CN117168618A - 一种星载高光谱成像仪辐射定标方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种星载高光谱成像仪辐射定标方法及系统，属于遥感光学技术领域，包括：暗电流背景噪声的去除方法；高光谱成像仪相对辐射定标系数与相对响应非线性度的计算方法；各光谱通道绝对辐射定标系数的计算方法；响应与积分级数、增益及曝光时间对应关系的标定方法；不同积分级数、增益及曝光时间下的绝对辐射定标系数的计算方法。本发明能够获得遥感卫星定量化应用必需的辐射定标参数，且通过对积分球输出的辐射亮度进行测量，并与各波段的相对光谱响应函数卷积得到对应的等效辐射亮度，提高了辐射定标参数的精度；通过消除暗背景噪声的影响、多次采集与计算避免偶然误差，提高了辐射定标参数的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及遥感光学技术领域，尤其涉及一种星载高光谱成像仪辐射定标方法及系统。
背景技术
高光谱成像技术能够同时获取目标的几何与光谱信息，具有信息量丰富的优点，可用于定量反演地物目标的理化特性。现阶段高光谱成像仪按照分光原理主要可以分为干涉型、色散型以及滤光片型，干涉型利用干涉仪来获取物体的干涉图，并通过傅里叶变换得到光谱信息；色散型利用棱镜或光栅来进行分光；滤光片型则是直接将重量轻、体积小的滤光片置于探测器前进行分光，其优势在于光学元器件数量更少、光路紧凑且重量更轻。其中线性渐变滤光片型具有以下两个明显的优点：光谱通道数多，通常可达几十至上百个；光谱分辨率高，通常可优于中心波长的百分之一，因此在遥感卫星中得到了广泛的应用。
不同的高光谱成像仪对辐射的量化能力具有很大差异，且对光谱信息的获取精度高度依赖于自身的辐射定标状态。因此需要对高光谱成像仪进行高精度的辐射定标，才能够将卫星影像数据转换为包含物理意义、有价值的地物目标信息，并实现跨传感器的数据分析与应用。现有的高光谱成像仪辐射定标方法无法对上百个光谱通道进行辐射定标，且没有对不同积分级数、增益或曝光时间下的绝对辐射定标系数进行计算，可适用于色散型或干涉型高光谱成像仪，但无法满足光谱通道数多、光谱分辨率高、积分级数可变的线性渐变滤光片型高光谱成像仪。
因此，需要提出一种针对线性渐变滤光片式高光谱成像仪的辐射定标方法，以准确地获得此类高光谱成像仪的辐射定标参数，为遥感卫星定量化应用提供数据支撑。
发明内容
本发明提供一种星载高光谱成像仪辐射定标方法及系统，用以解决现有技术中缺乏针对线性渐变滤光片式高光谱成像仪的辐射定标方法的缺陷。
第一方面，本发明提供一种星载高光谱成像仪辐射定标方法，包括：
S1，在暗背景成像模式下采集待标定星载高光谱成像仪的预设数量的暗背景影像数据；
S2，确定所述待标定星载高光谱成像仪的默认成像参数；
S3，采用积分球以预设照射次数照射所述待标定星载高光谱成像仪，采集定标影像，利用光谱辐射计测量所述积分球的光谱辐射亮度分布；
S4，在确定所述定标影像不会过曝时，连续均匀改变所述积分球的输出辐射亮度若干次，重复步骤S3；
S5，根据所述定标影像和所述光谱辐射亮度分布，计算所述待标定星载高光谱成像仪的相对辐射定标系数、相对响应非线性度和各光谱通道的绝对辐射定标系数；
S6，保持所述积分球输出的辐射亮度不变，分别以所述默认成像参数中任一参数为可调节参数，以所述默认成像参数中其余参数为默认参数，连续改变所述任一参数，计算所述任一参数与响应的关联关系；
S7，分别以所述默认成像参数中任一参数为可调节参数，以所述默认成像参数中其余参数为默认参数，重复步骤S3和步骤S4，采集定标影像和所述积分球输出的光谱辐射亮度分布，计算在不同的任一参数下的绝对辐射定标系数。
根据本发明提供的一种星载高光谱成像仪辐射定标方法，步骤S2包括：
确定所述待标定星载高光谱成像仪的积分级数为1，调整增益与曝光时间，使定标影像不会过曝，以所述积分级数、所述增益和所述曝光时间构成所述默认成像参数。
根据本发明提供的一种星载高光谱成像仪辐射定标方法，步骤S5中根据所述定标影像和所述光谱辐射亮度分布，计算所述待标定星载高光谱成像仪的相对辐射定标系数和相对响应非线性度，包括：
S511，分别将不同辐射亮度级下所述待标定星载高光谱成像仪中各探元的遥感影像像元亮度值以及对应中心波长所有有效探元的平均遥感影像像元亮度值作为横纵坐标绘制散点图，利用最小二乘法对所述散点图进行线性拟合，计算得到所述相对辐射定标系数；
S512，基于所述相对辐射定标系数，对任一级辐射亮度下任一行有效探元输出信号平均值与无参考辐射源时任一行有效探元输出信号平均值之差进行线性约束，获得所述相对响应非线性度。
根据本发明提供的一种星载高光谱成像仪辐射定标方法，步骤S5中根据所述定标影像和所述光谱辐射亮度分布，计算所述待标定星载高光谱成像仪各光谱通道的绝对辐射定标系数，包括：
S521，确定在相对光谱响应函数最小波长与相对光谱响应函数最大波长范围内，对积分球输出光谱辐射亮度分布与当前光谱通道相对光谱响应函数的乘积进行积分，以及对当前光谱通道相对光谱响应函数进行积分，将两个积分的比值作为当前光谱通道等效辐射亮度；
S522，在当前定标影像上选取当前光谱通道中心波长对应输出行，计算所述输出行上所有像素的平均遥感影像像元亮度值；
S523，选取不同定标影像重复步骤S521和步骤S522，得到不同辐射亮度对应的平均遥感影像像元亮度值，利用最小二乘法对平均遥感影像像元亮度值进行线性拟合，得到当前光谱通道的绝对辐射定标系数；
S524，逐个光谱通道重复步骤S521、步骤S522和步骤S523，得到每个光谱通道的绝对辐射定标系数。
根据本发明提供的一种星载高光谱成像仪辐射定标方法，步骤S6中的保持所述积分球输出的辐射亮度不变，以所述待标定星载高光谱成像仪的增益与曝光时间为默认参数，连续均匀改变积分级数若干次，并采集定标影像，计算响应与积分级数的关联关系，包括：
S611，获取积分级数最小时的定标影像，确定对应中心波长的输出行，计算所述中心波长的输出行上所有像素的平均遥感影像像元亮度值；
S612，获取不同积分级数的定标影像，重复步骤S611，得到所述中心波长在不同积分级数下的平均遥感影像像元亮度值，利用最小二乘法对平均遥感影像像元亮度值进行线性拟合，得到所述中心波长的响应与积分级数的关联关系；
S613，对所有中心波长重复步骤S611和步骤S612，得到每个中心波长的响应与积分级数的关联关系。
根据本发明提供的一种星载高光谱成像仪辐射定标方法，步骤S6中的保持所述积分球输出的辐射亮度不变，以所述待标定星载高光谱成像仪的积分级数与曝光时间为默认参数，连续均匀改变增益若干次，并采集定标影像，计算响应与增益的关联关系，包括：
S621，获取增益最小时的定标影像，确定对应中心波长的输出行，计算所述中心波长的输出行上所有像素的平均遥感影像像元亮度值；
S622，获取不同增益的定标影像，重复步骤S621，得到所述中心波长在不同增益下的平均遥感影像像元亮度值，利用最小二乘法对平均遥感影像像元亮度值进行线性拟合，得到所述中心波长的响应与增益的关联关系；
S623，对所有中心波长重复步骤S621和步骤S622，得到每个中心波长的响应与增益的关联关系。
根据本发明提供的一种星载高光谱成像仪辐射定标方法，步骤S6中的保持所述积分球输出的辐射亮度不变，以所述待标定星载高光谱成像仪的积分级数与增益为默认参数，连续均匀改变曝光时间若干次，并采集定标影像，计算响应与曝光时间的关联关系，包括：
S631，获取曝光时间最小时的定标影像，确定对应中心波长的输出行，计算所述中心波长的输出行上所有像素的平均遥感影像像元亮度值；
S632，获取不同曝光时间的定标影像，重复步骤S631，得到所述中心波长在不同增益下的平均遥感影像像元亮度值，利用最小二乘法对平均遥感影像像元亮度值进行线性拟合，得到所述中心波长的响应与曝光时间的关联关系；
S633，对所有中心波长重复步骤S631和步骤S632，得到每个中心波长的响应与曝光时间的关联关系。
根据本发明提供的一种星载高光谱成像仪辐射定标方法，步骤S7包括：
S701，确定积分级数变化步长为1，从2开始连续改变所述待标定星载高光谱成像仪的积分级数至少为预设调整次数，确定增益与曝光时间为默认参数，重复步骤S3和步骤S4，使步骤S3中的积分级数依据本步骤进行调整；
S702，分别连续改变所述待标定星载高光谱成像仪的增益与曝光时间，重复步骤S3和步骤S4，当改变增益与曝光中任一参数时，其余参数与积分级数采用默认参数；
S703，根据步骤S701和步骤S702中采集的定标影像与测量的积分球输出的光谱辐射亮度分布，重复步骤S5，计算在不同积分级数、增益与曝光时间下的绝对辐射定标系数。
第二方面，本发明还提供一种星载高光谱成像仪辐射定标系统，包括：
采集模块，用于在暗背景成像模式下采集待标定星载高光谱成像仪的预设数量的暗背景影像数据；
确定模块，用于确定所述待标定星载高光谱成像仪的默认成像参数；
第一测量模块，用于采用积分球以预设照射次数照射所述待标定星载高光谱成像仪，采集定标影像，利用光谱辐射计测量所述积分球的光谱辐射亮度分布；
第二测量模块，用于在确定所述定标影像不会过曝时，连续均匀改变所述积分球的输出辐射亮度若干次，重复第一测量模块中的步骤；
定标模块，用于根据所述定标影像和所述光谱辐射亮度分布，计算所述待标定星载高光谱成像仪的相对辐射定标系数、相对响应非线性度和各光谱通道的绝对辐射定标系数；
计算模块，用于保持所述积分球输出的辐射亮度不变，分别以所述默认成像参数中任一参数为可调节参数，以所述默认成像参数中其余参数为默认参数，连续改变所述任一参数，计算所述任一参数与响应的关联关系；
调节模块，用于分别以所述默认成像参数中任一参数为可调节参数，以所述默认成像参数中其余参数为默认参数，重复第一测量模块中的步骤和第二测量模块中的步骤，采集定标影像和所述积分球输出的光谱辐射亮度分布，计算在不同的任一参数下的绝对辐射定标系数。
第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述星载高光谱成像仪光谱辐射定标方法。
本发明提供的星载高光谱成像仪辐射定标方法及系统，能够获得遥感卫星定量化应用必需的辐射定标参数，且通过对积分球输出的辐射亮度进行测量，并与各波段的相对光谱响应函数卷积得到对应的等效辐射亮度，提高了辐射定标参数的精度；通过消除暗背景噪声的影响、多次采集与计算避免偶然误差，提高了辐射定标参数的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提供的星载高光谱成像仪辐射定标方法的流程示意图之一；
图2是本发明提供的星载高光谱成像仪辐射定标方法的流程示意图之二；
图3是本发明提供的星载高光谱成像仪辐射定标系统的结构示意图；
图4是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
图1是本发明实施例提供的星载高光谱成像仪辐射定标方法的流程示意图之一，如图1所示，包括：
S1，在暗背景成像模式下采集待标定星载高光谱成像仪的预设数量的暗背景影像数据；
S2，确定所述待标定星载高光谱成像仪的默认成像参数；
S3，采用积分球以预设照射次数照射所述待标定星载高光谱成像仪，采集定标影像，利用光谱辐射计测量所述积分球的光谱辐射亮度分布；
S4，在确定所述定标影像不会过曝时，连续均匀改变所述积分球的输出辐射亮度若干次，重复步骤S3；
S5，根据所述定标影像和所述光谱辐射亮度分布，计算所述待标定星载高光谱成像仪的相对辐射定标系数、相对响应非线性度和各光谱通道的绝对辐射定标系数；
S6，保持所述积分球输出的辐射亮度不变，分别以所述默认成像参数中任一参数为可调节参数，以所述默认成像参数中其余参数为默认参数，连续改变所述任一参数，计算所述任一参数与响应的关联关系；
S7，分别以所述默认成像参数中任一参数为可调节参数，以所述默认成像参数中其余参数为默认参数，重复步骤S3和步骤S4，采集定标影像和所述积分球输出的光谱辐射亮度分布，计算在不同的任一参数下的绝对辐射定标系数。
具体地，如图2所示，本发明实施例首先使待定标高光谱成像仪工作在暗背景成像模式，采集若干次，例如至少50次暗背景影像数据，用于消除高光谱成像仪由于暗电流所产生的背景噪声；
将待定标高光谱成像仪的积分级数设置为1，调整增益与曝光时间为一组合适的参数，确保此时定标影像不会过曝，将上述三个参数值记为默认成像参数；
将待定标高光谱成像仪设置为默认成像参数，使用积分球照射待定标高光谱成像仪，采集至少50次有效影像数据，并使用光谱辐射计测量积分球的光谱辐射亮度分布；
在确保定标影像不会过曝的情况下，连续均匀改变积分球的输出辐射亮度若干次，重复上述步骤；
根据采集的定标影像与测量的积分球输出的光谱辐射亮度分布，计算待定标高光谱成像仪的相对辐射定标系数、相对响应非线性度以及各光谱通道的绝对辐射定标系数；
保持积分球输出的辐射亮度不变，分别使待定标高光谱成像仪的增益、曝光时间和积分级数中任意两个参数为默认参数，确保定标影像不会过曝，再连续均匀改变其余参数若干次并采集定标影像，计算该可调参数与响应的对应关系；
以1为变化步长，从2开始连续改变待定标高光谱成像仪的积分级数至少10次，另外两个参数使用默认参数，重复前述步骤，此时的积分级数不设置为默认参数，而根据本步骤改变；
分别连续改变待定标高光谱成像仪的增益与曝光时间，重复前述步骤，当改变某一参数时，另外两个采用默认参数；
根据采集的定标影像与测量的积分球输出的光谱辐射亮度分布，计算在不同积分级数、增益与曝光时间下的绝对辐射定标系数。
本发明针对线性渐变滤光片式高光谱成像仪光谱通道数多、光谱分辨率高、积分级数可变的特点，利用不同的成像参数组合，设计了实验室辐射定标方法，所得到的辐射定标参数是后续开展卫星在轨替代定标以及定量化应用的重要基础。
在上述实施例的基础上，步骤S5中根据所述定标影像和所述光谱辐射亮度分布，计算所述待标定星载高光谱成像仪的相对辐射定标系数和相对响应非线性度，包括：
S511，分别将不同辐射亮度级下所述待标定星载高光谱成像仪中各探元的遥感影像像元亮度值以及对应中心波长所有有效探元的平均遥感影像像元亮度值作为横纵坐标绘制散点图，利用最小二乘法对所述散点图进行线性拟合，计算得到所述相对辐射定标系数；
S512，基于所述相对辐射定标系数，对任一级辐射亮度下任一行有效探元输出信号平均值与无参考辐射源时任一行有效探元输出信号平均值之差进行线性约束，获得所述相对响应非线性度。
具体地，本发明实施例中将步骤S3和步骤S4中采集的定标影像与测量的积分球输出的光谱辐射亮度分布，计算待定标高光谱成像仪的相对辐射定标系数与相对响应非线性度，包括：
S511，将不同辐射亮度级下高光谱成像仪各个探元的遥感影像像元亮度值（Digital Number，DN）与相应中心波长所有有效探元的平均DN值分别作为坐标轴的X、Y轴绘制散点图；利用最小二乘法对其进行线性拟合以计算模型参数，具体的拟合公式如下：
其中，为参考辐射源的辐射亮度级数为k时，高光谱成像仪CMOS中第i行中第j列探元所获取的DN均值；/>为参考辐射源的辐射亮度级为k时，高光谱成像仪第i行所有有效探元的DN均值；计算所拟合公式的决定系数，若其决定系数近似接近于1，则可认为该线性模型成立。
S512，由于高光谱成像仪的暗电流噪声属于加性噪声，因此在相对辐射定标前利用原始影像与暗电流图像相减对噪声进行消除，相对辐射定标公式如下：
其中，为第k级辐射亮度下第i行有效探元输出信号均值；/>为无参考辐射源时，第i行有效探元输出信号均值；/>为第k级辐射亮度下第i行第j列像元输出信号均值；/>为无参考辐射源时第i行第j列像元输出信号；/>为第i波段第j个探元的相对辐射定标系数，利用最小二乘法对上述方程组进行求解。
在上述实施例的基础上，步骤S5中根据所述定标影像和所述光谱辐射亮度分布，计算所述待标定星载高光谱成像仪各光谱通道的绝对辐射定标系数，包括：
S521，确定在相对光谱响应函数最小波长与相对光谱响应函数最大波长范围内，对积分球输出光谱辐射亮度分布与当前光谱通道相对光谱响应函数的乘积进行积分，以及对当前光谱通道相对光谱响应函数进行积分，将两个积分的比值作为当前光谱通道等效辐射亮度；
S522，在当前定标影像上选取当前光谱通道中心波长对应输出行，计算所述输出行上所有像素的平均遥感影像像元亮度值；
S523，选取不同定标影像重复步骤S521和步骤S522，得到不同辐射亮度对应的平均遥感影像像元亮度值，利用最小二乘法对平均遥感影像像元亮度值进行线性拟合，得到当前光谱通道的绝对辐射定标系数；
S524，逐个光谱通道重复步骤S521、步骤S522和步骤S523，得到每个光谱通道的绝对辐射定标系数。
具体地，本发明实施例根据步骤S3和步骤S4中采集的定标影像与测量的积分球输出的光谱辐射亮度分布，计算各光谱通道的绝对辐射定标系数，包括：
S521，按照下式计算当前光谱通道的等效辐射亮度：
=/>
式中为当前光谱通道的等效辐射亮度，/>为当前光谱通道的相对光谱响应函数，/>为相对光谱响应函数的最小波长，/>为相对光谱响应函数的最大波长，/>为积分球输出的光谱辐射亮度分布。
S522，在当前定标影像上选取当前光谱通道中心波长对应的输出行/>，计算行上所有像素的平均DN值。
S523，选取不同的定标影像重复步骤S521和步骤S522，得到不同辐射亮度对应的平均DN值，对二者进行最小二乘拟合，即可得到当前光谱通道的绝对辐射定标系数。
S524，逐个光谱通道重复步骤S521、步骤S522和步骤S523，即可得到每个光谱通道的绝对辐射定标系数。
本发明测量了积分球输出的光谱辐射亮度分布，与各光谱通道的相对光谱响应函数进行卷积，得到对应的等效辐射亮度，提高了辐射定标参数的准确性。
在上述实施例的基础上，步骤S6中的保持积分球输出的辐射亮度不变，以待标定星载高光谱成像仪的增益与曝光时间为默认参数，连续均匀改变积分级数若干次，并采集定标影像，计算响应与积分级数的关联关系，包括：
S611，获取积分级数最小时的定标影像，确定对应中心波长的输出行/>，计算中心波长的输出行上所有像素的平均DN值；
S612，获取不同积分级数的定标影像，重复步骤S611，得到中心波长在不同积分级数下的平均DN值，利用最小二乘法对平均DN值进行线性拟合，得到中心波长/>的响应与积分级数的关联关系；
S613，对所有中心波长重复步骤S611和步骤S612，得到每个中心波长的响应与积分级数的关联关系。
在上述实施例的基础上，步骤S6中的保持积分球输出的辐射亮度不变，以待标定星载高光谱成像仪的积分级数与曝光时间为默认参数，连续均匀改变增益若干次，并采集定标影像，计算响应与增益的关联关系，包括：
S621，获取增益最小时的定标影像，确定对应中心波长的输出行/>，计算中心波长/>的输出行/>上所有像素的平均DN值；
S622，获取不同增益的定标影像，重复步骤S621，得到中心波长在不同增益下的平均DN值，利用最小二乘法对平均DN值进行线性拟合，得到中心波长/>的响应与增益的关联关系；
S623，对所有中心波长重复步骤S621和步骤S622，得到每个中心波长的响应与增益的关联关系。
在上述实施例的基础上，步骤S6中的保持积分球输出的辐射亮度不变，以待标定星载高光谱成像仪的积分级数与增益为默认参数，连续均匀改变曝光时间若干次，并采集定标影像，计算响应与曝光时间的关联关系，包括：
S631，获取曝光时间最小时的定标影像，确定对应中心波长的输出行/>，计算中心波长/>的输出行/>上所有像素的平均DN值；
S632，获取不同曝光时间的定标影像，重复步骤S631，得到中心波长在不同增益下的平均DN值，利用最小二乘法对平均DN值进行线性拟合，得到中心波长的响应与曝光时间的关联关系；
S633，对所有中心波长重复步骤S631和步骤S632，得到每个中心波长的响应与曝光时间的关联关系。
本发明提出的成像参数的设置要求，可避免出现过曝等现象，确保定标数据的有效性；通过多次采集与计算，能够避免偶然误差，确保定标数据的可靠性。
在上述实施例的基础上，步骤S7包括：
S701，确定积分级数变化步长为1，从2开始连续改变待标定星载高光谱成像仪的积分级数至少为预设调整次数，确定增益与曝光时间为默认参数，重复步骤S3和步骤S4，使步骤S3中的积分级数依据本步骤进行调整；
S702，分别连续改变待标定星载高光谱成像仪的增益与曝光时间，重复步骤S3和步骤S4，当改变增益与曝光中任一参数时，其余参数与积分级数采用默认参数；
S703，根据步骤S701和步骤S702中采集的定标影像与测量的积分球输出的光谱辐射亮度分布，重复步骤S5，计算在不同积分级数、增益与曝光时间下的绝对辐射定标系数。
本发明所提出的实验室辐射定标方法考虑到简化实验步骤，实验过程中均使用常见的光学分析仪器，如光谱辐射计、积分球等，降低了实验室辐射定标的难度。
下面对本发明提供的星载高光谱成像仪辐射定标系统进行描述，下文描述的星载高光谱成像仪辐射定标系统与上文描述的星载高光谱成像仪辐射定标方法可相互对应参照。
图3是本发明实施例提供的星载高光谱成像仪辐射定标系统的结构示意图，如图3所示，包括：采集模块31、确定模块32、第一测量模块33、第二测量模块34、定标模块35、计算模块36和调节模块36，其中：
采集模块31用于在暗背景成像模式下采集待标定星载高光谱成像仪的预设数量的暗背景影像数据；确定模块32用于确定所述待标定星载高光谱成像仪的默认成像参数；第一测量模块33用于采用积分球以预设照射次数照射所述待标定星载高光谱成像仪，采集定标影像，利用光谱辐射计测量所述积分球的光谱辐射亮度分布；第二测量模块34用于在确定所述定标影像不会过曝时，连续均匀改变所述积分球的输出辐射亮度若干次，重复第一测量模块中的步骤；定标模块35用于根据所述定标影像和所述光谱辐射亮度分布，计算所述待标定星载高光谱成像仪的相对辐射定标系数、相对响应非线性度和各光谱通道的绝对辐射定标系数；计算模块36用于保持所述积分球输出的辐射亮度不变，分别以所述默认成像参数中任一参数为可调节参数，以所述默认成像参数中其余参数为默认参数，连续改变所述任一参数，计算所述任一参数与响应的关联关系；调节模块37用于分别以所述默认成像参数中任一参数为可调节参数，以所述默认成像参数中其余参数为默认参数，重复第一测量模块中的步骤和第二测量模块中的步骤，采集定标影像和所述积分球输出的光谱辐射亮度分布，计算在不同的任一参数下的绝对辐射定标系数。
图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(Communications Interface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行星载高光谱成像仪辐射定标方法，该方法包括：S1，在暗背景成像模式下采集待标定星载高光谱成像仪的预设数量的暗背景影像数据；S2，确定所述待标定星载高光谱成像仪的默认成像参数；S3，采用积分球以预设照射次数照射所述待标定星载高光谱成像仪，采集定标影像，利用光谱辐射计测量所述积分球的光谱辐射亮度分布；S4，在确定所述定标影像不会过曝时，连续均匀改变所述积分球的输出辐射亮度若干次，重复步骤S3；S5，根据所述定标影像和所述光谱辐射亮度分布，计算所述待标定星载高光谱成像仪的相对辐射定标系数、相对响应非线性度和各光谱通道的绝对辐射定标系数；S6，保持所述积分球输出的辐射亮度不变，分别以所述默认成像参数中任一参数为可调节参数，以所述默认成像参数中其余参数为默认参数，连续改变所述任一参数，计算所述任一参数与响应的关联关系；S7，分别以所述默认成像参数中任一参数为可调节参数，以所述默认成像参数中其余参数为默认参数，重复步骤S3和步骤S4，采集定标影像和所述积分球输出的光谱辐射亮度分布，计算在不同的任一参数下的绝对辐射定标系数。
此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种星载高光谱成像仪辐射定标方法，其特征在于，包括：
S1，在暗背景成像模式下采集待标定星载高光谱成像仪的预设数量的暗背景影像数据；
S2，确定所述待标定星载高光谱成像仪的默认成像参数；
S3，采用积分球以预设照射次数照射所述待标定星载高光谱成像仪，采集定标影像，利用光谱辐射计测量所述积分球的光谱辐射亮度分布；
S4，在确定所述定标影像不会过曝时，连续均匀改变所述积分球的输出辐射亮度若干次，重复步骤S3；
S5，根据所述定标影像和所述光谱辐射亮度分布，计算所述待标定星载高光谱成像仪的相对辐射定标系数、相对响应非线性度和各光谱通道的绝对辐射定标系数；
S6，保持所述积分球输出的辐射亮度不变，分别以所述默认成像参数中任一参数为可调节参数，以所述默认成像参数中其余参数为默认参数，连续改变所述任一参数，计算所述任一参数与响应的关联关系；
S7，分别以所述默认成像参数中任一参数为可调节参数，以所述默认成像参数中其余参数为默认参数，重复步骤S3和步骤S4，采集定标影像和所述积分球输出的光谱辐射亮度分布，计算在不同的任一参数下的绝对辐射定标系数。
2.根据权利要求1所述的星载高光谱成像仪辐射定标方法，其特征在于，步骤S2包括：
确定所述待标定星载高光谱成像仪的积分级数为1，调整增益与曝光时间，使定标影像不会过曝，以所述积分级数、所述增益和所述曝光时间构成所述默认成像参数。
3.根据权利要求1所述的星载高光谱成像仪辐射定标方法，其特征在于，步骤S5中根据所述定标影像和所述光谱辐射亮度分布，计算所述待标定星载高光谱成像仪的相对辐射定标系数和相对响应非线性度，包括：
S511，分别将不同辐射亮度级下所述待标定星载高光谱成像仪中各探元的遥感影像像元亮度值以及对应中心波长所有有效探元的平均遥感影像像元亮度值作为横纵坐标绘制散点图，利用最小二乘法对所述散点图进行线性拟合，计算得到所述相对辐射定标系数；
S512，基于所述相对辐射定标系数，对任一级辐射亮度下任一行有效探元输出信号平均值与无参考辐射源时任一行有效探元输出信号平均值之差进行线性约束，获得所述相对响应非线性度。
4.根据权利要求1所述的星载高光谱成像仪辐射定标方法，其特征在于，步骤S5中根据所述定标影像和所述光谱辐射亮度分布，计算所述待标定星载高光谱成像仪各光谱通道的绝对辐射定标系数，包括：
S521，确定在相对光谱响应函数最小波长与相对光谱响应函数最大波长范围内，对积分球输出光谱辐射亮度分布与当前光谱通道相对光谱响应函数的乘积进行积分，以及对当前光谱通道相对光谱响应函数进行积分，将两个积分的比值作为当前光谱通道等效辐射亮度；
S522，在当前定标影像上选取当前光谱通道中心波长对应输出行，计算所述输出行上所有像素的平均遥感影像像元亮度值；
S523，选取不同定标影像重复步骤S521和步骤S522，得到不同辐射亮度对应的平均遥感影像像元亮度值，利用最小二乘法对平均遥感影像像元亮度值进行线性拟合，得到当前光谱通道的绝对辐射定标系数；
S524，逐个光谱通道重复步骤S521、步骤S522和步骤S523，得到每个光谱通道的绝对辐射定标系数。
5.根据权利要求1所述的星载高光谱成像仪辐射定标方法，其特征在于，步骤S6中的保持所述积分球输出的辐射亮度不变，以所述待标定星载高光谱成像仪的增益与曝光时间为默认参数，连续均匀改变积分级数若干次，并采集定标影像，计算响应与积分级数的关联关系，包括：
S611，获取积分级数最小时的定标影像，确定对应中心波长的输出行，计算所述中心波长的输出行上所有像素的平均遥感影像像元亮度值；
S612，获取不同积分级数的定标影像，重复步骤S611，得到所述中心波长在不同积分级数下的平均遥感影像像元亮度值，利用最小二乘法对平均遥感影像像元亮度值进行线性拟合，得到所述中心波长的响应与积分级数的关联关系；
S613，对所有中心波长重复步骤S611和步骤S612，得到每个中心波长的响应与积分级数的关联关系。
6.根据权利要求1所述的星载高光谱成像仪辐射定标方法，其特征在于，步骤S6中的保持所述积分球输出的辐射亮度不变，以所述待标定星载高光谱成像仪的积分级数与曝光时间为默认参数，连续均匀改变增益若干次，并采集定标影像，计算响应与增益的关联关系，包括：
S621，获取增益最小时的定标影像，确定对应中心波长的输出行，计算所述中心波长的输出行上所有像素的平均遥感影像像元亮度值；
S622，获取不同增益的定标影像，重复步骤S621，得到所述中心波长在不同增益下的平均遥感影像像元亮度值，利用最小二乘法对平均遥感影像像元亮度值进行线性拟合，得到所述中心波长的响应与增益的关联关系；
S623，对所有中心波长重复步骤S621和步骤S622，得到每个中心波长的响应与增益的关联关系。
7.根据权利要求1所述的星载高光谱成像仪辐射定标方法，其特征在于，步骤S6中的保持所述积分球输出的辐射亮度不变，以所述待标定星载高光谱成像仪的积分级数与增益为默认参数，连续均匀改变曝光时间若干次，并采集定标影像，计算响应与曝光时间的关联关系，包括：
S631，获取曝光时间最小时的定标影像，确定对应中心波长的输出行，计算所述中心波长的输出行上所有像素的平均遥感影像像元亮度值；
S632，获取不同曝光时间的定标影像，重复步骤S631，得到所述中心波长在不同增益下的平均遥感影像像元亮度值，利用最小二乘法对平均遥感影像像元亮度值进行线性拟合，得到所述中心波长的响应与曝光时间的关联关系；
S633，对所有中心波长重复步骤S631和步骤S632，得到每个中心波长的响应与曝光时间的关联关系。
8.根据权利要求1所述的星载高光谱成像仪辐射定标方法，其特征在于，步骤S7包括：
S701，确定积分级数变化步长为1，从2开始连续改变所述待标定星载高光谱成像仪的积分级数至少为预设调整次数，确定增益与曝光时间为默认参数，重复步骤S3和步骤S4，使步骤S3中的积分级数依据本步骤进行调整；
S702，分别连续改变所述待标定星载高光谱成像仪的增益与曝光时间，重复步骤S3和步骤S4，当改变增益与曝光中任一参数时，其余参数与积分级数采用默认参数；
S703，根据步骤S701和步骤S702中采集的定标影像与测量的积分球输出的光谱辐射亮度分布，重复步骤S5，计算在不同积分级数、增益与曝光时间下的绝对辐射定标系数。
9.一种星载高光谱成像仪辐射定标系统，其特征在于，包括：
采集模块，用于在暗背景成像模式下采集待标定星载高光谱成像仪的预设数量的暗背景影像数据；
确定模块，用于确定所述待标定星载高光谱成像仪的默认成像参数；
第一测量模块，用于采用积分球以预设照射次数照射所述待标定星载高光谱成像仪，采集定标影像，利用光谱辐射计测量所述积分球的光谱辐射亮度分布；
第二测量模块，用于在确定所述定标影像不会过曝时，连续均匀改变所述积分球的输出辐射亮度若干次，重复第一测量模块中的步骤；
定标模块，用于根据所述定标影像和所述光谱辐射亮度分布，计算所述待标定星载高光谱成像仪的相对辐射定标系数、相对响应非线性度和各光谱通道的绝对辐射定标系数；
计算模块，用于保持所述积分球输出的辐射亮度不变，分别以所述默认成像参数中任一参数为可调节参数，以所述默认成像参数中其余参数为默认参数，连续改变所述任一参数，计算所述任一参数与响应的关联关系；
调节模块，用于分别以所述默认成像参数中任一参数为可调节参数，以所述默认成像参数中其余参数为默认参数，重复第一测量模块中的步骤和第二测量模块中的步骤，采集定标影像和所述积分球输出的光谱辐射亮度分布，计算在不同的任一参数下的绝对辐射定标系数。
10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8任一项所述星载高光谱成像仪辐射定标方法。
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Also Published As
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