CN110855915A - 实现暗电流补偿的ccd相机响应非均匀性校正方法 - Google Patents

实现暗电流补偿的ccd相机响应非均匀性校正方法 Download PDF

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CN110855915A CN201911204724.7A CN201911204724A CN110855915A CN 110855915 A CN110855915 A CN 110855915A CN 201911204724 A CN201911204724 A CN 201911204724A CN 110855915 A CN110855915 A CN 110855915A
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Abstract

本申请公开了一种实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法、装置、设备及计算机可读存储介质。其中，方法包括预先基于地面辐射定标方法计算多通道CCD相机的暗电流特性参数作为校正参数，并将各校正参数存储到非易失性存储器中；获取多通道CCD相机探测器的当前温度值和预先设置的积分时间参数值；基于当前温度值和积分时间参数值，利用各校正参数计算各像元的非均匀性校正系数，以对输出图像的灰度值进行实时校正。本申请解决了相关技术采用固定校正参数对输出图像进行校正无法适用于暗电流发生变化的应用场景，能够实现暗电流补偿的CCD相机响应非均匀性校正，提升CCD相机响应非均匀性校正的效果，有利于得到高质量高分辨率的输出图像。

Description

实现暗电流补偿的CCD相机响应非均匀性校正方法
技术领域
本申请涉及空间光学遥感成像技术领域，特别是涉及一种实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法及装置。
背景技术
随着应用需求的不断提升，空间遥感对地成像所需的成像幅宽，成像分辨率等指标需求也越来越高。为满足高分辨率大幅宽成像要求，需要采取更大阵列规模的成像探测器，但由于制造工艺的限制，单一探测器难以满足应用需求，因此目前通常采用多探测器拼接的方式。同时对于TDI CCD探测器来说，为满足更低轨道推扫成像的高转移行频需求，探测器普遍采用多通道并行读出方式。因此对整个光学成像系统的成像焦面来说，探测器片间性能差异性，片内通道间差异性，并行处理电路参数差异性，以及探测器内像元间的差异性都会导致输出图像存在非均匀性，需要在轨实时采取非均匀性校正方法以提升成像效果。
对于TDI CCD探测器信号处理链路来说，一般依次包括完成光电转换的探测器、预放大电路、相关双采样电路、可编程增益放大电路、模数转换电路几个环节。相关技术均是假设探测器暗电流情况不发生变化，将多通道的信号处理电路参数采用相同设置，采用一点法或两点法进行数字校正，通过地面辐射定标实验计算得到的数字校正系数预存储于电子学系统中。在轨成像时，利用这些固定参数实时对输出图像数据进行校正。也就是说，对于上述探测器及电路差异造成的非均匀性通过一步简单的数字系数校正处理。
可以理解的是，通过地面定标过程得到的数字校正系数适用于定标工作参数条件，尤其是影响探测器暗电流情况的工作温度与积分时间，当在轨成像根据需要调整这两项参数时，就会导致暗电流发生变化，若仍然采用原来的数字校正系数就会存在明显不匹配，从而造成非均匀性校正效果不佳。
发明内容
本公开实施例提供了一种实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法及装置，能够实现暗电流补偿的CCD相机响应非均匀性校正，有效提升CCD相机响应非均匀性校正的效果，得到高质量高分辨率的输出图像。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：
本发明实施例一方面提供了一种实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法，包括：
预先基于地面辐射定标方法计算多通道CCD相机的暗电流特性参数作为校正参数，并将各校正参数存储到非易失性存储器中；
获取所述多通道CCD相机探测器的当前温度值和预先设置的积分时间参数值；
基于所述当前温度值和所述积分时间参数值，利用各校正参数计算各像元的非均匀性校正系数，以对输出图像的灰度值进行实时校正；
其中，各校正参数为各通道可编程增益放大电路的增益及偏置、各像元的校正系数、地面辐射定标参数条件下各通道的响应偏置与平均响应偏置、各通道的双倍温度常数与平均双倍温度常数。
可选的，所述基于地面辐射定标方法计算多通道CCD相机响应非均匀性的校正参数包括：
设置探测器的工作温度稳定在(T0-ΔT，T0+ΔT)范围内，积分时间为t0；
基于各通道的可编程增益放大电路的增益初始值K2及偏置初始值B2获取不同辐照度条件下的输出灰度值，并拟合得到各通道的平均响应率
Figure BDA0002296688040000021
和偏置
Figure BDA0002296688040000022
探测器焦面的平均响应率
Figure BDA0002296688040000023
和偏置
Figure BDA0002296688040000024
以用于计算各通道的可编程增益放大电路的增益调整值K'2p及偏置调整值B'2p；
基于各通道的可编程增益放大电路的增益调整值K'2p及偏置调整值B'2p获取不同辐照度条件下的输出灰度值，并拟合得到各像元的数字响应率λp,q和偏置
Figure BDA0002296688040000031
以用于计算各像元的第一校正系数Mp,q和第二校正系数Np,q；
基于各通道的可编程增益放大电路的增益初始值K2及偏置初始值B2，获取暗场条件下不同温度点的输出灰度值，并统计各通道的响应偏置
Figure BDA0002296688040000032
与对应温度T，所有通道的平均响应偏置
Figure BDA0002296688040000033
与对应温度T，以用于拟合得到各通道的双倍温度常数和平均双倍温度常数。
可选的，所述计算各通道的可编程增益放大电路的增益调整值K'2p及偏置调整值B'2包括：
利用
Figure BDA0002296688040000034
C＝2b/VREF计算各通道的可编程增益放大电路的增益调整值K'2p及偏置调整值B'2；VREF为A/D电路的参考电压值，b为A/D电路的量化位数。
可选的，所述计算各像元的第一校正系数Mp,q和第二校正系数Np,q包括：
利用
Figure BDA0002296688040000035
计算各像元的第一校正系数Mp,q和第二校正系数Np,q。
可选的，所述拟合得到各通道的双倍温度常数和平均双倍温度常数包括：
根据
Figure BDA0002296688040000036
通过最小二乘法拟合得到各通道的双倍温度常数Tdp；
根据
Figure BDA0002296688040000037
通过最小二乘法拟合得到各通道的双倍温度常数Td。
可选的，所述基于所述当前温度值和所述积分时间参数值，利用各校正参数计算各像元的非均匀性校正系数包括：
基于所述当前温度值和所述积分时间参数值，利用所述地面辐射定标参数条件下的每个通道的响应偏置
Figure BDA0002296688040000041
平均响应偏置双倍温度常数Tdp与平均双倍温度常数Td计算当前各通道的响应偏置
Figure BDA0002296688040000043
与平均响应偏置
Figure BDA0002296688040000044
根据当前参数条件下各通道的响应偏置
Figure BDA0002296688040000045
与平均响应偏置
Figure BDA0002296688040000046
所述地面辐射定标参数条件下各通道的响应偏置
Figure BDA0002296688040000047
平均响应偏置
Figure BDA0002296688040000048
所述可编程增益放大电路的增益K'2p及偏置B'2p计算各通道可编程增益放大电路的当前增益K″2p及偏置调整值B″2p，以此作为通道p的可编程增益放大电路的增益及偏置设置值；
基于所述非易失性存储器中的校正系数、所述可编程增益放大电路的增益K'2p及偏置B'2p计算各像元的校正系数调整值，以此作为通道p中第q个像元的非均匀性校正系数；
利用所述校正系数调整值对每个像元输出灰度值进行数字校正。
可选的，所述基于所述当前温度值和所述积分时间参数值，利用所述地面辐射定标参数条件下的每个通道的响应偏置
Figure BDA0002296688040000049
平均响应偏置
Figure BDA00022966880400000410
双倍温度常数Tdp与平均双倍温度常数Td计算当前各通道的响应偏置
Figure BDA00022966880400000411
与平均响应偏置为：
利用
Figure BDA00022966880400000413
计算当前各通道的响应偏置与平均响应偏置
Figure BDA00022966880400000415
式中，τ＝K2·C·B2，C＝2b/VREF，t0为所述地面辐射定标参数条件的积分时间，t1为所述积分时间参数值，T1为所述当前温度值，VREF为A/D电路的参考电压值，b为A/D电路的量化位数，K2为所述可编程增益放大电路的增益初始值，B2为所述可编程增益放大电路的偏置初始值。
可选的，所述根据当前参数条件下各通道的响应偏置
Figure BDA00022966880400000416
与平均响应偏置
Figure BDA00022966880400000417
所述地面辐射定标参数条件下各通道的响应偏置平均响应偏置
Figure BDA0002296688040000056
所述可编程增益放大电路的增益K'2p及偏置B'2p计算各通道可编程增益放大电路的当前增益K″2p及偏置调整值B″2p为：
利用
Figure BDA0002296688040000052
计算各通道可编程增益放大电路的当前增益K″2p及偏置调整值B″2p；
式中，
Figure BDA0002296688040000053
C＝2b/VREF，t0为所述地面辐射定标参数条件的积分时间，t1为所述积分时间参数值，T1为所述当前温度值，VREF为A/D电路的参考电压值，b为A/D电路的量化位数。
可选的，所述基于所述非易失性存储器中的校正系数、所述可编程增益放大电路的增益K'2p及偏置B'2p计算各像元的校正系数调整值为：
利用计算各像元的校正系数调整值M"p,q和N"p,q；
相应的，利用DN″p,q＝M″p,q·DNp,q+N″p,q对每个像元输出灰度值进行数字校正；
式中，C＝2b/VREF，t0为所述地面辐射定标参数条件的积分时间，t1为所述积分时间参数值，T1为所述当前温度值，VREF为A/D电路的参考电压值，b为A/D电路的量化位数，K2为所述可编程增益放大电路的增益初始值，Mp,q、Np,q为所述非易失性存储器中的校正系数；DNp,q为校正前通道p中第q个像元输出灰度值，DN"p,q为校正后通道p中第q个像元输出灰度值。
本发明实施例另一方面提供了一种实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正装置，包括：
校正参数计算模块，用于预先基于地面辐射定标方法计算多通道CCD相机的暗电流特性参数作为校正参数，并将各校正参数存储到非易失性存储器中；各校正参数为各通道可编程增益放大电路的增益及偏置、各像元的校正系数、地面辐射定标参数条件下各通道的响应偏置与平均响应偏置、各通道的双倍温度常数与平均双倍温度常数；
工作环境参数获取模块，用于获取所述多通道CCD相机探测器的当前温度值和预先设置的积分时间参数值；
图像校正模块，用于基于所述当前温度值和所述积分时间参数值，利用各校正参数计算各像元的非均匀性校正系数，以对输出图像的灰度值进行实时校正。
本发明实施例还提供了一种实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正设备，包括处理器，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如前任一项所述实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法的步骤。
本发明实施例最后还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正程序，所述实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正程序被处理器执行时实现如前任一项所述实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法的步骤。
本申请提供的技术方案的优点在于，预先利用地面辐射定标方法计算得到多通道CCD相机的暗电流特性参数，在对输出图像进行在轨实时非均匀性校正的过程中，通过测量影响暗电流的参数和计算暗电流情况，充分考虑CCD相机的工作环境的变化，基于当前CCD相机的工作环境参数和地面定标的工作环境参数，利用预存储校正参数对输出图像进行实时校正，能够针对探测器中变化的暗电流进行补偿，实现了暗电流补偿的CCD相机响应非均匀性校正，有效提升CCD相机响应非均匀性校正的效果，提高多通道CCD相机对不同成像环境及参数的适应性，有利于得到高质量高分辨率的输出图像。
此外，本发明实施例还针对实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法提供了相应的实现装置、设备及计算机可读存储介质，进一步使得所述方法更具有实用性，所述装置、设备及计算机可读存储介质具有相应的优点。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或相关技术的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一个示意性例子的CCD相机输出的原始图像示意图；
图3为本发明实施例提供的采用相关技术对图2的示意性例子的原始图像进行校正后的输出图像示意图；
图4为本发明实施例提供的采用本申请技术方案对图2的示意性例子的原始图像进行校正后的输出图像示意图；
图5为本发明实施例提供的采用本申请技术方案对图2的示意性例子的原始图像进行校正后的输出图像的灰度值与未采用本申请技术方案对图2的示意性例子的原始图像进行校正后的输出图像的灰度值的对比结果示意图；
图6为本发明实施例提供的实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正装置的一种具体实施方式结构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
本申请的发明人经过研究发现，已知校正方法都是假设探测器暗电流情况不发生变化，即基于这样的前提下进行地面辐射定标过程计算固定校正系数，然后在轨根据这些固定系数进行非均匀性的校正，无法判定暗电流的变化，也无法对其变化后进行有效补偿。但实际在轨工作无论是工作环境以及工作参数都是随时变化的，本申请通过地面定标试验获得探测器的暗电流特性参数，在轨通过测量影响暗电流的参数，进而计算暗电流情况，再进行校正系数的补偿。能够针对探测器中变化的暗电流进行补偿，提高多通道CCD相机对不同成像环境及参数的适应性。
在介绍了本发明实施例的技术方案后，下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。
首先参见图1，图1为本发明实施例提供的一种实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法的流程示意图，本发明实施例可包括以下内容：
S101：预先基于地面辐射定标方法计算多通道CCD相机的暗电流特性参数作为校正参数，并将各校正参数存储到非易失性存储器中。
在本申请中，地面辐射定标方法可采用现有地面辐射定标方法的流程进行定标，但是在进行定标过程中需要考虑到探测器工作环境的变化，也就是说，利用地面辐射定标方法测量得到地面辐射定标参数条件下的暗电流特性参数，然后将这些暗电流特性参数作为在轨校正图像的校正参数。为了保证这些参数的安全性和有效性，可将这些校正参数存储在系统的非易失性存储器，在轨实时校正过程中可以直接从非易失性存储器中读取这些数据。
其中，校正参数可为各通道可编程增益放大电路的增益及偏置、各像元的校正系数、地面辐射定标参数条件下各通道的响应偏置与平均响应偏置、各通道的双倍温度常数与平均双倍温度常数。地面辐射定标参数条件为在进行地面辐射定标过程中的探测器温度值和设置的积分时间参数值。当然，本领域技术人员也可根据实际应用场景的需求进行参数的增加或减少，这均不影响本申请的实现。
S102：获取多通道CCD相机探测器的当前温度值和预先设置的积分时间参数值。
其中，积分时间参数值可根据实际应用场景进行设置，探测器的温度值和积分时间参数值这两个参数可作为反映暗电流情况的参数。
S103：基于当前温度值和积分时间参数值，利用各校正参数计算各像元的非均匀性校正系数，以对输出图像的灰度值进行实时校正。
在本申请中，通过将多通道CCD相机的探测器的实时温度、预先设置的积分时间参数和地面辐射定标参数作为校正基础，利用地面辐射定标得到的校正参数计算得到实时在轨校正的图像像元校正值，利用图像像元校正值对输出图像进行校正。
在本发明实施例提供的技术方案中，预先利用地面辐射定标方法计算得到多通道CCD相机的暗电流特性参数，在对输出图像进行在轨实时非均匀性校正的过程中，通过测量影响暗电流的参数和计算暗电流情况，充分考虑CCD相机的工作环境的变化，基于当前CCD相机的工作环境参数和地面定标的工作环境参数，利用预存储校正参数对输出图像进行实时校正，能够针对探测器中变化的暗电流进行补偿，实现了暗电流补偿的CCD相机响应非均匀性校正，有效提升CCD相机响应非均匀性校正的效果，提高多通道CCD相机对不同成像环境及参数的适应性，有利于得到高质量高分辨率的输出图像。
作为一种可选的实施方式，S101的一种具体实施方式可如下所述：
预先将探测器的积分时间设置为t0，并设置探测器的工作温度稳定在(T0-ΔT，T0+ΔT)范围内，ΔT为很小的数值，如0.05，也即探测器的工作温度始终在T0附近小范围波动，可通过合理规划工作时间并采取热控措施保证探测器工作温度集中于T0附近，例如可将其放在恒温箱中。
可预先将所有通道可编程增益放大(PGA)电路的增益及偏置分别均设置为K2与B2，作为各通道的可编程增益放大电路的增益和偏置的初始值。测试在不同辐照度
Figure BDA0002296688040000103
条件下的输出灰度值DN，以获取不同辐照度条件下的输出灰度值，并拟合得到各通道的平均响应率
Figure BDA0002296688040000104
和偏置
Figure BDA0002296688040000105
探测器焦面的平均响应率
Figure BDA0002296688040000106
和偏置
Figure BDA0002296688040000107
例如可采用最小二乘法拟合分别得到每个通道的平均响应率与偏置为
Figure BDA0002296688040000109
以及整个TDI CCD探测器焦面的平均响应率
Figure BDA00022966880400001011
与偏置为
Figure BDA00022966880400001010
以用于根据上述计算得到数据计算各通道的可编程增益放大电路的增益调整值K'2p及偏置调整值B'2p。
然后可将所有通道可编程增益放大(PGA)电路的增益及偏置分别均设置为K'2p、B'2p，以作为各通道的可编程增益放大电路的增益调整值及偏置调整值。获取不同辐照度条件下的输出灰度值，并拟合得到各像元的数字响应率λp,q和偏置
Figure BDA00022966880400001012
以用于计算各像元的第一校正系数Mp,q和第二校正系数Np,q。
最后可将各通道PGA电路增益及偏置分别设置为默认参数K2与B2，固定积分时间为t0，选取一组温度值，测试在暗场条件下，不同温度值点时的输出灰度值。也就是说，基于各通道的可编程增益放大电路的增益初始值K2及偏置初始值B2，获取暗场条件下不同温度点的输出灰度值，并统计各通道的响应偏置
Figure BDA0002296688040000101
与对应温度T，所有通道的平均响应偏置
Figure BDA0002296688040000102
与对应温度T，以用于拟合得到各通道的双倍温度常数和平均双倍温度常数。
可选的，在本发明实施例的一些实施方式中，可利用
Figure BDA0002296688040000111
C＝2b/VREF计算各通道的可编程增益放大电路的增益调整值K'2p及偏置调整值B'2；VREF为A/D电路的参考电压值，b为A/D电路的量化位数。
在本发明实施例的另外一些实施方式中，还可利用计算各像元的第一校正系数Mp,q和第二校正系数Np,q。
此外，本发明实施例还可根据
Figure BDA0002296688040000113
通过最小二乘法拟合得到各通道的双倍温度常数Tdp；然后再根据
Figure BDA0002296688040000114
通过最小二乘法拟合得到各通道的双倍温度常数Td。
作为另外一种可选的实施方式，S103中基于当前温度值和积分时间参数值，利用各校正参数计算各像元的非均匀性校正系数的一种具体实施过程可包括：
可以理解的是，在完成地面辐射定标后，可将需将各通道PGA电路的增益及偏置分别对应设置为K'2p与B'2p。读取预存储的地面辐射定标参数条件下每个通道的响应偏置
Figure BDA0002296688040000115
与平均响应偏置
Figure BDA0002296688040000116
每个通道的双倍温度常数Tdp与平均双倍温度常数Td，同时测量CCD探测器当前温度值。然后基于当前温度值和积分时间参数值，利用地面辐射定标参数条件每个通道的响应偏置
Figure BDA0002296688040000117
平均响应偏置
Figure BDA0002296688040000118
双倍温度常数Tdp与平均双倍温度常数Td计算当前各通道的响应偏置
Figure BDA0002296688040000119
与平均响应偏置
Figure BDA00022966880400001110
根据当前参数条件下各通道的响应偏置
Figure BDA00022966880400001111
与平均响应偏置
Figure BDA0002296688040000121
地面辐射定标参数条件下各通道的响应偏置
Figure BDA0002296688040000122
平均响应偏置
Figure BDA0002296688040000123
可编程增益放大电路的增益K'2p及偏置B'2p计算各通道可编程增益放大电路的当前增益K″2p及偏置调整值B″2p，以此作为通道p的可编程增益放大电路的增益及偏置设置值，完成PGA电路参数重新设置。
读取预存储的每个像元的校正系数Mp,q、Np,q，基于非易失性存储器中的校正系数、可编程增益放大电路的增益K'2p及偏置B'2p计算各像元的校正系数调整值，以此作为通道p中第q个像元的非均匀性校正系数。
利用校正系数调整值对每个像元输出灰度值进行数字校正。
可选的，在本发明实施例的一种具体实施方式中，可利用计算关系式
Figure BDA0002296688040000124
计算当前各通道的响应偏置
Figure BDA0002296688040000125
与平均响应偏置
Figure BDA0002296688040000126
式中，τ＝K2·C·B2，C＝2b/VREF，t0为地面辐射定标参数条件的积分时间，t1为积分时间参数值，T1为当前温度值，VREF为A/D电路的参考电压值，b为A/D电路的量化位数，K2为可编程增益放大电路的增益初始值，B2为可编程增益放大电路的偏置初始值。
在本发明实施例的另外一种具体实施方式中，还可利用计算关系式
Figure BDA0002296688040000127
计算各通道可编程增益放大电路的当前增益K″2p及偏置调整值B"2p；
式中，C＝2b/VREF，t0为地面辐射定标参数条件的积分时间，t1为积分时间参数值，T1为当前温度值，VREF为A/D电路的参考电压值，b为A/D电路的量化位数。
此外，本发明实施例还可利用计算各像元的校正系数调整值M"p,q和N"p,q；相应的，在得到像元的校正系数后，还可利用DN″p,q＝M″p,q·DNp,q+N″p,q对每个像元输出灰度值进行数字校正；
式中，C＝2b/VREF，t0为地面辐射定标参数条件的积分时间，t1为积分时间参数值，T1为当前温度值，VREF为A/D电路的参考电压值，b为A/D电路的量化位数，K2为所述可编程增益放大电路的增益初始值，Mp,q、Np,q为非易失性存储器中的校正系数；DNp,q为校正前通道p中第q个像元输出灰度值，DN"p,q为校正后通道p中第q个像元输出灰度值。
最后，为了验证本申请技术方案的有效性，本申请还提供了示意性例子进行有效性验证，请参阅图2-图5，可包括下述内容：
采用八通道输出的TDI CCD探测器为例，典型定标条件(也即地面辐射定标条件)为温度20℃、行频2kHz，图2-图5所示为在温度为32℃，行频为1kHz参数下的非均匀性校正效果，其中图2为原始图像(PRNU＝7.1235％)，图3为采用传统非均匀性校正方法的获取的校正图像(PRNU＝1.2054％)，图4为采用本申请的暗电流补偿非均匀性校正方法实施后的校正图像(PRNU＝0.1954％)，图5为暗电流补偿算法实施前后图像输出灰度值对比，图5未采用暗电流补偿时输出图像的灰度值会发生较大变化，而采用暗电流补偿后输出图像的灰度值始终保持在一条直线上。综合各图可以看出，在工作温度及行频调整导致暗电流发生变化时，相比于传统非均匀校正方法，本申请提供的技术方案仍能够保证良好的非均匀性校正效果。
本发明实施例还针对实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法提供了相应的实现装置，进一步使得所述方法更具有实用性。下面对本发明实施例提供的实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正装置进行介绍，下文描述的实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正装置与上文描述的实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法可相互对应参照。
参见图6，图6为本发明实施例提供的实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正装置在一种具体实施方式下的结构图，该装置可包括：
校正参数计算模块601，用于预先基于地面辐射定标方法计算多通道CCD相机的暗电流特性参数作为校正参数，并将各校正参数存储到非易失性存储器中；各校正参数为各通道可编程增益放大电路的增益及偏置、各像元的校正系数、地面辐射定标参数条件下各通道的响应偏置与平均响应偏置、各通道的双倍温度常数与平均双倍温度常数。
工作环境参数获取模块602，用于获取多通道CCD相机探测器的当前温度值和预先设置的积分时间参数值。
图像校正模块603，用于基于当前温度值和积分时间参数值，利用各校正参数计算各像元的非均匀性校正系数，以对输出图像的灰度值进行实时校正。
可选的，在本实施例的一些实施方式中，所述校正参数计算模块601例如还可以包括：
工作参数设置子模块，用于设置探测器的工作温度稳定在(T0-ΔT，T0+ΔT)范围内，积分时间为t0；
PGA参数计算子模块，用于基于各通道的可编程增益放大电路的增益初始值K2及偏置初始值B2获取不同辐照度条件下的输出灰度值，并拟合得到各通道的平均响应率
Figure BDA0002296688040000141
和偏置
Figure BDA0002296688040000142
探测器焦面的平均响应率
Figure BDA0002296688040000143
和偏置
Figure BDA0002296688040000144
以用于计算各通道的可编程增益放大电路的增益调整值K'2p及偏置调整值B'2p；
像元校正参数计算子模块，用于基于各通道的可编程增益放大电路的增益调整值K'2p及偏置调整值B'2p获取不同辐照度条件下的输出灰度值，并拟合得到各像元的数字响应率λp,q和偏置
Figure BDA00022966880400001511
以用于计算各像元的第一校正系数Mp,q和第二校正系数Np,q；
温度参数计算子模块，用于基于各通道的可编程增益放大电路的增益初始值K2及偏置初始值B2，获取暗场条件下不同温度点的输出灰度值，并统计各通道的响应偏置
Figure BDA0002296688040000151
与对应温度T，所有通道的平均响应偏置
Figure BDA0002296688040000152
与对应温度T，以用于拟合得到各通道的双倍温度常数和平均双倍温度常数。
在本实施例的一些具体实施方式中，所述PGA参数计算子模块具体用于利用
Figure BDA0002296688040000153
C＝2b/VREF计算各通道的可编程增益放大电路的增益调整值K'2p及偏置调整值B'2；VREF为A/D电路的参考电压值，b为A/D电路的量化位数。
可选的，所述像元校正参数计算子模块具体可用于利用
Figure BDA0002296688040000154
计算各像元的第一校正系数Mp,q和第二校正系数Np,q。
此外，所述温度参数计算子模块可用于根据
Figure BDA0002296688040000155
通过最小二乘法拟合得到各通道的双倍温度常数Tdp；根据
Figure BDA0002296688040000156
通过最小二乘法拟合得到各通道的双倍温度常数Td。
作为另外一种可选的实施方式，所述图像校正模块603例如可包括：
响应参数校正子模块，用于基于当前温度值和积分时间参数值，利用地面辐射定标参数条件下的每个通道的响应偏置
Figure BDA0002296688040000157
平均响应偏置双倍温度常数Tdp与平均双倍温度常数Td计算当前各通道的响应偏置
Figure BDA0002296688040000159
与平均响应偏置
Figure BDA00022966880400001510
PGA参数校正子模块，用于根据当前参数条件下各通道的响应偏置
Figure BDA0002296688040000161
与平均响应偏置
Figure BDA0002296688040000162
地面辐射定标参数条件下各通道的响应偏置
Figure BDA0002296688040000163
平均响应偏置
Figure BDA0002296688040000164
可编程增益放大电路的增益K'2p及偏置B'2p计算各通道可编程增益放大电路的当前增益K"2p及偏置调整值B″2p，以此作为通道p的可编程增益放大电路的增益及偏置设置值；
像元校正参数校正子模块，用于基于非易失性存储器中的校正系数、可编程增益放大电路的增益K'2p及偏置B'2p计算各像元的校正系数调整值，以此作为通道p中第q个像元的非均匀性校正系数；
图像校正子模块，用于利用校正系数调整值对每个像元输出灰度值进行数字校正。
可选的，在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述响应参数校正子模块具体可用于利用
Figure BDA0002296688040000165
计算当前各通道的响应偏置
Figure BDA0002296688040000166
与平均响应偏置
式中，τ＝K2·C·B2，C＝2b/VREF，t0为地面辐射定标参数条件的积分时间，t1为积分时间参数值，T1为当前温度值，VREF为A/D电路的参考电压值，b为A/D电路的量化位数，K2为可编程增益放大电路的增益初始值，B2为可编程增益放大电路的偏置初始值。
可选的，所述PGA参数校正子模块可用于利用
Figure BDA0002296688040000168
计算各通道可编程增益放大电路的当前增益K″2p及偏置调整值B″2p；
式中，
Figure BDA0002296688040000169
C＝2b/VREF，t0为地面辐射定标参数条件的积分时间，t1为积分时间参数值，T1为当前温度值，VREF为A/D电路的参考电压值，b为A/D电路的量化位数。
此外，所述像元校正参数校正子模块可具体用于利用
Figure BDA0002296688040000171
计算各像元的校正系数调整值M"p,q和N"p,q。
相应的，所述图像校正子模块具体可用于利用DN″p,q＝M″p,q·DNp,q+N″p,q对每个像元输出灰度值进行数字校正；
式中，
Figure BDA0002296688040000172
C＝2b/VREF，t0为地面辐射定标参数条件的积分时间，t1为积分时间参数值，T1为当前温度值，VREF为A/D电路的参考电压值，b为A/D电路的量化位数，K2为所述可编程增益放大电路的增益初始值，Mp,q、Np,q为非易失性存储器中的校正系数；DNp,q为校正前通道p中第q个像元输出灰度值，DN"p,q为校正后通道p中第q个像元输出灰度值。
本发明实施例所述实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正装置的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。
由上可知，本发明实施例能够实现暗电流补偿的CCD相机响应非均匀性校正，有效提升CCD相机响应非均匀性校正的效果，得到高质量高分辨率的输出图像。
本发明实施例还提供了一种实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正设备，具体可包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序以实现如上任意一实施例所述实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法的步骤。
本发明实施例所述实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正设备的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。
由上可知，本发明实施例能够实现暗电流补偿的CCD相机响应非均匀性校正，有效提升CCD相机响应非均匀性校正的效果，得到高质量高分辨率的输出图像。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正程序，所述实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正程序被处理器执行时如上任意一实施例所述实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法的步骤。该存储介质可以为U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例所述计算机可读存储介质的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。
由上可知，本发明实施例能够实现暗电流补偿的CCD相机响应非均匀性校正，有效提升CCD相机响应非均匀性校正的效果，得到高质量高分辨率的输出图像。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本发明所提供的一种实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法及装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本公开进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本公开权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法，其特征在于，包括：
预先基于地面辐射定标方法计算多通道CCD相机的暗电流特性参数作为校正参数，并将各校正参数存储到非易失性存储器中；
获取所述多通道CCD相机探测器的当前温度值和预先设置的积分时间参数值；
基于所述当前温度值和所述积分时间参数值，利用各校正参数计算各像元的非均匀性校正系数，以对输出图像的灰度值进行实时校正；
其中，各校正参数为各通道可编程增益放大电路的增益及偏置、各像元的校正系数、地面辐射定标参数条件下各通道的响应偏置与平均响应偏置、各通道的双倍温度常数与平均双倍温度常数。
2.根据权利要求1所述的实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法，其特征在于，所述基于地面辐射定标方法计算多通道CCD相机响应非均匀性的校正参数包括：
设置探测器的工作温度稳定在(T0-ΔT，T0+ΔT)范围内，积分时间为t0；
基于各通道的可编程增益放大电路的增益初始值K2及偏置初始值B2获取不同辐照度条件下的输出灰度值，并拟合得到各通道的平均响应率
Figure FDA0002296688030000011
和偏置
Figure FDA0002296688030000012
探测器焦面的平均响应率
Figure FDA0002296688030000013
和偏置
Figure FDA0002296688030000014
以用于计算各通道的可编程增益放大电路的增益调整值K'2p及偏置调整值B'2p；
基于各通道的可编程增益放大电路的增益调整值K'2p及偏置调整值B'2p获取不同辐照度条件下的输出灰度值，并拟合得到各像元的数字响应率λp,q和偏置
Figure FDA0002296688030000015
以用于计算各像元的第一校正系数Mp,q和第二校正系数Np,q；
基于各通道的可编程增益放大电路的增益初始值K2及偏置初始值B2，获取暗场条件下不同温度点的输出灰度值，并统计各通道的响应偏置
Figure FDA0002296688030000016
与对应温度T，所有通道的平均响应偏置与对应温度T，以用于拟合得到各通道的双倍温度常数和平均双倍温度常数。
3.根据权利要求2所述的实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法，其特征在于，所述计算各通道的可编程增益放大电路的增益调整值K'2p及偏置调整值B'2包括：
利用
Figure FDA0002296688030000021
C＝2b/VREF计算各通道的可编程增益放大电路的增益调整值K'2p及偏置调整值B'2；VREF为A/D电路的参考电压值，b为A/D电路的量化位数。
4.根据权利要求2所述的实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法，其特征在于，所述计算各像元的第一校正系数Mp,q和第二校正系数Np,q包括：
利用
Figure FDA0002296688030000022
计算各像元的第一校正系数Mp,q和第二校正系数Np,q。
5.根据权利要求2所述的实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法，其特征在于，所述拟合得到各通道的双倍温度常数和平均双倍温度常数包括：
根据
Figure FDA0002296688030000023
通过最小二乘法拟合得到各通道的双倍温度常数Tdp；
根据
Figure FDA0002296688030000024
通过最小二乘法拟合得到各通道的双倍温度常数Td。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法，其特征在于，所述基于所述当前温度值和所述积分时间参数值，利用各校正参数计算各像元的非均匀性校正系数包括：
基于所述当前温度值和所述积分时间参数值，利用所述地面辐射定标参数条件下的每个通道的响应偏置
Figure FDA0002296688030000031
平均响应偏置
Figure FDA0002296688030000032
双倍温度常数Tdp与平均双倍温度常数Td计算当前各通道的响应偏置
Figure FDA0002296688030000033
与平均响应偏置
Figure FDA0002296688030000034
根据当前参数条件下各通道的响应偏置
Figure FDA0002296688030000035
与平均响应偏置
Figure FDA0002296688030000036
所述地面辐射定标参数条件下各通道的响应偏置
Figure FDA0002296688030000037
平均响应偏置
Figure FDA0002296688030000038
所述可编程增益放大电路的增益K'2p及偏置B'2p计算各通道可编程增益放大电路的当前增益K″2p及偏置调整值B″2p，以此作为通道p的可编程增益放大电路的增益及偏置设置值；
基于所述非易失性存储器中的校正系数、所述可编程增益放大电路的增益K'2p及偏置B'2p计算各像元的校正系数调整值，以此作为通道p中第q个像元的非均匀性校正系数；
利用所述校正系数调整值对每个像元输出灰度值进行数字校正。
7.根据权利要求6所述的实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正方法，其特征在于，所述基于所述当前温度值和所述积分时间参数值，利用所述地面辐射定标参数条件下的每个通道的响应偏置
Figure FDA0002296688030000039
平均响应偏置
Figure FDA00022966880300000310
双倍温度常数Tdp与平均双倍温度常数Td计算当前各通道的响应偏置
Figure FDA00022966880300000311
与平均响应偏置
Figure FDA00022966880300000312
为：
利用
Figure FDA00022966880300000313
计算当前各通道的响应偏置
Figure FDA00022966880300000314
与平均响应偏置
Figure FDA00022966880300000315
式中，τ＝K2·C·B2，C＝2b/VREF，t0为所述地面辐射定标参数条件的积分时间，t1为所述积分时间参数值，T1为所述当前温度值，VREF为A/D电路的参考电压值，b为A/D电路的量化位数，K2为所述可编程增益放大电路的增益初始值，B2为所述可编程增益放大电路的偏置初始值。
8.根据权利要求6所述的实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正装置，其特征在于，所述根据当前参数条件下各通道的响应偏置
Figure FDA0002296688030000041
与平均响应偏置
Figure FDA0002296688030000042
所述地面辐射定标参数条件下各通道的响应偏置
Figure FDA0002296688030000043
平均响应偏置
Figure FDA0002296688030000044
所述可编程增益放大电路的增益K'2p及偏置B'2p计算各通道可编程增益放大电路的当前增益K″2p及偏置调整值B″2p为：
利用
Figure FDA0002296688030000045
计算各通道可编程增益放大电路的当前增益K″2p及偏置调整值B″2p；
式中，
Figure FDA0002296688030000046
C＝2b/VREF，t0为所述地面辐射定标参数条件的积分时间，t1为所述积分时间参数值，T1为所述当前温度值，VREF为A/D电路的参考电压值，b为A/D电路的量化位数。
9.根据权利要求6所述的实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正装置，其特征在于，所述基于所述非易失性存储器中的校正系数、所述可编程增益放大电路的增益K'2p及偏置B'2p计算各像元的校正系数调整值为：
利用
Figure FDA0002296688030000047
计算各像元的校正系数调整值M"p,q和N"p,q；
相应的，利用
Figure FDA0002296688030000049
对每个像元输出灰度值进行数字校正；
式中，
Figure FDA0002296688030000048
C＝2b/VREF，t0为所述地面辐射定标参数条件的积分时间，t1为所述积分时间参数值，T1为所述当前温度值，VREF为A/D电路的参考电压值，b为A/D电路的量化位数，K2为所述可编程增益放大电路的增益初始值，Mp,q、Np,q为所述非易失性存储器中的校正系数；DNp,q为校正前通道p中第q个像元输出灰度值，DN"p,q为校正后通道p中第q个像元输出灰度值。
10.一种实现暗电流补偿的多通道CCD相机响应非均匀性校正装置，其特征在于，包括：
校正参数计算模块，用于预先基于地面辐射定标方法计算多通道CCD相机的暗电流特性参数作为校正参数，并将各校正参数存储到非易失性存储器中；各校正参数为各通道可编程增益放大电路的增益及偏置、各像元的校正系数、地面辐射定标参数条件下各通道的响应偏置与平均响应偏置、各通道的双倍温度常数与平均双倍温度常数；
工作环境参数获取模块，用于获取所述多通道CCD相机探测器的当前温度值和预先设置的积分时间参数值；
图像校正模块，用于基于所述当前温度值和所述积分时间参数值，利用各校正参数计算各像元的非均匀性校正系数，以对输出图像的灰度值进行实时校正。
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