一种基于均匀场高精度偏航相对辐射定标方法技术

一种基于均匀场高精度偏航相对辐射定标方法。本发明专利技术属于遥感图像数据处理及定量化应用技术领域，提出了一种适用于高分辨率遥感相机的高精度相对辐射定标方法。采用霍夫变换算法和优化迭代算法对高分辨遥感相机在卫星偏航模式下获取的条带数据进行条纹角度精确检测，然后基于该检测结果对亮暗均匀场景区域偏航条带数据进行正规化处理，采用线性回归分析法求解各块CCD内部相对定标系数，最后利用正常成像均匀场图像求解块间相对辐射定标系数，进而获取全幅宽相对辐射定标系数。本发明专利技术有效提高高分辨遥感相机在轨相对辐射定标精度，适用于具有偏航成像模式的光学遥感相机高效、高精度相对辐射定标与校正，可有效提高图像品质。质。质。

【技术实现步骤摘要】
一种基于均匀场高精度偏航相对辐射定标方法


[0001]本专利技术属于遥感图像数据处理及定量化应用
，具体涉及 光学遥感相机在轨相对辐射定标。

技术介绍

[0002]光学遥感相机在轨相对辐射定标是遥感图像应用的基础，其主要 目的是消除因探测器响应不一致、光学系统衰变等因素造成图像中的 纵向条纹条带和亮暗不均。目前国内外常用的光学遥感相机在轨相对 辐射定标方法主要有星上定标法、均匀场法、统计法。星上定标法虽 然能够获取高精度定标，但对于大口径、高分辨光学遥感相机而言， 受星上空间、功耗及视场限制，应用不多。均匀场法以地球表面大面 积均匀场地为参考基准进行全视场全光路定标，被国内外主流线阵推 扫光学遥感相机所采用，但其定标精度依赖于场地均匀性，随着遥感 相机空间分辨率的提高，场地的均匀性降低，一定程度上限制了高分 辨率遥感相机的相对定标精度。统计法虽然可以解决相机响应非线性 的问题，但需要对海量复杂场景数据进行统计，且数据量随探元数量 和量化位数成指数增长，导致其越来越难以满足遥感系列高分辨相机 相对定标的时效性要求。
[0003]偏航法理论上实现了入射辐射的完全一致，可实现高精度相对辐 射定标。但偏航法需要假设偏航条带数据中同一地物成像条纹为45
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进行正规化处理，而对高分辨遥感相机，受卫星姿态控制精度、偏流 角补偿误差、曝光时间不匹配等因素的影响，很难做到同一地物成像 条纹正好是45
°
，而这一限制可以通过手动的方式对正规化处理结果 进行修正(Gerace A,Schott J,Gartley M,et al.An Analysis of the SideSlither On
‑
Orbit Calibration Technique Using the DIRSIG Model[J]. Remote Sensing,2014,6:10523
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10545)。张过等人将直方图统计的方 法应用到遥感25号卫星偏航数据来实现无场化相对辐射定标，并提出 使用LSD(line segment detector)算法进行同一地物成像条纹的检测 和正规化处理，但实际上直方图统计的方法并不需要进行正规化处 理，且在统计量不足的情况下，难以获取高端校正参数。师英蕊等人 提出使用两个均匀场地对中分辨率遥感相机进行偏航相对辐射定标， 但未对正规化过程进行详细阐述。
[0004]现有的高分辨遥感相机在轨相对辐射定标方法存在以下问题：一 是传统均匀场法相对辐射定标精度提高受限，直方图匹配法相对辐射 定标耗时耗工效率不高；二是基于均匀场的偏航法相对辐射定标理论 上可获取较高的精度，但目前多采用单场地，且未对偏航条带数据中 同一地物成像条纹非45
°
存在的取样误差进行准确、系统的修正和验 证。为实现高分辨遥感相机高精度、高效率在轨相对辐射定标，特提 出此专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出了一种新的适用于高分辨率遥感相机的高 精度相对辐射定标方法，解决传统均匀场法相对辐射定标精度提高受 限，直方图匹配法相对辐射定标耗时耗工效率不高；偏航法多采用单 场地，且未对偏航条带数据中同一地物成像条纹非45
°
存
在的采样误 差进行准确修正和验证的技术问题。
[0006]为达到上述目的，解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下， 包括如下步骤：
[0007]一种基于均匀场的高精度偏航相对辐射定标的方法，其特征在 于，包括如下步骤：
[0008]步骤1、偏航定标数据的获取
[0009]高分辨遥感相机在偏航工作模式下，对均匀场成像，通过对偏航 定标数据处理，获取相对辐射定标系数；其中的均匀场区域用于定标， 非均匀场区域用于条带数据中斜条纹的角度检测；
[0010]步骤2、条带数据中斜条纹的角度检测与优化验证
[0011]首先选取非均匀区域，使用Canny边缘检测算法，设置阈值得到 二值化边缘检测图像，然后对该图像进行霍夫变换来检测直线角度， 并在霍夫空间对直线角度进行阈值筛选，统计得到与实际角度最为接 近的估值α0；以估值α0对非均匀区域偏航数据进行正规化处理并验 证效果，若正规化后图像中同一地物形成的条纹不够水平，可以α0 为基准，设置步长σ进行优化迭代直至条纹水平，优化迭代结果就是 斜条纹实际的角度α；
[0012]步骤3、均匀区域选取与正规化
[0013]偏航条带数据中的均匀区域将被用于相对辐射定标，该区域地物 比较均匀，因此斜条纹不明显，而因探测器响应不一致等因素造成的 纵向条纹相对明显，以此作为均匀区域选取的依据；
[0014]在进行区域选取时，选取的区域是矩形，而用于定标的偏航条带 均匀区域是包含在该矩形中的平行四边形，根据条纹检测结果先从选 取的矩形中提取平行四边形区域，然后对其进行正规化，具体如下：
[0015]选取的包含均匀区域的矩形宽度为N，高度为M，则正规化后均 匀区域的宽度为N，高度为L，其表达式如下：
[0016]L＝M
‑
N
×
|tan(α)|
[0017]其中，N为选取矩形宽度，也是正规化后图像宽度，一般为单个 线阵CCD的探元数；α为检测出的斜条纹角度；
[0018]偏航条带数据正规化处理算法表达式如下：
[0019][0020]其中，DN[i,j]代表正规化后图像，i代表图像列序号，取值0～N
‑
1， j代表图像行序号，取值0～L
‑
1；代表正规化前偏航条带图像，i 代表图像列序号，取值0～N
‑
1，k代表图像行序号，取值0～M
‑
1，取决 于偏航条带图像中斜纹角度α和列序号i；
[0021]步骤4、探测器块内相对辐射定标系数计算；
[0022]步骤5、探测器块间相对辐射定标系数计算；
[0023]步骤6、全幅宽相对辐射定标系数计算。
[0024]本专利技术技术方案带来的有益效果如下：
[0025]1、本专利技术提出了一种新的适用于高分辨率遥感相机的高精度相 对辐射定标方法，首先采用霍夫变换算法和优化迭代算法对高分辨遥 感相机在卫星偏航模式下获取的条带数据进行条纹角度精确检测，然 后基于该检测结果对亮暗均匀场景区域偏航条带数据进行正规化处 理，采用线性回归分析法求解各块CCD内部相对定标系数，最后利 用正常
成像均匀场图像求解块间相对辐射定标系数，进而获取全幅宽 相对辐射定标系数。
[0026]2、本专利技术将计算机视觉中直线检测方法用于光学遥感器基于均 匀场景的偏航法相对辐射定标中，有效地解决了因卫星姿态、偏流角 设置等因素导致偏航条带数据中条纹非45
°
带来的取样误差，可有 效提高高分辨遥感相机在轨相对辐射定标精度。
[0027]3、本专利技术适用于具有偏航成像模式的光学遥感相机高效、高精 度相对辐射定标与校正，可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于均匀场的高精度偏航相对辐射定标的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、偏航定标数据的获取高分辨遥感相机在偏航工作模式下，对均匀场成像，通过对偏航定标数据处理，获取相对辐射定标系数；其中的均匀场区域用于定标，非均匀场区域用于条带数据中斜条纹的角度检测；步骤2、条带数据中斜条纹的角度检测与优化验证首先选取非均匀区域，使用Canny边缘检测算法，设置阈值得到二值化边缘检测图像，然后对该图像进行霍夫变换来检测直线角度，并在霍夫空间对直线角度进行阈值筛选，统计得到与实际角度最为接近的估值α0；以估值α0对非均匀区域偏航数据进行正规化处理并验证效果，若正规化后图像中同一地物形成的条纹不够水平，可以α0为基准，设置步长σ进行优化迭代直至条纹水平，优化迭代结果就是斜条纹实际的角度α；步骤3、均匀区域选取与正规化偏航条带数据中的均匀区域将被用于相对辐射定标，该区域地物比较均匀，因此斜条纹不明显，而因探测器响应不一致等因素造成的纵向条纹相对明显，以此作为均匀区域选取的依据；在进行区域选取时，选取的区域是矩形，而用于定标的偏航条带均匀区域是包含在该矩形中的平行四边形，根据条纹检测结果先从选取的矩形中提取平行四边形区域，然后对其进行正规化，具体如下：选取的包含均匀区域的矩形宽度为N，高度为M，则正规化后均匀区域的宽度为N，高度为L，其表达式如下：L＝M
‑
N
×
|tan(α)|其中，N为选取矩形宽度，也是正规化后图像宽度，一般为单个线阵CCD的探元数；α为检测出的斜条纹角度；偏航条带数据正规化处理算法表达式如下：其中，DN[i,j]代表正规化后图像，i代表图像列序号，取值0～N
‑
1，j代表图像行序号，取...

【专利技术属性】
技术研发人员：李幼平，周川杰，杜丽丽，张超，候军燕，陈卓，柏彬，刘晓，崔文煜，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：