[发明专利]一种空间相机增益自动实时调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及以遥感卫星或空间站为平台对地球进行观测的空间相机，具体涉及空间相机在轨摄影时增益的自动实时调整方法。

背景技术

对地观测的空间相机的入瞳辐亮度主要由光照条件、地物目标的反射率和空间相机的波段范围等决定，当相机的增益不变时，相机输出图像的数字量化输出值随入瞳辐亮度而变化。为了避免图像中感兴趣的目标处出现饱和现象而无法分辨，用户要求空间相机满足最大辐亮度要求，即在最大辐亮度条件下输出的图像接近饱和或不饱和。该最大辐亮度是在光照条件最强时，对用户要求的目标最大反射率对应的地物成像时相机的入瞳辐亮度。为此目前在空间相机研制中调整成像电路的元器件参数和增益，使相机在最大辐亮度下输出的图像刚好饱和或接近饱和，在发射后采用这一固定增益。这种方式保证了满足用户最大辐亮度的要求，但导致获取的部分图像存在整体偏暗、图像层次不丰富等问题，而且在不同季节获取的同一地物目标的图像灰度差别较大，不便于对比分析和使用。

目前已提出的增益调整方法主要通过对摄影时获取的成像传感器输出的模拟电压或图像数据进行统计分析，而后对增益进行调整(颜伟彬,赵斌.基于数字信号处理器的CCD自动增益调整,传感器技术,2004,23(3):74-80；彭妮娜，陈大羽，王琨等.采用线阵TDICCD相机的实时自动增益控制算法.红外与激光工程,2011,40(7):1370-1375;薛旭成，石俊霞，吕恒毅等.空间遥感相机TDICCD积分级数和增益的优化设置，光学精密工程，2011，19(4):857-862)。这些方法的主要问题在于，空间相机多采用推扫摄影方式，单次摄影过程中每个时刻拍摄的地物目标各不相同，而且经常有高反射率目标夹在大量低反射率目标之中。由于单次摄影即可能覆盖上千公里，横跨较大的纬度，导致不同地物目标处的光照条件差别很大。由于下一时刻要拍摄的地物目标的类型和反射率是未知的，因此对前一时刻获取的成像传感器输出的模拟电压或图像数据进行统计分析得到的增益很可能并不适用下一时刻的地物目标，而出现本应减小增益却增大增益的现象，导致图像出现饱和或达不到调整目的。

由于航天器、地球和太阳之间的相对运动，摄影过程中光照条件不断变化，因此实现空间相机不需要地面干预，自动实时地进行增益的调整具有更大的实用价值。

发明内容

本发明为解决目前空间相机采用固定增益满足以满足最大辐亮度要求，导致获取的部分图像整体偏暗、图像层次不丰富，而且在不同时间拍摄的同一地物目标的图像灰度差别大；克服目前已提出的增益调整方法难以适应地面目标和光照条件变化等缺点，实现不需要地面干预、自动实时地调整增益。

一种空间相机增益自动实时调整方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、航天器发射前，根据空间相机的波段范围、用户要求的目标最大反射率，使用MODTRAN大气辐射传输工具得到空间相机对目标最大反射率对应的地物成像时，不同太阳天顶角对应的相机入瞳辐亮度，并通过曲线拟合建立太阳天顶角与相机入瞳辐亮度之间的函数关系；

步骤二、空间相机在轨摄影时，相机控制器通过航天器总线接收航天器的当前位置和时间，计算星下点的经度和纬度；

步骤三、相机控制器根据步骤二获得的当前时间和星下点的经度与纬度计算当前星下点处的太阳天顶角；

步骤四、相机控制器根据步骤一获得的太阳天顶角与相机入瞳辐亮度之间的函数关系，以及步骤三获得的当前星下点处的太阳天顶角，得到当前对目标最大反射率对应的地物成像时的相机入瞳辐亮度L_c；

步骤五、相机控制器根据步骤四获得的相机入瞳辐亮度L_c，计算当前的增益倍数G_c；

具体计算过程为：设定发射前实验室辐射定标时，在用户要求的最大辐亮度L_max下图像饱和时对应的相机增益倍数为G_max，空间相机设置的最小和最大增益倍数分别为G_DOWN和G_UP，则当前的增益倍数G_c的计算公式为：