CN110120018A - 一种面阵高动态范围夜光成像卫星在轨相对辐射定标方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面阵高动态范围夜光成像卫星在轨相对辐射定标方法，包括：在轨暗电流定标及校正，获取夜光传感器不同成像参数下暗电流参数；夜光传感器白天低增益图像定标及校正，获取夜光传感器白天低增益成像参数下图像的相对定标系数；构建“白天‑夜晚辐射基准传递模型”，实现白天低增益成像下相对定标系数对夜晚高增益图像的校正。本发明适用于面阵夜光卫星的在轨相对辐射定标，且具有精度高、更便利、成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及夜光遥感观测技术领域，提供面阵高动态范围夜光成像卫星在轨相对辐射定 标方法，特别是对于夜光卫星载荷难以直接获取夜光定标基准的问题和具备高动态范围成像 能力特性的夜光载荷，发明一种不依赖夜光地面基准的面阵高动态范围夜光成像卫星在轨相 对辐射定标方法。
背景技术
全球对地观测领域进入以高精度、全天候信息获取和自动化快速处理为特征的新时代， 全球遥感技术已经得到前所未有的快速发展，中国也率先实施了高分辨率对地观测系统重大 专项，在空间信息保障能力显著提升。空间观测技术具有范围大、周期短、成本低等特点， 能够快速、准确、客观获取地表自然和人类活动信息。非自然灯光是从太空观测角度研究人 类活动的首要方法，随之发展而来的直接反映人类活动的夜光遥感显得尤为重要。夜光遥感 成为遥感空间信息获取的一个重要分支，相比于普通的遥感卫星影像，夜光遥感影像更多地 直接地反映人类活动，如人类夜间灯光照明，包括商业照明、工业照明、城市照明、石油天 然气燃烧、海上渔船、森林火灾以及火山爆发等来源，由于其客观性、容易获取、应用范围 广备受关注，夜光遥感影像现已被广泛应用于社会经济参量估算、区域发展研究、城市监测、 重大事件评估、生态环境评估、渔业监测以及公共健康等领域。
目前，全球范围内已发射了多颗夜光卫星，但几乎每天都能够获取夜光遥感影像的卫星 传感器有三个：一是美国军事气象卫星计划(Defense Meteorological SatelliteProgram，DMSP) 搭载的线性扫描业务系统(Optical Linescan System，OLS)，其空间分辨率为2.7km；二是极 地环境业务卫星(Suomi National Polar-orbiting Partnership，S-NPP)搭载的可见红外成像辐 射仪(Visible/Infrared Imager and Radiometer Suite，VIIRS)，其空间分辨率为740m[18,110]； 三是武汉大学发射全球首颗专业夜光遥感卫星“珞珈一号”01星(LuoJia1-01)，其空间分辨率 为130m。国外两颗夜光传感器的设计初衷是捕捉夜间云层反射的微弱月光，而当处于无云 天气条件下时，遥感传感器可以较为准确地记录下城镇、油气井、渔船等地表发光。国内方 面，武汉大学发射的珞珈一号01星，极大拓展了夜光遥感载荷空间分辨率，促进了夜光遥感 数据的进一步应用。卫星在发射过程受发射震动的影响，以及卫星在轨运行后温热、空间环 境等物理环境剧烈变化，使卫星传感器响应状态自发射以后存在随时间的响应变化，直接降 低卫星成像质量，造成卫星发射前定标结果无法取得全周期范围的最佳图像质量。传感器在 轨相对辐射定标是保障卫星图像辐射质量的关键技术，是卫星在轨后地面处理系统不可缺少 的一环。在轨相对定标需要一个高精度能够覆盖所有探元的辐射基准，以标定传感器各个探 元间响应模型关系。对白天成像的常规光学遥感卫星传感器而言，其在轨定标基准主要有： 星上定标灯或星上漫反射板、地面均匀定标场(如沙漠、海洋、云、雪等)、基于海量数据样 本的统计意义上基准等。国外S-NPP的VIIRS传感器为摆扫成像，其Day-Night Band(DNB) 波段在轨相对辐射定标采用直方图统计的方法单独定标三挡不同增益图像，基于星上太阳漫 反射板获取不同增益图像灰度关系。相比于传统白天成像光学遥感卫星，面阵夜光遥感卫星 传感器在轨定标面临无夜光定标基准问题，如珞珈一号01星的面阵夜光传感器，单景范围大 小为264km×264km，如此大面积的夜光均匀定标基准难以获得，现有直接利用夜光图像进行 统计定标的方法难以适用。因此，研究面阵夜光成像卫星的在轨辐射定标技术，对提升夜光 卫星图像质量，对保障夜光卫星数据在各类社会经济学高效应用具有十分重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于面阵高动态范围夜光成像卫星在轨相对辐射定标方法， 所述的面阵高动态范围夜光成像卫星搭载传感器为卷帘式面阵传感器和非卷帘式面阵传感器； 所述的面阵高动态范围夜光成像卫星的高动态范围表示夜光传感器可获得高动态范围图像， 且夜光传感器可同时获取同一地物的低增益图像和高增益图像，通过低增益图像拓展高增益 图像的动态范围，实现夜光传感器对夜晚灯光的最优质量观测；联合高低增益成像能力，通 过调整不同成像参数组合可满足白天和夜晚成像；对面阵高动态范围夜光成像卫星，通过建 立夜光传感器“白天-夜晚辐射基准传递模型”，利用夜光传感器白天成像定标实现夜光传感器 夜光图像数据的校正。
本发明的技术方案提供一种面阵高动态范围夜光成像卫星在轨相对辐射定标方法，包括 以下步骤：
步骤1，在轨暗电流定标及校正，获取夜光传感器不同成像参数下暗电流定标参数，实 现过程包括以下步骤，
步骤1.1，暗电流定标成像；
步骤1.2，基于暗电流成像有效数据帧序列，计算传感器暗电流值，
式中，i为传感器探元序号，j为暗电流定标成像有效帧序号，Ci为传感器第i个探元暗 电流响应灰度值，M为暗电流定标成像有效帧数，DNi,j为剔除粗差后的暗电流有效灰度值；
步骤1.3，定义夜光传感器暗电流校正基准值
步骤1.4，利用传感器暗电流值和暗电流校正基准实现传感器所有帧序列的暗电流校正，
式中DNi为第i个探元成像灰度值，DNc,i为第i个探元暗电流校正后灰度值；
步骤2，夜光传感器白天低增益图像定标及校正，获取夜光传感器白天低增益成像参数 下图像的相对定标系数，用于白天低增益成像参数图像的在轨相对校正；
实现过程包括进行夜光传感器白天低增益定标成像，构建夜光传感器白天低增益图像定 标模型，
式中，为传感器所有探元响应灰度均值，ai和bi为传感器第i个探元的相对定标系数；
计算夜光传感器白天低增益图像相对定标系数ai和bi后，完成传感器所有白天帧序列图 像数据的相对校正，如下
式中，为第i个探元成像灰度值经相对辐射校正后灰度值，为式中暗电流校正 基准值；
步骤3，构建“白天-夜晚辐射基准传递模型”，实现过程包括以下步骤，
步骤3.1，由步骤1.4所得夜光传感器白天低增益图像定标模型，获取夜光传感器高增益 图像的相对校正模型和低增益图像的相对校正模型如下，
式中，ahigh、bhigh为高增益图像校正系数，alow、blow为低增益图像校正系数， alow＝ai，blow＝bi，DNhigh、DNlow为传感器高、低增益图像原始灰度值，为高、 低增益图像相对校正基准；
步骤3.2，定义夜光传感器低增益图像和高增益图像模型关系如下，
DNhigh＝B0+B1×DNlow+B2×DNlow 2+…+Bn×DNlow n (七)
式中，n为多项式阶数，n大于等于1；B0、B1、B2...Bn为模型关系系数；
步骤3.3，联合式五-式八解求夜光传感器高增益图像原始灰度值DNhigh与高增益图像相 对校正基准的关系，得到夜光传感器高增益图像数据相对辐射校正模型，作为“白天- 夜晚辐射基准传递模型”；
步骤4，根据夜光传感器发射前定标数据或在轨成像数据，解求模型关系系数B0、B1、 B2...Bn；
步骤5，利用夜光传感器白天低增益图像相对定标系数ai和bi，基于式四校正夜光传感器 夜晚低增益图像；
步骤6，利用步骤3.3解求的夜光传感器高增益图像数据相对辐射校正模型以及步骤4确 定的模型关系系数B0、B1、B2...Bn，实现校正夜晚高增益图像。
而且，步骤1.3中，定义夜光传感器暗电流校正基准值如下，
式中，N为传感器探元个数。
而且，步骤2中，进行夜光传感器白天低增益定标成像时，根据夜光传感器分辨率大小， 在全球范围内选择满足以下要求的均匀定标场景，用于白天低增益定标成像；
条件1：地表均匀场景亮度能够覆盖夜光传感器动态范围上至少2个不同亮度等级；若 只有一个亮度等级，则转步骤1)，如果满足覆盖2个或以上不同亮度等级，则根据条件2进 行判断；
条件2：均匀场景需覆盖全部探元或部分探元，同时至少保证一个亮度等级全部覆盖传 感器成像探元，否则无法定标；若所有亮度等级均匀场景均覆盖全部夜光传感器探元时，则 转步骤2)；若存在部分均匀场景只覆盖夜光传感器部分探元时，则转步骤3)；
条件3：均匀场景数据的非均匀性需高于定标精度一个数量级，否则无法达到定标要求， 停止本流程，上述条件1和2判断后的流程跳转都需在本条件成立的前提下进行；
1)对应均匀场景单亮度等级夜光传感器白天低增益图像，相对定标系数ai和bi计算如下，
bi＝0 (十一)
2)对应均匀场景亮度等级覆盖全部夜光传感器探元夜光传感器白天低增益图像，相对定 标系数ai和bi以最小二乘法解求式四即可得到；
3)基于下述步骤计算夜光传感器白天低增益图像的相对定标系数ai和bi，
(1)以全部覆盖传感器成像探元的均匀场景数据，计算各探元灰度响应差异系数gi，见 式(8)：
(2)设探元i、基准探元j相对校正模型如下：
式中，DNi为第i个探元成像灰度值，DNj为基准探元j成像灰度值；aj和bj为传感器中基 准探元j的定标系数。
(3)获取相对定标系数ai和bi如下，
bi＝bj (十六)
和现有技术相比，本发明具有如下特点和有益效果：
(1)避免了对夜晚地面均匀光源的需求，可通过白天定标实现夜光图像的校正。
(2)不需要卫星具备星上定标处理能力。
(3)不需要直接对夜光传感器夜晚数据进行定标。
本发明基于夜光传感器高动态范围成像特性，通过建立夜光传感器“白天-夜晚辐射基准 传递模型”，利用夜光传感器白天成像定标实现夜光传感器夜光图像数据的校正，最终完成夜 光传感器高低增益图像的在轨相对定标；避免了夜光传感器对大面积的夜光均匀定标基准的 高需求，解决了夜光传感器在轨相对辐射定标无定标基准的问题，提升了夜光卫星图像质量。
附图说明
图1是本发明实施例的流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案。
卫星发射后，由于所受空间的环境变化，如温度变化、物理震动等，以及卫星传感器探 元本身稳定性衰减，导致卫星传感器探元响应模型发生变化，造成卫星发射前定标结果无法 使用，必须进行在轨相对辐射定标。夜光卫星传感器为捕获地球表面微弱灯光以及月球散射 弱光和拓展夜光成像图像动态范围，夜光卫星传感器设计通常采用高感光灵敏度成像器件和 多级数成像参数设计，如Suomi-NPP卫星DNB波段的三级增益参数，可获同时取低增益、 中增益和高增益图像；LuoJia-01卫星的两级增益参数设计，可同时获取低增益和高增益图像。 本发明基于夜光传感器高动态范围成像特性，即可同时获取同一地物的低增益图像和高增益 图像，通过低增益图像拓展高增益图像的动态范围，通过调整不同成像参数组合可实现白天 和夜晚成像；通过建立夜光传感器“白天-夜晚辐射基准传递模型”，利用夜光传感器白天成像 定标实现夜光传感器夜光图像数据的校正，最终完成夜光传感器高低增益图像的在轨相对定 标。
参见图1，本发明实施例提供的一种面阵高动态范围夜光成像卫星在轨相对辐射定标方 法，具体包括以下步骤：
步骤1，夜光传感器在轨暗电流定标及校正，获取夜光传感器不同成像参数下暗电流定 标参数。
夜光成像同时获取低增益图像和高增益图像，后续未做具体指明的都是低增益图像和高 增益图像都做相同处理，例如步骤1.1。
实施例中，步骤1的实现过程具体为：
步骤1.1，暗电流定标有效帧数据获取，得到暗电流定标成像有效数据帧序列：
夜光传感器进行在轨暗电流定标成像任务，每次暗电流定标成像获取有效帧序列数据50 帧以上；在轨暗电流定标成像任务模式有(1)对地表成像模式：新月时，夜光传感器夜间对 地球表面无灯光区域成像，如非洲撒哈拉均匀沙漠、夜间海洋等无灯光地物；(2)对空成像 模式：夜光传感器背向月球，对深空/冷空背景成像；(3)星上定标模式：利用星上暗电流定 标遮光板遮挡住卫星入瞳处，使得无任何光照进入夜光传感器，对遮光板成像。
步骤1.2，基于步骤1.1所得暗电流定标成像有效数据帧序列，计算传感器暗电流响应灰 度值，见式(2)：
式中，i为传感器探元序号，j为暗电流定标成像有效数据帧序号，Ci为传感器第i个探 元的暗电流响应灰度值，M为暗电流定标成像有效帧数，j＝1,2,...M，DNi,j为传感器第i探元 在第j帧暗电流数据上的有效数字量化值(DigitalNumber，DN)，获取机制如下：
(1)计算第j帧暗电流数据的像素均值μj，
式中，i为传感器探元序号，N为传感器探元个数，为第j帧暗电流数据的第i个 像素DN值；
(2)剔除第j帧暗电流数据上异常DN值，获取DNi,j，
式中threshold为粗差剔除阈值，根据卫星载荷特性不同该阈值取值不同，对珞珈一号01 星而言，threshold＝5。步骤1.3，定义夜光传感器暗电流校正基准值见式(3)：
式中，N为传感器探元个数，i为传感器探元序号，i＝1,2,...N；
具体实施时，暗电流校正基准值根据不同卫星应用可能有所不同。
步骤1.4，利用传感器暗电流响应灰度值和暗电流校正基准值实现传感器所有帧序列的暗 电流校正，见式(4)：
式中，DNi为第i个探元成像灰度值，DNc,i为第i个探元暗电流校正后灰度值。
步骤2，夜光传感器白天低增益图像定标及校正，获取夜光传感器白天低增益成像参数 下图像的非均匀性定标系数，用于白天低增益成像参数图像的在轨相对校正；具体为：
步骤2.1，构建夜光传感器白天低增益图像定标模型：
式中，为传感器所有探元响应灰度均值，ai和bi为传感器第i个探元的相对定标系数。
步骤2.2，夜光传感器白天低增益定标成像：根据夜光传感器分辨率大小，在全球范围内 选择满足以下要求的均匀定标场景，利用步骤1.4对白天低增益定标成像的帧序列数据进行 暗电流校正，得到白天低增益暗电流校正后图像，用于白天低增益定标成像；
条件(1)：地表均匀场景亮度能够覆盖夜光传感器动态范围上至少2个不同亮度等级； 若只有一个亮度等级，则转步骤2.3，如果满足覆盖2个或以上不同亮度等级，则根据条件(2) 进行判断；
条件(2)：均匀场景需覆盖全部探元或部分探元，同时至少保证一个亮度等级全部覆盖 传感器成像探元，否则无法定标；若所有亮度等级均匀场景均覆盖全部夜光传感器探元时， 则转步骤2.4；若存在部分均匀场景只覆盖夜光传感器部分探元时，则转步骤2.5；
条件(3)：均匀场景数据的非均匀性需高于定标精度一个数量级，否则无法满足定标精 度要求，停止本流程，上述条件(1)和(2)判断后的流程跳转都需在本条件成立的前提下 进行；
均匀场景亮度：地表均匀地物在卫星成像时的辐射到大气层顶的辐射亮度；
亮度等级：是指传感器的最小量化单位，如传感器采用8bit量化，则有256个亮度等级；
非均匀性：指均匀场景区域的不均匀程度，采用均匀区域的标准差与均值之比衡量；例 如定标精度要求优于3％，则用于定标的均匀场景的非均匀性应优于0.3％，否则用该均匀场 数据定标就不能达到3％的定标要求。
步骤2.3，对应均匀场景单亮度等级夜光传感器白天低增益图像，相对定标系数ai和bi计 算，见式(6)(7)，然后进入步骤2.6：
bi＝0 (7)
步骤2.4，对应均匀场景亮度等级覆盖全部夜光传感器探元夜光传感器白天低增益图像， 相对定标系数ai和bi以最小二乘法解求方程(4)即可得到，然后进入步骤2.6。
步骤2.5，基于下述步骤计算夜光传感器白天低增益图像相对定标系数ai和bi，然后进入 步骤2.6；
(1)以全部覆盖传感器成像探元的均匀场景数据，计算各探元灰度响应差异系数gi，见 式(8)：
(2)设探元i、基准探元j相对校正模型为式(9)(10)：
式中，DNi为第i个探元成像灰度值，DNj为基准探元j成像灰度值；aj和bj为传感器中基 准探元j的定标系数。
具体实施时，可在所有均匀场景帧序列数据重叠区域传感器探元中选择一个探元作为基 准探元。
(3)结合式(8)-(10)获取相对定标系数ai和bi，见式(11)(12)：
bi＝bj (12)
式中，gi为传感器第i个探元的灰度响应差异系数，gj为基准探元j的探元灰度响应差异 系数，
步骤2.6，利用步骤2.3或步骤2.4或步骤2.5所得夜光传感器白天低增益图像相对定标 系数ai和bi，利用式(13)完成传感器所有白天帧序列图像数据的相对校正。
式中，为第i个探元成像灰度值经相对辐射校正后灰度值，为其中暗电流校正 基准值。
步骤3，构建“白天-夜晚辐射基准传递模型”，具体为：
步骤3.1，由夜光传感器白天低增益图像定标模型(如式(4))获取夜光传感器高增益图 像的相对校正模型和低增益图像的相对校正模型，见式(14)(15)：
式中，ahigh、bhigh为高增益图像校正系数，为未知量；alow、blow为低增益图像校正系数，即alow＝ai，blow＝bi；DNhigh、DNlow为夜光传感器高、低增益图像原始灰度值， 为高、低增益图像相对校正基准。
步骤3.2，定义夜光传感器低增益图像和高增益图像模型关系，见式(16)(17)：
DNhigh＝B0+B1×DNlow+B2×DNlow 2+…+Bn×DNlow n (16)
式中，n为多项式阶数，n大于等于1；B0、B1、B2...Bn为传感器高低增益多项式的模型 关系系数。
具体实施时，n取值随不同卫星设计而异，可根据卫星发射前定标数据或在轨数据予以 求解。
例如采用以下两种方式任一确定阶数n：
1、基于卫星设计值；
2、最优拟合卫星成像数据，取拟合残差平方和最小时的多项式阶数。
步骤3.3，联合式(14)-(17)解求夜光传感器高增益图像原始灰度值DNhigh与高增益图像相 对校正基准的关系，即得到夜光传感器高增益图像数据相对辐射校正模型，亦即“白天 -夜晚辐射基准传递模型”；
本步骤通过高低增益图像多项式关系将ahigh、bhigh消除掉，只建立DNhigh与的关 系，通过此关系间接实现高增益图像原始灰度的校正。例如当n＝2时，夜光传感器高增益图 像数据相对辐射校正模型见式(18)：
当n＞2时，DNhigh与关系联合式(14)-(17)进行解算即可，解算结果即为夜光传感器高增益图像数据相对辐射校正模型。
步骤4，根据夜光传感器发射前定标数据或在轨成像数据，解求模型关系系数B0、B1、 B2...Bn。
步骤5，利用步骤2.3或步骤2.4或步骤2.5计算的夜光传感器白天低增益图像相对定标 系数ai和bi，基于式(13)校正夜光传感器夜晚低增益图像；
步骤6，利用步骤3.3解求的夜光传感器高增益图像数据相对辐射校正模型(例如(18)) 以及步骤4确定的传感器高低增益多项式的模型关系系数B0、B1、B2...Bn，校正夜晚高增益 图像。
至此，完成了夜光传感器在轨相对辐射定标，获取了夜光传感器低增益在轨相对定标系 数ai、bi和夜光传感器高增益图像数据相对辐射校正模型(例如(18))。
具体实施时，以上流程可采用计算机软件技术实现自动运行。运行实现该方法的硬件也 应当在本发明的保护范围内。
本文中所述的具体实施例仅是对本发明精神做举例说明。本发明所属技术领域的技术人 员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方法代替，但并不会偏 离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (3)
1.一种面阵高动态范围夜光成像卫星在轨相对辐射定标方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，在轨暗电流定标及校正，获取夜光传感器不同成像参数下暗电流定标参数，实现过程包括以下步骤，
步骤1.1，暗电流定标成像；
步骤1.2，基于暗电流成像有效数据帧序列，计算传感器暗电流值，
式中，i为传感器探元序号，j为暗电流定标成像有效帧序号，Ci为传感器第i个探元暗电流响应灰度值，M为暗电流定标成像有效帧数，DNi，j为剔除粗差后的暗电流有效灰度值；
步骤1.3，定义夜光传感器暗电流校正基准值
步骤1.4，利用传感器暗电流值和暗电流校正基准实现传感器所有帧序列的暗电流校正，
式中DNi为第i个探元成像灰度值，DNc，i为第i个探元暗电流校正后灰度值；
步骤2，夜光传感器白天低增益图像定标及校正，获取夜光传感器白天低增益成像参数下图像的相对定标系数，用于白天低增益成像参数图像的在轨相对校正；
实现过程包括进行夜光传感器白天低增益定标成像，构建夜光传感器白天低增益图像定标模型，
式中，为传感器所有探元响应灰度均值，ai和bi为传感器第i个探元的相对定标系数；
计算夜光传感器白天低增益图像相对定标系数ai和bi后，完成传感器所有白天帧序列图像数据的相对校正，如下
式中，为第i个探元成像灰度值经相对辐射校正后灰度值，为式中暗电流校正基准值；
步骤3，构建“白天-夜晚辐射基准传递模型”，实现过程包括以下步骤，
步骤3.1，由步骤1.4所得夜光传感器白天低增益图像定标模型，获取夜光传感器高增益图像的相对校正模型和低增益图像的相对校正模型如下，
式中，ahigh、bhigh为高增益图像校正系数，alow、blow为低增益图像校正系数，alow＝ai，blow＝bi，DNhigh、DNlow为传感器高、低增益图像原始灰度值，为高、低增益图像相对校正基准；
步骤3.2，定义夜光传感器低增益图像和高增益图像模型关系如下，
DNhigh＝B0+B1×DNlow+B2×DNlow 2+…+Bn×DNlow n (七)
式中，n为多项式阶数，n大于等于1；B0、B1、B2...Bn为模型关系系数；
步骤3.3，联合式五-式八解求夜光传感器高增益图像原始灰度值DNhigh与高增益图像相对校正基准的关系，得到夜光传感器高增益图像数据相对辐射校正模型，作为“白天-夜晚辐射基准传递模型”；
步骤4，根据夜光传感器发射前定标数据或在轨成像数据，解求模型关系系数B0、B1、B2...Bn；
步骤5，利用夜光传感器白天低增益图像相对定标系数ai和bi，基于式四校正夜光传感器夜晚低增益图像；
步骤6，利用步骤3.3解求的夜光传感器高增益图像数据相对辐射校正模型以及步骤4确定的模型关系系数B0、B1、B2...Bn，实现校正夜晚高增益图像。
2.根据权利要求1所述面阵高动态范围夜光成像卫星在轨相对辐射定标方法，其特征在于：步骤1.3中，定义夜光传感器暗电流校正基准值如下，
式中，N为传感器探元个数。
3.根据权利要求1所述面阵高动态范围夜光成像卫星在轨相对辐射定标方法，其特征在于：步骤2中，进行夜光传感器白天低增益定标成像时，根据夜光传感器分辨率大小，在全球范围内选择满足以下要求的均匀定标场景，用于白天低增益定标成像；
条件1：地表均匀场景亮度能够覆盖夜光传感器动态范围上至少2个不同亮度等级；若只有一个亮度等级，则转步骤1)，如果满足覆盖2个或以上不同亮度等级，则根据条件2进行判断；
条件2：均匀场景需覆盖全部探元或部分探元，同时至少保证一个亮度等级全部覆盖传感器成像探元，否则无法定标；若所有亮度等级均匀场景均覆盖全部夜光传感器探元时，则转步骤2)；若存在部分均匀场景只覆盖夜光传感器部分探元时，则转步骤3)；
条件3：均匀场景数据的非均匀性需高于定标精度一个数量级，否则无法达到定标要求，停止本流程，上述条件1和2判断后的流程跳转都需在本条件成立的前提下进行；
1)对应均匀场景单亮度等级夜光传感器白天低增益图像，相对定标系数ai和bi计算如下，
bi＝0 (十一)
2)对应均匀场景亮度等级覆盖全部夜光传感器探元夜光传感器白天低增益图像，相对定标系数ai和bi以最小二乘法解求式四即可得到；
3)基于下述步骤计算夜光传感器白天低增益图像的相对定标系数ai和bi，
(1)以全部覆盖传感器成像探元的均匀场景数据，计算各探元灰度响应差异系数gi，见式(十二)：
(2)设探元i、基准探元j相对校正模型如下：
式中，DNi为第i个探元成像灰度值，DNj为基准探元j成像灰度值；aj和bj为传感器中基准探元j的定标系数。
(3)获取相对定标系数ai和bi如下，
bi＝bj (十六)。
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