0029]步骤5.2：在恒星区域外围取一个背景区域，计算背景区域像元的平均灰度；
[0030]步骤5.3：将目标区域总灰度减去目标区域像元数乘以背景区域平均灰度，获得中心区域目标响应值，即为恒星目标响应值。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于像素内灵敏度模型的恒星能量提取方法，其特征在于包括以下步骤:1)获取来自原始图像上包含恒星的微小区域系列曝光图，根据连续多帧图像重建仪器背景图，去除仪器背景对恒星目标成像的影响；2)用二维高斯函数拟合恒星目标的能量，得到目标的能量分布权重函数，将每个像元分成m
×
m亚像元，这里可以取5≤m≤20，并按照权重函数重新分配目标能量至亚像元中；3)建立指数型像素内灵敏度模型，得到每个亚像元的像素内灵敏度值；4)将再分配后的目标响应与建立的像素内灵敏度模型反卷积，反推出像素响应值；5)根据孔径测光法求得恒星目标响应值。2.根据权利要求1所述的一种基于像素内灵敏度模型的恒星能量提取方法，其特征在于：在步骤1)中所述的根据连续多帧图像重建仪器背景图，去除仪器背景对恒星目标成像的影响，具体方法步骤如下：步骤1)将几十帧连续曝光的图像，剔除包含恒星像的中心3
×
3像元，将剔除恒星后的几十帧曝光按照原始探测器位置进行平均叠加，形成仪器背景图；步骤2)每帧曝光图扣除仪器背景图的数据强度，获得新的图像。这样获得的恒星图就不会受到仪器固定噪声或其它效应的负面影响。3.根据权利要求1所述的一种基于像素内灵敏度模型的恒星能量提取方法，其特征在于：在步骤2)中所述的重新分配恒星目标能量至亚像元中的具体方法步骤如下：步骤1)对于减除仪器背景后的恒星图像，用二维高斯函数拟合恒星目标的能量分布，得到目标的能量分布权重函数；步骤2)将每个像元分成m
×
m亚像元，这里可以取5≤m≤20，按照目...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈凡胜，陈周霞，胡琸悦，苏晓锋，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：