一种宽视场线阵CCD相机的相对辐射校正方法

技术领域

本发明涉及一种宽视场线阵CCD相机的相对辐射校正方法，特别涉及一种 环境减灾卫星多光谱相机的相对辐射校正。

背景技术

线阵CCD相机的视场角限制了扫描的刈幅宽度，使得遥感数据在实现全 天候、全天时的对地观测时受限，通过增加线阵CCD的长度，增大视场角， 可以使传感器扫描的刈幅宽度增加，但视场边缘响应率低，受辐射亮度测量技 术的限制，很难获得尽可能全面的地面信息，这使得采用单镜头线阵CCD相 机的总视场不可能很大，为此通过两个较小视场且光轴有一定夹角的两台线阵 CCD相机进行视场拼接，从而实现宽视场的大范围成像，例如环境减灾卫星两 台线阵CCD拼接后的视场角约为57°(单台线阵CCD成像的视场角约30°角)， 一景影像就可覆盖700km宽度，使得CCD相机的时间分辨率很高，重放周期 只有2天，能够对灾情进行快速评估。

在理想状态下，线阵CCD相机的每一个像元输出的灰度值与输入的辐亮 度成正比，但由于CCD探测器的各片、各抽头、各探元的像元不一致性以及 系统电路的差异等各种不稳定因素的存在导致其对应关系不存在，为此通过相 对辐射校正对线阵CCD各像元间的不一致性进行纠正，目前在轨卫星图像的 相对辐射校正常采用均匀景统计法，这种方法对单镜头线阵CCD相机缺少发 射前整星对接的定标数据和发射后未能获得星上的内定标数据的相对辐射校正 取得很好效果；但是采用该种方法对存在一定倾斜夹角的宽视场线阵CCD相 机进行相对辐射校正效果却不是很理想，因为该方法没有考虑线阵CCD倾斜 一定角度会引入光瞳畸变、瞳型畸变和远心性造成的像平面光照度非线性边缘 减光现象，而这是宽视场线阵CCD相机响应不均匀性的一个主要误差来源。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种宽视场线阵 CCD相机的相对辐射校正方法，该方法能够解决宽视场线阵CCD成像的问题。

本发明的技术解决方案是：一种宽视场线阵CCD相机的相对辐射校正方 法，步骤如下：

(1)选取均匀景影像：要求能覆盖所有的探测像元，均匀景的瞬时相对变 化小于卫星载荷的相对辐射校正精度要求；

(2)划分分视场：把宽视场线阵CCD相机的视场角，以预定的角度间隔 将线阵CCD相机的探测像元分为不同视场；

(3)计算不同分视场的幅宽以及所包含的探测像元数；

(4)分视场均匀景校正：依据上述得到的分视场内探测像元数，计算出每 个分视场内探测像元DN的平均值，计算出每个分视场内探测像元的增益值；

(5)分视场区域均匀景校正：在上述角度间隔划分视场的基础上，按角度 间隔的倍数将分视场重新分为等倍数角度间隔的不同分视场区域，对此不同区 域重复步骤(3)、(4)进行不同等倍数角度间隔下分视场区域均匀景计算；

(6)宽视场线阵CCD相机的整体探测像元校正：将上述不同角度间隔下 分视场均匀区域计算得到每个分视场内探测像元的不同增益值，进行整体拟合 即可得到宽视场线阵CCD相机的相对辐射校正系数。

所述的预定的角度间隔一般小于1°。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明针对宽视场线阵CCD相机的成像数据特点，提出采用分视场 均匀景统计法，实现了宽视场线阵CCD相机的相对辐射校正技术问题。

(2)本发明依据宽视场线阵CCD相机的成像几何光学和光度学，对宽视 场线阵CCD相机的视场角采用循环迭代划分，进行分视场均匀景校正，有效 地解决了宽视场线阵CCD相机由倾斜夹角引起的像平面光照度分布不均匀性。

(3)本发明为宽视场线阵CCD相机提出的方法，兼顾了宽视场线阵CCD 相机成像特性与算法可实行性，对同类卫星的应用也具有很强的实用性。

附图说明

图1为本发明方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明做详细介绍，具体步骤实现过程如下：

(1)均匀景影像选取，从覆盖角度来说，其要求能覆盖所有的探测元；从 辐射角度考虑，其要求均匀景的瞬时相对变化(δ)小于卫星载荷的相对辐射 校正精度要求，瞬时相对变化依据公式①可计算。

$\delta ={\sigma }_{\mathrm{DN}}/\overline{\mathrm{DN}}$①

式中：为选取均匀景影像DN值的均值；

σ_DN为选取均匀景影像DN值的方差；

(2)分视场划分，把宽视场线阵CCD相机的视场角θ_FOV，以一定的角度 间隔将线阵CCD相机的探测像元分为不同的视场，并计算不同分视场的幅宽 以及所包含的探测像元数；

(2.1)角度划分间隔

通过两台线阵CCD相机视场拼接实现宽视场覆盖，通常其星点下对称放 置平分视场，为此预定的角度间隔θ将一半的视场角度平分为m等分，即 有②关系：

$\frac{{\theta }_{\mathrm{FOV}}}{2}=m\times \theta$②

依据线阵CCD相机视场角对传感器入瞳处辐射亮度的影响分析，建议设 置角度间隔θ小于1°，以实现高精度的相对辐射校正。

(2.2)分视场幅宽计算

依据视场角、幅宽以及卫星高度的关系，通过公式③可计算每一角度间隔 内的幅宽L_i；

L_i+1＝[tan[(i+1)×θ]-tan[i×θ]]×H        ③

式中：i为第i个角度间隔，i∈[0，m-1]；

H为卫星高度；

L₀对应星下点其作为参考原点；

(2.3)分视场幅宽所含探测像元数计算

由卫星地面像元分辨率GSD，通过公式④可计算每个分视场幅宽内所含探 测像元数N_i；

$N_i=\frac{L_i}{\mathrm{GSD}}$④

(3)分视场均匀景校正，依据上述得到的分视场内探测像元数，计算出每 个分视场内探测像元DN的均值；

(4)通过公式⑤可计算出每个分视场内探测像元的增益值

$G_{N_{i,j}}=\frac{{\mathrm{DN}}_{i,j}}{\frac{1}{N_i}\underset{r=j}{\overset{N_i+j}{\Sigma }}{\mathrm{DN}}_{i,r}}$⑤

式中：N为线阵CCD相机的总像元数；

r为第i个角度间隔内的第r像元，r∈[j，N_i+j]；

j为落在第i个角度间隔内线阵CCD相机的第j个像元，此处为了 便于书写将其作为第i个角度间隔内的起始像元，j∈[1，N]；

DN_i，r第i个角度间隔内第r个像元的DN值；

(5)分视场区域均匀景校正，在上述角度间隔θ划分视场的基础上，按角 度间隔的倍数kθ将分视场重新分为等倍数角度间隔的不同分视场区域，对此不 同区域重复步骤(3)、(4)进行不同等倍数角度间隔下分视场区域均匀景计算；

其中：等倍角度间隔kθ，k∈[2，m]；

kθ倍角度间隔下的区域数

kθ倍角度间隔下区域均匀景校正像元增益值记为

(6)宽视场线阵CCD相机的整体探测像元校正，将上述不同角度间隔下 分视场均匀区域计算得到每个线阵CCD探测像元的不同增益值以及进行整体拟合即可得到宽视场线阵CCD相机的相对辐射校正系数，利用原图 像的DN值与得到的相对辐射校正系数相除，得到辐射校正后的图像。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。