CN112070663A - 一种多探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法 - Google Patents

一种多探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法，所述方法包括如下步骤：计算每个探测器各档辐亮度下图像平均灰度值；采用最小二乘法拟合出第一直线，根据第一直线得到每个探测器各像元的增益拟合系数和偏置拟合系数；得到Q个探测器各档辐亮度下的图像平均灰度值；采用最小二乘法拟合出第二直线，根据第二直线得到每个探测器的加权调整系数；根据每个探测器各像元的拟合系数和每个探测器的加权调整系数得到Q个探测器各像元的最终相对辐射定标校正公式，根据Q个探测器各像元的最终相对辐射定标校正公式得到辐射定标处理图像。本发明通过辐射定标联合数据处理方法，能够获取高精度辐射定标处理结果。

Description

一种多探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法
技术领域
本发明属于多探测器拼接型相机技术领域，尤其涉及一种多探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法。
背景技术
光学遥感相机主要任务是获取地面目标的几何信息和辐射信息，相机输出图像的灰度包含地物目标的辐射信息，而图像灰度幅值、信噪比和对比度将直接影响到对遥感图像的分析、判读和解译。相机辐射性能的全面测试对于相机的研制和应用至关重要。
为满足宽视场、高分辨率成像的需求，多镜头多探测器拼接型相机是研制的热点和目前的趋势。不同的拼接方法对数据处理的几何精度和辐射精度具有不同的技术难点，多镜头多探测器相机一般是外视场拼接成像方式，通过外视场拼接最终输出拼接后大幅面图像，各探测器和镜头的不一致性，带来的缺陷是采用传统辐射定标校正方法，各探测器内像元的一致性会处理较好，但各探测器间会存在偏差，导致最终拼接图像具有明显分块的效应。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法，针对通过视场拼接最终输出拼接后大幅面响应不一致性问题，通过辐射定标联合数据处理方法，能够获取高精度辐射定标处理结果。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种多探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：多探测器拼接型相机包括Q个探测器，每个探测器像元数为m×n，采集Q个探测器在积分球输出L档辐亮度下的图像数据；其中，每个探测器获得N幅图像数据，每幅图像数据大小为m×n；m为每个探测器像元的总行数，n为每个探测器像元的总列数；步骤二：计算每个探测器各档辐亮度下图像平均灰度值；步骤三：根据每个探测器各档辐亮度下图像平均灰度值
Figure BDA0002601034570000021
和每个探测器中每个像元在各档辐亮度下图像灰度DN(i,j,k,l)采用最小二乘法拟合出第一直线，根据第一直线得到每个探测器各像元的增益拟合系数和偏置拟合系数A(i,j,k)、B(i,j,k)；步骤四：根据步骤二中的每个探测器各档辐亮度下图像平均灰度值得到Q个探测器各档辐亮度下的图像平均灰度值；步骤五：根据Q个探测器各档辐亮度下的图像平均灰度值
Figure BDA0002601034570000022
和每个探测器各档辐亮度下图像平均灰度值
Figure BDA0002601034570000023
采用最小二乘法拟合出第二直线，根据第二直线得到每个探测器的加权调整系数Ck、Dk；步骤六：根据每个探测器各像元的拟合系数A(i,j,k)、B(i,j,k)和每个探测器的加权调整系数Ck、Dk得到Q个探测器各像元的最终相对辐射定标校正公式，根据Q个探测器各像元的最终相对辐射定标校正公式得到辐射定标处理图像。
上述多探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法中，在步骤二中，每个探测器各档辐亮度下图像平均灰度值通过以下公式得到：
Figure BDA0002601034570000024
其中，
Figure BDA0002601034570000025
为第k个探测器在第l档辐亮度下图像的平均灰度值，i＝1、2、······、m，i表示每个探测器像元的行数，j＝1、2、······、n，j表示每个探测器像元的列数，k＝1、2、······、Q，k表示探测器的序号，l＝1、2、······、L，l表示第l档辐亮度。
上述多探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法中，在步骤三中，第一直线为：
Figure BDA0002601034570000026
其中，
Figure BDA0002601034570000027
表示第k个探测器的第i行j列像元在第l档辐亮度下的图像灰度观测值，
Figure BDA0002601034570000028
表示第k个探测器的第i行j列像元在第l档辐亮度下的图像灰度估计值，A(i,j,k)表示第k个探测器的第i行j列像元的增益拟合系数，B(i,j,k)表示第k个探测器的第i行j列像元的偏置拟合系数。
上述多探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法中，在步骤四中，Q个探测器各档辐亮度下图像平均灰度值通过以下公式得到：
Figure BDA0002601034570000031
其中，
Figure BDA0002601034570000032
表示第k个探测器在第l档辐亮度下图像的平均灰度值，
Figure BDA0002601034570000033
表示Q个探测器在第l档辐亮度下图像的平均灰度。
上述多探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法中，在步骤五中，第二直线为：
Figure BDA0002601034570000034
其中，
Figure BDA0002601034570000035
表示第k个探测器在第l档辐亮度下的图像平均灰度观测值，
Figure BDA0002601034570000036
表示Q个探测器在第l档辐亮度下的整体图像的平均灰度估计值，Ck为第k个探测器的第一加权调整系数，Dk为第k个探测器的第二加权调整系数。
上述多探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法中，在步骤六中，Q个探测器各像元的最终相对辐射定标校正公式为：
Figure BDA0002601034570000037
其中，a(i,j,k)＝CkA(i,j,k)，a(i,j,k)为第k个探测器第i行j列像元的增益校正参数，b(i,j,k)＝CkB(i,j,k)+Dk，b(i,j,k)为第k个探测器第i行j列像元的偏置校正参数；
Figure BDA0002601034570000038
为第k个探测器第i行j列像元的图像灰度观测值，
Figure BDA0002601034570000039
为第k个探测器第i行j列像元的图像灰度校正后估计值。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
本发明对多探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理，最终输出拼接后高精度辐射定标处理图像，获取高精度辐射定标处理结果。图像的质量会相应提升，对高精度光学遥感相机具有重要意义。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的获取的待处理图像数据示意图；
图3是本发明实施例提供的4个探测器拼接原理示意图；
图4是本发明实施例提供的4个探测器原始图像示意图；
图5是本发明实施例提供的4个探测器原始图像单探测器校正处理示意图；
图6是本发明实施例提供的4个探测器联合校正处理处理示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施例提供的探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法的流程图。如图1所示，该探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法包括如下步骤：
第一步，完成Q个探测器在积分球输出L档辐亮度下的图像数据采集。Q个探测器，每个探测器获得N幅图像，每幅图像大小为m×n。获取的待处理图像数据示意如图2。多探测器拼接型相机含Q个探测器，每个探测器像元数为m×n。
第二步，计算每个探测器各等效辐亮度下图像平均灰度值。
在第k个探测器中，计算出探测器在第l档辐亮度下图像的平均灰度
Figure BDA0002601034570000051
其中，i＝1，2，······，m表示探测器像元的行数，j＝1，2，······，n表示探测器像元的列数，k＝1，2，······，Q表示第k个探测器，l＝1，2，······，L表示第l档辐亮度。
重复上述方法，计算出每个探测器各等效辐亮度下图像平均灰度值。
第三步，计算每个探测器各像元的拟合系数A(i,j,k)、B(i,j,k)。其中i＝1，2，······，m表示探测器像元的行数，j＝1，2，······，n表示探测器像元的列数，k＝1，2，······，Q表示第k个探测器；A(i,j,k)表示第k个探测器的第i行j列像元的增益拟合系数，B(i,j,k)表示第k个探测器的第i行j列像元的偏置拟合系数。
具体计算方法如下。
(1)在第k个探测器中，像元(i,j)在第l档辐亮度下采集到的图像灰度为DN(i,j,k,l)，应用离散点集
Figure BDA0002601034570000052
采用最小二乘法拟合出直线
Figure BDA0002601034570000053
其中，
Figure BDA0002601034570000054
表示第k个探测器的第i行j列像元在第l档辐亮度下的图像灰度观测值，
Figure BDA0002601034570000055
表示第k个探测器的第i行j列像元在第l档辐亮度下的图像灰度估计值。
具体的，应用的离散点集为
Figure BDA0002601034570000056
Figure BDA0002601034570000057
(2)重复步骤(1)，计算出第k个探测器的所有像元的拟合系数。
(3)重复步骤(1)、(2)，计算出Q探测器的所有像元的拟合系数。
第四步，计算Q个探测器各等效辐亮度下整体的图像平均灰度值。
Figure BDA0002601034570000061
其中，k＝1，2，······，Q表示第k个探测器，l＝1，2，······，L表示第l档辐亮度，
Figure BDA0002601034570000062
表示第k个探测器在第l档辐亮度下图像的平均灰度，
Figure BDA0002601034570000063
表示Q个探测器在第l档辐亮度下图像的平均灰度。
第五步，计算各探测器的加权调整系数Ck、Dk。
具体计算方法如下。
应用离散点集
Figure BDA0002601034570000064
采用最小二乘法拟合出直线
Figure BDA0002601034570000065
其中，
Figure BDA0002601034570000066
表示第k个探测器在第l档辐亮度下的图像平均灰度观测值，
Figure BDA0002601034570000067
表示Q个探测器在第l档辐亮度下的整体图像的平均灰度估计值。
具体的，应用的离散点集为
Figure BDA0002601034570000068
Figure BDA0002601034570000069
至此，计算出了第k个探测器的加权调整系数Ck、Dk。
重复上述方法，计算出Q探测器的所有加权调整系数。
第六步，获取Q个探测器各像素点的最终相对辐射定标校正公式
Figure BDA00026010345700000610
其中，a(i,j,k)＝CkA(i,j,k)表示第k个探测器第i行j列像元的增益校正参数，b(i,j,k)＝CkB(i,j,k)+Dk表示第k个探测器第i行j列像元的偏置校正参数；
Figure BDA00026010345700000611
表示第k个探测器第i行j列像元的图像灰度观测值，
Figure BDA00026010345700000612
表示第k个探测器第i行j列像元的图像灰度校正后估计值。
多探测器拼接型相机含4个探测器，每个探测器像元数为3000×4000，其拼接成像原理如图3所示，技术方案的步骤如下：
第一步，完成4个探测器8档辐亮度图像数据采集，其中一档亮度原始图像如图4所示。各档图像数据采集状态对应的等效辐亮度为Ln(n＝1,2,…,8)，在等效辐亮度Ln下像元输出灰度值DN可表示为DN(i,j,k,l)，其中i＝1,2,…,3000，j＝1,2,…,4000表示像元位置，p＝1,2,…,8表示第p级辐亮度，k＝1,2,…,4表示第k个探测器。
第二步，使用最小二乘法拟合出每个探测器各像元在8档辐亮度下的线性响应曲线。每个探测器各像元的拟合系数A(i,j,k)、B(i,j,k)，每个像元相对辐射定标的基本公式为。校正后如图5所示。
Figure BDA0002601034570000071
第三步，计算各探测器等效辐亮度l下整幅图像的平均灰度值。第k个探测器的计算公式为
Figure BDA0002601034570000072
第四步，使用最小二乘法拟合出每个探测器在8档辐亮度下的平均灰度曲线，各探测器的拟合系数Ck、Dk，每个探测器平均灰度调整公式
Figure BDA0002601034570000073
第五步，利用最终校正公式，对每个探测器的每个像元进行校正处理，校正后图像如图6所示。最终校正公式为
Figure BDA0002601034570000074
Figure BDA0002601034570000075
本实施例以单探测器不同辐亮度下的平均灰度为观测值，采用最小二乘法拟合求取单探测器每个像元的相对定标系数，然后将所有探测器不同辐亮度下平均灰度为观测值，联合多探测器数据再次采用最小二乘法拟合求取各探测器之间相对定标调整加权系数，最终获取联合校正处理关系。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种多探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤一：多探测器拼接型相机包括Q个探测器，每个探测器像元数为m×n，采集Q个探测器在积分球输出L档辐亮度下的图像数据；其中，每个探测器获得N幅图像数据，每幅图像数据大小为m×n；m为每个探测器像元的总行数，n为每个探测器像元的总列数；
步骤二：计算每个探测器各档辐亮度下图像平均灰度值；
步骤三：根据每个探测器各档辐亮度下图像平均灰度值和每个探测器中每个像元在各档辐亮度下图像灰度采用最小二乘法拟合出第一直线，根据第一直线得到每个探测器各像元的增益拟合系数和偏置拟合系数；
步骤四：根据步骤二中的每个探测器各档辐亮度下图像平均灰度值得到Q个探测器各档辐亮度下的图像平均灰度值；
步骤五：根据Q个探测器各档辐亮度下的图像平均灰度值和每个探测器各档辐亮度下图像平均灰度值采用最小二乘法拟合出第二直线，根据第二直线得到每个探测器的加权调整系数；
步骤六：根据每个探测器各像元的拟合系数和每个探测器的加权调整系数得到Q个探测器各像元的最终相对辐射定标校正公式，根据Q个探测器各像元的最终相对辐射定标校正公式得到辐射定标处理图像。
2.根据权利要求1所述的多探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法，其特征在于：在步骤二中，每个探测器各档辐亮度下图像平均灰度值通过以下公式得到：
Figure FDA0002601034560000011
其中，
Figure FDA0002601034560000012
为第k个探测器在第l档辐亮度下图像的平均灰度值，i＝1、2、······、m，i表示每个探测器像元的行数，j＝1、2、······、n，j表示每个探测器像元的列数，k＝1、2、······、Q，k表示探测器的序号，l＝1、2、······、L，l表示第l档辐亮度。
3.根据权利要求2所述的多探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法，其特征在于：在步骤三中，第一直线为：
Figure FDA0002601034560000021
其中，
Figure FDA0002601034560000022
表示第k个探测器的第i行j列像元在第l档辐亮度下的图像灰度观测值，
Figure FDA0002601034560000023
表示第k个探测器的第i行j列像元在第l档辐亮度下的图像灰度估计值，A(i,j,k)表示第k个探测器的第i行j列像元的增益拟合系数，B(i,j,k)表示第k个探测器的第i行j列像元的偏置拟合系数。
4.根据权利要求3所述的多探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法，其特征在于：在步骤四中，Q个探测器各档辐亮度下图像平均灰度值通过以下公式得到：
Figure FDA0002601034560000024
其中，
Figure FDA0002601034560000025
表示第k个探测器在第l档辐亮度下图像的平均灰度值，
Figure FDA0002601034560000026
表示Q个探测器在第l档辐亮度下图像的平均灰度。
5.根据权利要求4所述的多探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法，其特征在于：在步骤五中，第二直线为：
Figure FDA0002601034560000027
其中，
Figure FDA0002601034560000028
表示第k个探测器在第l档辐亮度下的图像平均灰度观测值，
Figure FDA0002601034560000029
表示Q个探测器在第l档辐亮度下的整体图像的平均灰度估计值，Ck为第k个探测器的第一加权调整系数，Dk为第k个探测器的第二加权调整系数。
6.根据权利要求5所述的多探测器拼接型相机辐射定标联合数据处理方法，其特征在于：在步骤六中，Q个探测器各像元的最终相对辐射定标校正公式为：
Figure FDA0002601034560000031
其中，a(i,j,k)＝CkA(i,j,k)，a(i,j,k)为第k个探测器第i行j列像元的增益校正参数，b(i,j,k)＝CkB(i,j,k)+Dk，b(i,j,k)为第k个探测器第i行j列像元的偏置校正参数；
Figure FDA0002601034560000032
为第k个探测器第i行j列像元的图像灰度观测值，
Figure FDA0002601034560000033
为第k个探测器第i行j列像元的图像灰度校正后估计值。
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