CN107633487A - 一种航空摆扫式多光谱扫描仪图像的系统级相对辐射校正方法 - Google Patents

一种航空摆扫式多光谱扫描仪图像的系统级相对辐射校正方法 Download PDF

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刘晓波
李金龙
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Abstract

本发明属于航空遥感图像预处理技术领域，具体涉及一种针对航空摆扫式多光谱扫描仪多条带间图像的系统级相对辐射校正方法。该方法在单条带扫描图像进行机上实时相对辐射校正的基础上，对多条带扫描图像进行系统级相对辐射校正，以消除时间积累后多条带图像之间非均匀性发生的变化，并在此基础上进一步对图像进行去条纹和图像增强处理，以增强图像目视解译效果。

Description

一种航空摆扫式多光谱扫描仪图像的系统级相对辐射校正 方法
技术领域
本发明属于航空遥感图像预处理领域，具体涉及一种针对航空摆扫式多光谱扫描仪多条带间图像的系统级相对辐射校正方法。
背景技术
大视场、高分辨率摆扫式多光谱扫描仪的发展和试验图像的获取，可推广应用到航空遥感领域。然而遥感数据能否得到有效的应用不仅取决于成像载荷的设计与性能，也取决于其成像图像数据的辐射和几何质量。辐射定标和校正虽然不直接参与获取遥感图像，但在确定图像品质方面起着重要的作用。辐射校正有相对辐射校正和绝对辐射校正两种方式，相对辐射校正是校正由传感器各个探测器之间的响应及偏置不均匀、探测器线列上每个探测元的固有响应和暗电流的不一致性所造成的图像采集误差。针对大视场摆扫式多光谱扫描仪的成像特点，在飞行方向，由一系列窄而长的摆扫条带(每个为横向视场角100°，飞行方向视场角2.93°)拼接构成航带。随着时间的推移，即使经过了实时相对辐射校正的多个摆扫条带图像之间的非均匀性也会发生变化，影响后期拼接大图的图像解译和目标识别效果。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提出一种航空摆扫式多光谱扫描仪图像的系统级相对辐射校正方法，以解决如何
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提出一种航空摆扫式多光谱扫描仪图像的系统级相对辐射校正方法，该方法包括如下步骤：
S1、起飞前，在地面对扫描仪进行现场坏像元替换；起飞后，利用机上实时定标数据，对扫描仪采集到的多条带摆扫图像数据进行机上实时相对辐射校正，并将经过实时相对辐射校正的图像数据作为原始图像数据进行存储；
S2、根据高低温辐射定标图像数据，计算各图像条带内的实时相对辐射校正系数，对高低温辐射定标图像数据进行自身图像条带内的相对辐射校正，得到经过相对辐射校正的高低温辐射定标图像数据；
S3、利用经过相对辐射校正后的高低温辐射定标图像数据，计算不同摆扫条带间的系统级相对辐射校正系数，对多条带摆扫的原始图像数据进行系统级相对辐射校正。
进一步地，该方法进一步包括：S4、对经过系统级相对辐射校正之后的图像中残余的条纹，采用基于场景的非均匀校正法进行去条纹处理，并对处理后的图像进行灰度拉伸和直方图均衡处理，以达到最利于目视解译的状态效果。
(三)有益效果
本发明提出的航空摆扫式多光谱扫描仪图像的系统级相对辐射校正方法，在单条带扫描图像进行机上实时相对辐射校正的基础上，对多条带扫描图像进行系统级相对辐射校正，以消除时间积累后多条带图像之间非均匀性发生的变化，并在此基础上进一步对图像进行去条纹和图像增强处理，以增强图像目视解译效果。
附图说明
图1为本发明实施例大视场扫描成像摆扫条带示意图；
图2为本发明实施例高低温辐射定标图像数据预处理流程图；
图3为本发明实施例系统级相对辐射校正流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本实施例提出一种航空摆扫式多光谱扫描仪图像的系统级相对辐射校正方法，该方法中进行大视场扫描成像摆扫条带的原理，如图 1所示。本实施例的系统级相对辐射校正方法包括如下步骤：
步骤1：起飞前，在地面根据坏像元检测程序检测出坏像元查找表，据此表对扫描仪的坏像元进行替换；飞机起飞后，在扫描图像采集过程中，扫描仪每摆扫100°，在视场边缘采集高温、低温黑体图像各一幅，并且保证在机上实时定标时，定标的高温、低温黑体/积分球出射的能量维持不变。同时，在扫描仪探测器输出处理程序中完成机上实时相对辐射校正，将该图像作为原始图像数据打上标记后存入机上集中存储系统。
步骤2：在数据预处理前，首先回放数据，将与每一个100°摆扫条带对应高温、低温黑体图像、输入的定标高、低辐射亮度值、增益值对应整理在一起。由于机上集中存储系统存储的原始图像数据为经过机上条带内实时相对辐射校正之后的数据，而黑体采集的高低温辐射定标数据为探测器原始输出的数据。因此，需要对机上辐射定标产生的高低温辐射定标图像数据进行预处理，分别对每幅定标图像数据进行自身图像条带内的相对辐射校正，处理结果作为后续计算系统级相对辐射校正系数和进行系统级相对辐射校正的输入。该步骤的高低温辐射定标图像数据预处理具体流程，如图2所示。
步骤3：利用经过相对辐射校正后的高低温辐射定标图像数据，计算不同摆扫条带间的系统级相对辐射校正系数。每一个100°摆扫条带，飞行方向视场角约为2.93°，用户在使用时，需将多条带拼接为一幅大的图像，数据预处理软件留有接口，用户可选择一次处理的条带数量。根据用户需求，设一次处理的条带数为G条。系统级相对辐射校正的处理即针对G条条带处理。
G条条带相对辐射校正方程，如公式(1)所示：
通过公式(2)，解算出第i像元一对G条条带相对辐射定标因子：
其中，G为G条条带；q为定标前；i为像元坐标，G条条带统一编号；r为能机上光源能级；DNGqir为第i像元辐射定标前的输出数字值；kGi为第i像元的增益定标因子；bGi0为第i像元定标偏移量；为输入r能级时，校正前图像的平均数字量。
在相对辐射校正系数计算的基础上，将G条条带的相对辐射定标因子代入待校正的G条条带图像，利用公式(3)进行系统级相对辐射校正，第i像元输出数字值量如下
DNGhi＝kGiDNGqi+bGi0 (3)
DNGhi为辐射校正后第i像元输出数字值。
本实施例中进行系统级相对辐射校正的具体流程，如图3所示。
步骤4：针对系统级相对辐射校正之后图像中仍然存在部分残留条纹的现象，采取基于场景的非均匀校正算法进行去条纹处理。基于单条带成像图像，对N个探测元的谱段线列，求取每一个探测元在摆扫方向上成像所有像素的灰度均值并计算整幅条带图像的灰度均值假设探测器排列方向为行方向，扫描仪摆扫方向为列方向，记为m，利用下式对整幅条带图像的灰度值进行处理：
其中，g’nm为处理后图像上第n行第m列个像素的灰度值；gnm为原始图像第n行第m列个像素的灰度值；为第n行探测元在摆扫方向成像m个像素的灰度均值；为整幅条带图像的灰度均值。
对校正后的图像进行灰度拉伸和直方图均衡处理，能够使得图像视觉效果增强，达到最利于目视解译的状态效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种航空摆扫式多光谱扫描仪图像的系统级相对辐射校正方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、起飞前，在地面对扫描仪进行现场坏像元替换；起飞后，利用机上实时定标数据，对所述扫描仪采集到的多条带摆扫图像数据进行机上实时相对辐射校正，并将经过实时相对辐射校正的所述图像数据作为原始图像数据进行存储；
S2、根据高低温辐射定标图像数据，计算各图像条带内的实时相对辐射校正系数，对所述高低温辐射定标图像数据进行自身图像条带内的相对辐射校正，得到经过相对辐射校正的高低温辐射定标图像数据；
S3、利用经过相对辐射校正后的高低温辐射定标图像数据，计算不同摆扫条带间的系统级相对辐射校正系数，对多条带摆扫的所述原始图像数据进行系统级相对辐射校正。
2.如权利要求1所述的系统级相对辐射校正方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
S4、对经过所述系统级相对辐射校正之后的图像中残余的条纹，采用基于场景的非均匀校正法进行去条纹处理，并对处理后的图像进行灰度拉伸和直方图均衡处理，以达到最利于目视解译的状态效果。
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