CN106289319A - 一种基于在轨序列图像的卫星系统传函测算方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于在轨序列图像的卫星系统传函测算方法，采集含有脉冲靶标的序列图像，在每帧图像中定位亚像元边缘位置，根据脉冲靶标的灰度分布提取采样点，拟合线扩展函数，对序列统计求平均，再做傅里叶变换得到传函曲线，最后结合靶标像面宽度对传函曲线进行修正。该方法通过连续时间采样弥补空间采样的不足，能够弥补靶标规模不足对卫星传函测算的限制，显著降低成本，基于以上优点，针对高轨遥感卫星分辨率相对低轨卫星较低但是可以实现凝视成像的特点，在高轨遥感卫星相机在轨性能评定中具有广泛的应用前景和重大应用价值。

Description

一种基于在轨序列图像的卫星系统传函测算方法

技术领域

本发明属于卫星性能测试评价领域，涉及一种基于在轨序列图像的卫星系统传函测算方法。

背景技术

调制传递函数(MTF)是评价光学卫星成像系统性能的重要客观指标，为了定量化评价相机成像质量，发射之前都进行实验室的MTF测试，发射之后还要进行在轨MTF测试。Becker等人2005年在ISPRS文章中总结提出了四种MTF测试方法，第一种是点脉冲法，第二种基于线脉冲法，第三种是刃边法，第四种是辐射状靶标法，黄巧林等人2006年在《航天返回与遥感》上发表的《航天光学遥感器MTF测试技术研究》一文中给出了第五种方法，高对比度矩形靶标测试方法。地球静止轨道遥感卫星可以实现凝视成像，显著提高对同一地球观测的时间分辨率，高分辨对地观测系统重大工程专项中的高分四号卫星就是一颗地球静止轨道遥感卫星，与既有太阳同步轨道卫星的观测能力具有很强的互补性。但是同时，由于成像距离远，地球静止轨道遥感卫星分辨率相对太阳同步轨道卫星低，以高分四号卫星为例，如果运行在太阳同步轨道，分辨率可以达到0.7m，但是在地球静止轨道分辨率仅为50m。分辨率降低会给卫星在轨测试带来不利影响，对于传函测试，如果采用常用的刃边法或脉冲法，特征地物面积需要提高一两个数量级，布设靶标的工程量和成本剧增，因此迫切需要研究提出有效的解决方案。综合考虑上述几种方法，脉冲法可以直接从图像中提取线扩展函数，跳过边缘扩展函数拟合的问题，因此比刃边法计算结果精度要高。但是与之相应的是对采样图像的质量要求较高，简单从图像上选取样区困难，有必要通过人工靶标试验获取高质量的样本图像。

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于在轨序列图像的卫星系统传函测算方法，本发明方法能够仅以约10个像元大小的特征地物测量出分辨率在几十米量级的卫星在轨传函，计算结果能够客观反映卫星性能。

本发明的技术解决方案是：一种基于在轨序列图像的卫星系统传函测算方法，其步骤如下：

1)确定用于在轨传函测试的地面均匀背景区，所述的地面均匀背景区反射率为ρ1，空间范围水平方向不小于M个像元GSDx，垂直方向应不小于N个像元GSDy；其中GSDx为卫星水平方向像元分辨率，GSDy为卫星中心视场垂直方向像元分辨率；地面上均匀背景区布设高亮度靶标，靶标反射率为ρ2，靶标形状为矩形，其中短边长度不少于m倍实际地面采样距离，长边长度不少于n倍实际地面采样距离；

2)调整卫星姿态，使成像中心视场对准地面均匀背景区中心位置，连续成像K次形成K帧图像，其中K为正整数；

3)在第一帧图像中提取靶标中垂线处的线扩展函数；

4)重复步骤3)并叠加各帧结果获得整个序列的线扩展函数；

5)将线扩展函数的傅里叶变换与宽度为靶标宽度的方波的傅里叶变换做比值处理，消除实际靶标宽度的影响，得到最终的传函曲线。

所述的K、M、N、m、n均为正整数，且K≥20>M>10>N≥n≥5>m≥2。

所述的ρ1、ρ2均为正实数，且1>ρ2>3*ρ1>0。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明方法从理论上解决了分辨率在几十米量级的卫星在轨传函中由于靶标面积要求过大而不可行的问题，通过时间连续采样弥补靶标图像空间样本不足，可以反映卫星图像真实的传函，从而客观评价地球同步轨道遥感卫星成像能力，因此在卫星地面系统工程开展在轨测试和在轨运行阶段图像质量评价中具有实际应用价值。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

具体实施方式

下面参照附图对本方法进行说明。

如图1所示，一种基于在轨序列图像的卫星系统传函测算方法，步骤如下：

1)确定用于在轨传函测试的地面均匀背景区，若卫星中心视场地面分辨率水平方向为50m，垂直方向为50m，则矩形靶标短边长度120m，长边长度300m，靶标短边方向背景长度600m，靶标长边方向背景长度300m；若靶标材料反射率超过0.6，背景反射率应不超过0.2；

2)调整卫星姿态，使成像中心视场对准地面均匀背景区中心位置，连续成像30次，得到30帧图像；

3)在第一帧图像中提取靶标中垂线处的线扩展函数；

4)重复步骤3)并叠加30桢结果获得整个序列的线扩展函数；

5)将线扩展函数的傅里叶变换与宽度为靶标宽度的方波的傅里叶变换做比值处理，消除实际靶标宽度的影响，得到最终的传函曲线。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种基于在轨序列图像的卫星系统传函测算方法，其特征在于步骤如下：

1)确定用于在轨传函测试的地面均匀背景区，所述的地面均匀背景区反射率为ρ1，空间范围水平方向不小于M个像元GSDx，垂直方向应不小于N个像元GSDy；其中GSDx为卫星水平方向像元分辨率，GSDy为卫星中心视场垂直方向像元分辨率；地面上均匀背景区布设高亮度靶标，靶标反射率为ρ2，靶标形状为矩形，其中短边长度不少于m倍实际地面采样距离，长边长度不少于n倍实际地面采样距离；

2)调整卫星姿态，使成像中心视场对准地面均匀背景区中心位置，连续成像K次形成K帧图像，其中K为正整数；

3)在第一帧图像中提取靶标中垂线处的线扩展函数；

4)重复步骤3)并叠加各帧结果获得整个序列的线扩展函数；

5)将线扩展函数的傅里叶变换与宽度为靶标宽度的方波的傅里叶变换做比值处理，消除实际靶标宽度的影响，得到最终的传函曲线。

2.根据权利要求1所述的一种基于在轨序列图像的卫星系统传函测算方法，其特征在于：所述的K、M、N、m、n均为正整数，且K≥20>M>10>N≥n≥5>m≥2。

3.根据权利要求1所述的一种基于在轨序列图像的卫星系统传函测算方法，其特征在于：所述的ρ1、ρ2均为正实数，且1>ρ2>3*ρ1>0。