一种全反射光学拼接相机的能量补偿与色差消除方法

摘要

一种全反射光学拼接相机的能量补偿与色差消除方法，处理步骤包括：首先，计算实验室定标图像的有效灰度均值以及能量损失区域每个探测器的列均值，并拟合每个探测器的第一次能量补偿系数；其次，选取大量在轨影像数据，分别统计能量损失区域附近正常区域的直方图以及能量损失区域每列图像第一次补偿后的直方图，建立每个能量损失区域每个探测器的直方图查找表；最后，基于影像数据重叠区域的灰度信息自适应去除片间色差。本发明的技术方案能够解决全反射光学拼接相机搭接区的能量损失问题，充分利用卫星发射前的相机实验室定标数据和卫星发射后的大量在轨图像数据，确保光学拼接区域的能量得到有效补偿。

主权项

一种全反射光学拼接相机的能量补偿与色差消除方法，其特征在于实现步骤如下：(1)计算实验室定标图像的有效灰度均值；卫星发射前在实验室通过调整积分球定标灯的辐亮度等级，获得全反射式光学相机在某增益、某积分级数下的L幅定标图像；L为正整数；计算L幅定标图像中每片CCD有效区域的灰度均值，称为有效灰度均值，有效灰度均值作为该片CCD的输出期望值；所述有效区域是指除能量损失区域之外的正常区域；所述能量损失区域是指光学全反射式拼接相机在相邻两片CCD搭接附近，由于全反射膜的存在而导致的光线遮挡区域；(2)计算定标图像能量损失区域每列的第一次能量补偿系数；所述计算定标图像能量损失区域每列的第一次能量补偿系数计算如下：$\left\{\begin{array}{c}M{\mathrm{ean}}_1=a_i\times {\mathrm{DN}}_{i1}^3+b_i\times {\mathrm{DN}}_{i1}^2+c_i\times {\mathrm{DN}}_{i1}+d_i\\ {\mathrm{Mean}}_2=a_i\times {\mathrm{DN}}_{i2}^3+b_i\times {\mathrm{DN}}_{i2}^2+c_i\times {\mathrm{DN}}_{i2}+d_i\\ ······\\ {\mathrm{Mean}}_L=a_i\times {\mathrm{DN}}_{\mathrm{iL}}^3+b_i\times {\mathrm{DN}}_{\mathrm{iL}}^2+c_i\times {\mathrm{DN}}_{\mathrm{iL}}+d_i\end{array}\right.$式中，a_i、b_i、c_i、d_i为能量损失区域第i列的能量补偿系数，i为正整数且1≤i≤W，W是能量损失区域的列数；DN_i1、DN_i2、...、DN_iL分别为L幅定标图像中能量损失区域中第i列的灰度均值；Mean₁、Mean₂、...、Mean_L分别为L幅定标图像的有效灰度均值；(3)计算能量损失区域的第二次能量补偿系数；卫星在轨运行后，利用第一次能量补偿系数对大量在轨影像数据中的能量损失区域进行校正，得到校正后的第一次能量补偿图像；统计所述第一次能量补偿图像中的能量损失区域，分别建立能量损失区域每列图像的直方图，称为每列能量补偿原始直方图；统计能量损失区域附近正常区域宽度的数据并建立直方图，称为能量补偿期望直方图；对所述每列能量补偿原始直方图与能量补偿期望直方图进行匹配，建立第一次能量补偿图像中每列图像的直方图查找表，分段线性拟合直方图查找表并计算第二次能量补偿系数；利用第二次能量补偿系数对第一次能量补偿图像进行校正，得到校正后的第二次能量补偿图像；(4)基于重叠区域自适应消除片间色差；所述重叠区域是指相邻两片CCD能拍到同一场景的搭接区域；所述自适应是指根据重叠区域灰度差值大小自动选择色差消除方法；首先选取校正后的第二次能量补偿图像中靠近重叠区域的中间区域作为有效重叠区域，有效重叠区域宽度取决于全反射光学拼接相机重叠区域的设计宽度；然后选取相邻两片中的某一片图像为基准图像，另一片图像作为色差待去除图像，计算所述相邻两片有效重叠区域的灰度均值的差值，若所述灰度均值差值的绝对值不小于所设定阈值δ，则需要色差消除，否则不需要色差消除处理；所述色差消除方法如下：统计有效重叠区域的灰度级数，若所述有效重叠区域的灰度级数不小于总灰度级数的40％～50％，则利用直方图匹配方法消除色差，否则利用灰度差值方法消除色差；所述总灰度级数即相机的量化级数；所述步骤(3)所述分段线性拟合直方图查找表并计算第二次能量补偿系数实现如下：按照总灰度级数将直方图查找表分成低、中、高三段，对于总灰度级数为1024的图像，原始直方图中灰度值在0～300区间内的设定为低段，灰度值在300～800区间内的设定为中段，灰度值在800～1023区间内的设定为高段，利用最小二乘法分别拟合三段区间的线性补偿系数，称之为第二次能量补偿系数；所述步骤(4)所述直方图匹配方法消除色差，实现如下：统计所述基准图像中对应的有效重叠区域的直方图，作为色差消除期望直方图，统计色差待去除图像中对应的有效重叠区域的直方图，作为色差消除原始直方图；分别建立所述色差消除原始直方图与色差消除期望直方图的映射关系，得到色差消除映射查找表，并将所述映射查找表作用于色差待去除图像消除两片间的色差。