[发明专利]基于在轨分类统计的红外影像相对辐射矫正方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星图像处理领域，特别是涉及一种基于在轨分类统计的红外影像相对辐射矫正方法。

背景技术

红外成像侦察能够感知目标的红外波谱信息，大气穿透力强，可用于夜间侦察，在目标状态判断和伪装揭露等方面具有优势。由于现有制造工艺水平和材料的限制，红外传感器中各探测单元的响应特性不完全一致，导致像元之间存在了一定的非均匀性，使红外图像中出现了深浅相间的条纹状噪声，当图像被增强后，这种噪声会更加突出，呈百叶窗状，严重影响了红外图像的质量和解析度。红外影像相对辐射校正,就是专门为了校正红外载荷各个探元响应度差异而对卫星遥感器测量的原始数字计数值进行再量化的一种处理过程。

目前红外影像相对辐射校正的方法是使用红外相机星上定标数据，但是目前红外相机星上定标装置的设置与实际侦察目标特性的匹配存在偏差，未能更好地描述复杂场景下目标温度特性，导致星上定标数据满足不了高精度相对辐射定标的需求。在使用星上定标数据进行相对辐射校正后的某些复杂区域的影像仍存在均匀性不佳的现象，主要表现为条纹噪声，这种非均匀性降低了最终输出图像的清晰度，影响了目视判读和温度反演精度，已经成为进一步提高图像质量的瓶颈，并在一定程度上限制了红外图像的应用。

发明内容

本发明提供一种基于在轨分类统计的红外影像相对辐射矫正方法，用于解决现有技术中使用红外相机星上定标数据进行红外影像相对辐射校正，导致星上定标数据满足不了高精度相对辐射定标的需求，仍存在均匀性不佳的问题，实现红外影像的高精度相对辐射校正。

本发明的技术解决方案是：一种基于在轨分类统计的红外影像相对辐射校正方法，包括以下步骤：步骤1：使用K均值算法，对卫星在轨影像获取的地物依据灰度差异进行分类，分为低亮度区间、中间亮度区间和高亮度区间，并获取分段校正的转折点；步骤2：对经过步骤1计算得到的低亮度区间，进行直方图匹配处理，得到低亮度区间的辐射校正查找表；步骤3：对经过步骤1计算得到的中间亮度区间，进行最小二乘拟合处理，得到中间亮度区间的辐射校正查找表；步骤4：对经过步骤1计算得到的高亮度区间，使用斜率为1截距为0的线性模型计算得到高亮度区间的辐射校正查找表；步骤5：以经过步骤2、步骤3或步骤4处理后得到的辐射校正查找表进行转折点的过渡区域处理。

进一步地：步骤1中所述的使用K均值算法，对卫星在轨影像获取的地物依据灰度差异进行分类，从而获取分段校正的转折点，包括：步骤11：聚类样本中心值m₁,m₂,m₃初始化；步骤12：对每个样本进行K均值算法聚类分配；步骤13：重新计算每个聚类的中心值；步骤14：重复步骤12和步骤13直到每个聚类的中心值不再变化，此时便可得到低亮、中亮、高亮分段区间：[0,D_l]，[D_l,D_h]，[D_h,D_max]。

进一步地：步骤2中所述的对低亮度区间[0,D_l]进行直方图匹配处理，得到低亮度区间的辐射校正查找表，包括：步骤21：计算低亮度区间的每个探元的直方图的概率密度函数；步骤22：计算低亮度区间的期望直方图的概率密度函数；步骤23：通过建立每个探元的直方图的概率密度函数和期望直方图的概率密度函数之间的对应关系，得到低亮度区间的辐射校正查找表。

进一步地：步骤3中所述的对中间亮度区间[D_l,D_h]进行最小二乘拟合处理得到中间亮度区间的辐射校正查找表，包括：步骤31：计算中间亮度区间不同辐亮度下影像的整体灰度均值及每个探元的灰度均值；步骤32：将单一探元在不同辐亮度下的灰度均值与不同辐亮度下整幅影像的灰度均值通过最小二乘法进行线性拟合,得到每个探元的增益和偏置；步骤32：由上步系数计算得到中间亮度区间的辐射校正查找表。

进一步地：步骤5中所述对处理后得到的辐射校正查找表进行转折点的过渡区域处理，包括：步骤51：低亮度转折点过渡区域处理，选择低亮度过渡区间[D_l-5,D_l+5]，采用直线拟合的方式求取过渡区间的增益和偏置，然后建立过渡区间的辐射查找表；步骤52：高亮度转折点过渡区域处理，选择高端过渡区间[D_h-5,D_h+5]，采用直线拟合的方式求取增益和偏置，然后建立过渡区间的辐射查找表。

本发明与现有技术相比具有如下优点：