CN102200475A - 一种高精度的(极)多元成像系统相对辐射定标方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一个新型高精度的(极)多元成像系统相对辐射定标方法和装置。该方法通过对漫反射参考板施加转动和平移，将一定时间内获取的图像积分来获得近似理想的均匀参照面；利用太阳高度角变化带来的光照变化，获取均匀参照面的不同灰度级的图像；通过对不同成像元的不同灰度级图像值进行相关拟合建立成像元间的响应差异，从而获得高精度相对辐射定标参数。该方法的具体实现装置由一个多轴运动平台和一块漫反射参考板组成。该方法具有高精度、高置信度、高稳定性、易操作、低成本、且精度充分可控的优点，适用于从紫外到近红外太阳反射光区(约0.25μm-2.5μm)的(极)多元成像系统的相对辐射定标及校下，可以显著提高这类成像系统的图像质量。

Description

一种高精度的(极)多元成像系统相对辐射定标方法

技术领域

本发明属于成像技术领域，是一种高精度、高置信度、高稳定性、易操作、低成本的(极)多元成像系统相对辐射定标方法。

背景技术

随着国民经济和成像技术的发展，以CCD成像技术为代表的(极)多元成像技术在科学观测、民用、国防等领域逐渐得到了应用和发展。(极)多元成像系统是指各种基于阵列成像器件，成像元数目可达百万以上的线阵、而阵成像系统，它可以同时获取一定范围内的空间信息。这类成像系统也应用于空间调制型多高光谱成像仪中，可以同时获取一定光谱范围内的光谱信息，如基于线阵CCD的摆扫成像光谱仪和基于面阵CCD的推扫成像光谱仪。

(极)多元成像系统具有固有的辐射不一致问题，使得各个成像元对目标的响应存在相对差异。因此必须对成像系统进行相对辐射定标。

进行相对辐射定标需要使用均匀参照物来获取成像元间的相对响应差异。传统相对辐射定标方法或使用自然界中的均匀地物，或使用大型积分球均匀光源系统。均匀地物极为稀少且均匀性无法保证，而积分球系统的辐照均匀度依赖于积分球的球面圆度和内表面光学性质等一些难以控制的因素，且价格昂贵。

迫切地需要一种新的针对(极)多元成像系统的相对辐射定标方法，能够避免以上不足。

发明内容

为了解决现有问题，本发明提出了一套高精度(理论精度可达任何可能值、实际精度可以优于0.1％)、低成本、且精度充分可控(决定精度的主要参数可在较大范围内调节)的相对辐射定标方法和装置，适用于从紫外到近红外太阳反射光区(约0.25μm-2.5μm)的(极)多元成像系统以及空间调制型多-高光谱成像仪的相对辐射定标及校正。

针对相对辐射定标的核心问题——获取均匀参照物，本发明的设计思想是对施加了转动和平移的漫反射参考板成像，将一定时间内获取的图像积分来取得均匀参照面的图像。

针对定标系数计算的需求，本发明利用太阳高度角变化带来的光照变化，获取均匀参照面的不同灰度级的图像。

本发明通过对不同成像元的不同灰度级图像值进行相关拟合建立成像元间的响应差异，各成像元和一个选定成像元(或全体成像元一个子集的均值)间的相关拟合系数即为各个成像元的定标系数。

对上述方法的具体实现，本发明设计了以下的装置：

硬件器件包括：

(1)多轴运动平台及其控制器，用于安放漫反射参考板并施加转动和平移，运动速度可调。

(2)漫反射参考板。

软件组成：

(1)多轴运动平台运动控制软件。

(2)数据处理软件，利用采集到的图像数据计算定标参数，对图像进行校正。

附图说明

图1为高精度(极)多元成像系统相对辐射定标装置示意图。图例说明如下：1.漫反射参考板；2.多轴转动平台及其控制器；3.成像器件；4.数据采集主机；5.数据传输线；6.支架；7.太阳。其中相对辐射校正装置由1、2构成，3、4、5、6组成成像系统。

具体实现方式

下面将结合附图1对本发明加以详细说明，应指出的是，所描述的实现仅旨在便于对本发明的理解，面对其不起任何限定作用。

具体的步骤参照如下：

(1)将漫反射参考板放置于多轴运动平台上，按照用户要求的定标状态安装并设定成像系统和数据采集系统，系统应处于阳光无遮挡、无近距强地物反照的室外环境；

(2)依据用户对定标系数的精度要求设置多轴运动平台的运动速度和成像工作时间；

(3)启动多轴运动平台，使漫反射参考板相对于成像系统进行转动和平动；

(4)开始进行成像，由数据采集软件将图像保存到主机，并确保成像工作时间内太阳光照变化的影响符合定标精度要求；

(5)对采集到的图像进行时间积分，获得均匀参照面的图像；

(6)在若干太阳高度角发生足够变化的时间段，重复步骤(3)-(5)，以取得均匀参照面的多个不同灰度级的图像；

(7)选取成像系统的一个成像元(或全体成像元一个子集的均值)作为基准，使用多个均匀参照面的图像进行所有成像元对基准成像元的相关拟合，拟合系数即为各个像元的相对辐射定标系数。

(以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并个局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。)

Claims (6)

1.一种高精度的(极)多元成像系统相对辐射定标方法，具有高精度、高置信度、高稳定性、易操作、低成本等特性。内容如下：

(1)构造近似理想均匀参照面的设计：通过对施加了平移和转动的运动目标多次成像，将一定时间内获取的图像相加或平均来取得近似理想的均匀参照面；

(2)获取不同灰度级的均匀参照面的图像：利用太阳高度角变化带来的光照变化，在不同时间重复(1)来获取均匀参照面的不同灰度级的图像；

(3)定标系数计算：通过对不同成像元的不同灰度级图像值进行相关拟合建立成像元间的响应差异，各成像元和一个选定成像元(或全体成像元一个子集的均值)间的相关拟合系数即为各个成像元的定标系数。

2.对权利1的装置，实施步骤如下：

(1)将漫反射参考板放置于多轴运动平台上，按照用户要求的定标状态安装并设定成像系统和数据采集系统，系统应处于阳光无遮挡、无近距强地物反照的室外环境；

(2)依据用户对定标系数的精度要求设置多轴运动平台的运动速度和成像工作时间；

(3)启动多轴运动平台，使漫反射参考板相对于成像系统进行转动和平动；

(4)开始进行成像，由数据采集软件将图像保存到主机，并确保成像工作时间内太阳光照变化的影响符合定标精度要求；

(5)对采集到的图像进行时间积分，获得均匀参照面的图像；

(6)在若干太阳高度角发生足够变化的时间段，重复步骤(3)-(5)，以取得多个不同灰度级的均匀参照面的图像；

(7)选取成像系统的一个成像元(或全体成像元一个子集的均值)作为基准，使用多个均匀参照面的图像进行所有成像元对基准成像元的相关拟合，拟合系数即为各个像元的相对辐射定标系数。

3.根据权利1和2的方法、装置和具体实施步骤，其核心段计思想在于，运动(转动和平动同时进行)目标的入瞳辐照的时间积分等效于一个近似理想的均匀入瞳辐照；

4.根据权利1和2的方法、装置和具体实施步骤，其特征在于，均匀参照面的均匀程度可以精确计算，影响其均匀程度的参数也充分可控；

5.根据权利1和2的方法、装置和具体实施步骤，其特征在于，最终获取的定标参数的精确性可以精确估计，影响其精度的各个因素充分可控；

6.根据权利1和2的方法、装置和具体实施步骤，其特征在于，获取定标参数使用的硬件和软件平台，以及计算方法，都是成熟且易获取的，整体成本远远低于同等精度的其他方法。 

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