CN102692273B - 一种干涉型高光谱成像仪的mtf在轨检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种干涉型高光谱成像仪的MTF在轨检测方法，(1)读取高光谱成像仪干涉数据图，对该高光谱成像仪干涉数据进行离散傅立叶逆变换得到干涉型高光谱成像仪光谱数据图；(2)在高光谱成像仪光谱数据图中选取“刃边”图像模块，利用该图像模块的信噪比SNR选取适合计算干涉型高光谱成像仪MTF的有效波段；(3)在有效波段上，进行刃边图像模块的刃边点提取；将刃边点拟合形成边缘扩散函数ESF；(4)对边缘扩散函数ESF进行微分计算，将微分计算结果进行拟合得到线扩散函数LSF，然后再对LSF进行离散傅里叶变换计算出干涉型高光谱成像仪的有效波段MTF；(5)依据上述确定的有效波段MTF，对各有效波段MTF进行平均，最终得到干涉型高光谱成像仪整体的MTF。

Description

一种干涉型高光谱成像仪的MTF在轨检测方法
技术领域
本发明涉及一种干涉型高光谱成像仪的MTF在轨检测方法，特别涉及一种环境减灾卫星高光谱成像仪的光谱漂移检测方法。
背景技术
干涉型高光谱成像仪具有很高的光谱分辨率，它以纳米级的光谱分辨率获得丰富的地物空间信息、辐射信息和光谱信息，其信息的充分应用程度取决于干涉型高光谱数据的成像质量。
干涉型高光谱成像仪在成像过程中由于大气的影响，会引起成像质量下降；并且随着在轨时间的增长，成像系统中光学、探测器和电子学子系统等衰减的影响，也会使成像质量逐渐退化，从而降低图像中信息的应用能力。因而，对干涉型高光谱数据的成像质量的评价是十分必要的。
调制传递函数(MTF)是评价在轨干涉型高光谱成像仪数据质量的一个重要物理参数，它能客观地反映一个成像系统的空间频率特性，是目前国际上通行的评价成像质量的方法。目前，针对多光谱传感器的MTF已经有较为成熟的在轨检测方法，而对于干涉型高光谱成像仪的MTF在轨检测方法，到目前为止，尚未见国内外文献资料中有关这方面的检测方法。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种干涉型高光谱成像仪的MTF在轨检测方法。
本发明的技术解决方案是：一种干涉型高光谱成像仪的MTF在轨检测方法，步骤如下：
(1)读取高光谱成像仪干涉数据图，对该高光谱成像仪干涉数据进行离散傅立叶逆变换得到干涉型高光谱成像仪光谱数据图；
(2)在高光谱成像仪光谱数据图中选取“刃边”图像模块，利用该图像模块的信噪比SNR选取适合计算干涉型高光谱成像仪MTF的有效波段；
(3)在适合计算干涉型高光谱成像仪MTF的有效波段上，进行刃边图像模块的刃边点提取；将刃边点拟合形成边缘扩散函数ESF；
(4)对边缘扩散函数ESF进行微分计算，将微分计算结果进行拟合得到线扩散函数LSF，然后再对LSF进行离散傅里叶变换计算出干涉型高光谱成像仪的有效波段MTF；
(5)依据上述确定的有效波段MTF，对各有效波段MTF进行平均，最终得到干涉型高光谱成像仪整体的MTF。
所述步骤(2)有效波段的判断依据为：
SNR = | B L ( λ ) ‾ - B R ( λ ) ‾ | ( σ B L ( λ ) + σ B R ( λ ) ) / 2 > SNR 0
式中：
Figure BSA00000727919500022
为刃边左侧高光谱成像仪光谱数据强度的均值；
Figure BSA00000727919500023
为刃边右侧高光谱成像仪光谱数据强度的均值；
Figure BSA00000727919500024
为刃边左侧高光谱成像仪光谱数据强度的方差；
为刃边右侧高光谱成像仪光谱数据强度的方差；
SNR0为判据的最小值，其要求至少大于50。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)本发明针对干涉型高光谱成像仪的成像特点，改进了基于刃边法计算MTF的方法，实现了干涉型高光谱成像仪目前无在轨MTF检测的技术问题。
(2)本发明依据干涉型高光谱成像仪的光谱数据特点，采用信噪比作为选取适合计算干涉型高光谱成像仪MTF波段的判断方法，有效控制了干涉型高光谱成像仪光谱数据噪声对MTF的影响，提高了MTF在轨检测的精度。
(3)本发明在计算MTF过程中，依据数据处理不同阶段数据采用了不同拟合函数来控制方法处理过程中产生的误差，降低了数据处理过程中不确定误差的敏感性。
(4)本发明为干涉型高光谱成像仪MTF在轨检测提出的方法，兼顾了干涉型高光谱成像仪特性与算法可实行性，对干涉型高光谱成像仪成像质量评价具有很强的工程应用意义。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。如图1所示，本发明步骤如下：
(1)读取高光谱成像仪干涉数据图，对该高光谱成像仪干涉数据进行傅立叶逆变换得到高光谱成像仪光谱数据图；依据实验室光谱定标结果，按照公式①计算得到高光谱成像仪光谱数据；
B(λ)＝Λ·I(Δ)                                ①
式中：Δ为相干光束的光程差；
λ为高光谱成像仪波段的波长；
I(Δ)对应高光谱成像仪干涉数据强度；
B(λ)对应高光谱成像仪光谱数据强度；
Λ对应傅立叶逆变换系数矩阵。
(2)在高光谱成像仪光谱数据图中选取“刃边”图像模块，利用该图像模块的信噪比(SNR)选取适合计算干涉型高光谱成像仪MTF的有效波段；
(2.1)刃边图像模块选取
从干涉型高光谱成像仪数据图上选取刃边图像，一般要求刃边两侧区域的灰度值有一定的差异，还要求刃边两侧每一个区域内的灰度比较均匀(将刃边左右两侧每个像元的高光谱成像仪光谱数据强度记为BL(λ)、BR(λ))。
(2.2)干涉型高光谱成像仪的有效MTF计算波段选取
由于仪器噪声及其他方面的影响，并不是所有的干涉型高光谱成像仪波段都可以用来进行MTF计算，通过采用公式②定义的信噪比(SNR)作为判断依据，将满足判读条件的选取为适合计算干涉型高光谱成像仪MTF的有效波段；
SNR = | B L ( λ ) ‾ - B R ( λ ) ‾ | ( σ B L ( λ ) + σ B R ( λ ) ) / 2 > SNR 0 ②
式中：
Figure BSA00000727919500042
为刃边左侧高光谱成像仪光谱数据强度的均值
为刃边右侧高光谱成像仪光谱数据强度的均值
为刃边左侧高光谱成像仪光谱数据强度的方差
Figure BSA00000727919500045
为刃边右侧高光谱成像仪光谱数据强度的方差
SNR0为判据的最小值，其要求至少大于50。
(3)在适合计算干涉型高光谱成像仪MTF的有效波段上，进行刃边图像模块的刃边点提取；将刃边点拟合形成边缘扩散函数(ESF)；
(3.1)刃边点提取
对刃边图像模块的每一行作微分，找出差值最大的位置，采用该点附近的7个值作为拟合多项式曲线的参数点，然后对多项式求极值，极值处的像元位置即为边界点；
(3.2)边缘扩散函数计算
依据边界点位置数据，采用公式③拟合边缘扩散函数ESF：
ESF ( x ) = d + Σ k = 1 3 a k 1 ( e x - b k c k + 1 ) ③
式中：x为边界点位置；
ESF(x)为对应边界点位置上的高光谱成像仪光谱数据强度；
ak为费米函数的幅度；
bk为费米函数对应x轴上的中心位置；
ck为费米函数的陡度；
d为费米函数对应y轴上的中心位置；
(4)对有效波段的ESF进行微分计算，将此计算结果进行拟合得到线扩散函数(LSF)，然后再对LSF进行离散傅里叶变换计算出干涉型高光谱成像仪的有效波段MTF；
(4.1)线扩散函数计算
对有效波段的ESF进行微分，并对ESF微分结果采用公式④拟合线扩散函数LSF：
LSF ( x ) = 1 2 π e - x 2 2 σ 2 ④
式中：σ为ESF微分结果的方差；
(4.2)MTF计算
对线扩散函数进行离散傅里叶变换，取变换之后各分量的模为各频率的调制传递函数值，并以第一个调制传递函数值为基准，作归一化处理得到的调制传递函数值；并将Nyquist频率处的调制传递函数值作为干涉型高光谱成像仪有效波段的MTF；
(5)依据上述确定的有效波段MTF，对各有效波段MTF进行平均，最终得到干涉型高光谱成像仪整机的MTF。
根据本发明方法计算的调制传递函数MTF值，在后续的图像恢复和大气订正等方面得到应用，利用该值在后续的图像恢复中提高图像质量，或者在大气订正中消除部分大气影响。本发明方法在HJ-1A星HSI成像仪上取得了很好效果。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (2)

1.一种干涉型高光谱成像仪的MTF在轨检测方法，其特征在于步骤如下：
(1)读取高光谱成像仪干涉数据图，对该高光谱成像仪干涉数据进行离散傅立叶逆变换得到干涉型高光谱成像仪光谱数据图；
(2)在高光谱成像仪光谱数据图中选取刃边图像模块，利用该图像模块的信噪比SNR选取适合计算干涉型高光谱成像仪MTF的有效波段；
(3)在适合计算干涉型高光谱成像仪MTF的有效波段上，进行刃边图像模块的刃边点提取；将刃边点拟合形成边缘扩散函数ESF；
(4)对边缘扩散函数ESF进行微分计算，将微分计算结果进行拟合得到线扩散函数LSF，然后再对LSF进行离散傅里叶变换计算出干涉型高光谱成像仪的有效波段MTF；
(5)依据上述确定的有效波段MTF，对各有效波段MTF进行平均，最终得到干涉型高光谱成像仪整体的MTF。
2.根据权利要求1所述的一种干涉型高光谱成像仪的MTF在轨检测方法，其特征在于：所述步骤(2)有效波段的判断依据为：
SNR = | B L ( λ ) ‾ - B R ( λ ) ‾ | ( σ B L ( λ ) + σ B R ( λ ) ) / 2 > SNR 0
式中：为刃边左侧高光谱成像仪光谱数据强度的均值；
      为刃边右侧高光谱成像仪光谱数据强度的均值；
      
Figure FSB0000121995600000014
为刃边左侧高光谱成像仪光谱数据强度的方差；
      
Figure FSB0000121995600000015
为刃边右侧高光谱成像仪光谱数据强度的方差；
      SNR0为判据的最小值，其要求大于50。
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