[发明专利]一种增益差别较大的成像系统的目标提取及平场改正方法

说明书

本发明实施例涉及一种增益差别较大的成像系统的目标提取及平场改正方法，针对增益差别较大的成像系统在原始观测图像中分辨不出观测目标的现状，设计一种目标提取和平场改正方法。该方法包括：建立准均匀面光源系统，并拍摄光源图像；获得多帧观测目标在探测器不同位置的图像；利用准均匀面光源，扣除每帧观测图像的不均匀背景，提取观测目标的特征信息；在获得观测目标特征基础上对序列在探测器不同位置的图像进行配准；利用观测目标在探测器不同位置强度之比等于不同位置增益之比的基本原理迭代平场；利用迭代的平场图像，对观测目标图像进行平场改正，完成对观测目标的精确光度标定。

技术领域

本发明涉及遥感成像领域，包括对地或天文目标的遥感成像，尤其涉及一种增益差别较大的成像系统的目标提取及平场改正方法。

背景技术

在遥感观测领域，如空间对地观测或空间、地基的天文观测，都使用望远镜对软X射线、紫外、可见光、红外等波长进行观测，观测图像最终记录在探测器上。通常地，探测器可使用电荷耦合器件(Charge-Coupled Device，CCD)或互补金属氧化物半导体器件(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)相机。在可见光波段，CCD或CMOS相机对不同像元的增益差别一般不大，当望远镜系统基本没有渐晕时，一般可以轻而易举的观测到目标。

但实际观测中，有的观测设备不可避免地存在渐晕，如外掩式的日冕仪。有的波长限于探测器的制造工艺，不同像元增益差别较大，例如红外波段。此外，传统的天文观测许多使用光纤光谱仪来同时得到观测目标的空间和光谱信息，每根光纤的透过率不同，导致某个波长处的成像强度受不同根光纤的透过率影响。上述限制最终导致探测器获得的观测目标存在较大的仪器效应，当观测目标的亮度差小于仪器增益差时，很难分辨出观测目标的细节。

通过数据标定可以校正上述仪器效应，从低质量的观测图像中精确的提取出观测目标的真实信息。通常渐晕效应可以通过光学设计计算得到，也可以通过观测均匀面光源实测到。平场不仅可以描述渐晕，也可以描述高频的不均匀性，如探测器不同像元的差异、近焦面处光学元件的透过率不均匀性，脏点，光纤光谱仪每根光纤的透过率差异等。平场测量一般选择均匀面光源，如探测器的平场可以在实验室通过积分球测量出来，望远镜系统的平场夜天文中多采用圆顶平场或晨昏蒙影平场。圆顶平场需要在观测圆顶内建造一个幕布，一个光源，光源打到幕布上散射出均匀的面光源，天光平场在日出或日落前后背对太阳的方向选择一块无云、尽可能均匀的天区，将该天区视做面光源。小视场太阳观测中可以通过随机抖动望远镜，获得均匀面光源；大视场的太阳观测可以通过高斯扩散片或乳白玻璃在观测视场内扩散出较为均匀的面光源。还有一种方法移动太阳像使得太阳像在面阵成像器件内位置变化，采集多帧图像，计算不同帧之间的位移量，采用最小二乘拟合方法拟合出平场，该方法可以适用于非均匀的面光源。

上述方法实际使用时都存在一些限制，如天空平场可以用于可见光，在红外波段，太阳辐射比可见光弱得多，红外对温度也十分敏感，沿天空方向大气的温度不均匀性会影响天空光源的均匀性，从而影响天空平场的测量精度。同理，在中红外波段，圆顶平场的均匀性也很难保证，因周围的物体都是发射源。在真空紫外波段，散射材料不容易选择，所以采用扩散片的方法难以应用。对于增益差别较大的成像系统，因增益差别较大，观测时原始图像中几乎看不到观测目标，移动太阳像的方法需要知道精确的移动量，因分辨不出观测目标导致不同帧图像之间的位移无法计算，该方法也无法应用。可见，对于增益差别较大的成像系统，亟需一种有效的方法在原始观测图像中提取出观测目标，也亟需一种精确的平场定标方法实现对观测目标精确的光度标定。

发明内容

本发明实施例提供一种增益差别较大的成像系统的目标提取及平场改正方法，可以在原始观测图像中提取观测目标图像，并在此基础上进行平场改正，以实现对观测目标精确的光度标定。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于扣除非均匀面光源背景实现目标特征提取，并在此基础上计算平场，从而实现增益差别较大的成像系统的精确定标。