[发明专利]一种用于空间相机的面阵数字TDI连续推扫成像方法

说明书

本发明公开了一种用于空间相机的面阵数字TDI连续推扫成像方法，所述方法包括：空间相机在飞行过程中，携带的探测器以小面阵形式向前连续推扫成像；待检测的同一地物在所述探测器的不同位置、不同帧重复曝光，获得同一地物多次曝光的图像；将多次曝光的图像提取出来进行数字叠加，以提高信噪比。上述方法能够有效支持大幅宽、高分辨率、轻小型化空间相机，并提高信噪比。

技术领域

本发明涉及空间相机技术领域，尤其涉及一种用于空间相机的面阵数字TDI连续推扫成像方法。

背景技术

图像信噪比是衡量图像质量的一个重要指标，是图像能否满足应用需求的关键因素，因此是空间相机设计的重要指标之一。空间相机的载体是沿特定轨道运行的卫星，相机与观测目标之间存在相对运动，而且相机的分辨率越高，成像的积分时间就越短，由此必然会导致探测器曝光能量不足，获取的图像的信噪比不高。为了满足应用需求，当空间相机对任一指定维度的地物目标成像时，必须保证成像时刻所得到的图像信噪比值满足需求，根据工程上适用的经验公式，从相机设计角度出发，减小相机F数，选用大像元尺寸、高量子效率探测器，是提高相机信噪比最有效的手段，而带来的结果就是相机的体积和重量都比较大。

现有技术中，大幅宽，高分辨率，轻小型化正成为空间相机的主要发展方向，因此相机信噪比与相机焦距和F数，探测器像元尺寸以及像元数成为空间相机设计中互相制约的因素。而在大幅宽、高分辨率的需求下，大面阵CMOS探测器几乎已成为必然选择，由于CMOS探测器的量子效率没有CCD高，像元尺寸又比较小，高分辨率要求又导致相机曝光时间短，因此设计出来的空间相机单次曝光的图像信噪比很难满足需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于空间相机的面阵数字TDI连续推扫成像方法，能够有效支持大幅宽、高分辨率、轻小型化空间相机，并提高信噪比。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于空间相机的面阵数字TDI连续推扫成像方法，所述方法包括：

步骤1、空间相机在飞行过程中，携带的探测器以小面阵形式向前连续推扫成像；

步骤2、待检测的同一地物在所述探测器的不同位置、不同帧重复曝光，获得同一地物多次曝光的图像；

步骤3、将多次曝光的图像提取出来进行数字叠加，以提高信噪比。

在步骤1中：

进一步根据所述空间相机的相对地速、成像信噪比和像移量因素，设置所述空间相机的各典型指标值，具体包括：成像曝光时间、曝光帧频、数据率、TDI数字积分频次及卫星姿态稳定度。

所述成像曝光时间的设置过程具体为：

若空间相机的轨道高度为H，卫星飞行速度为V_sat，地面像元分辨率为GSD，地速补偿为R，按照空间相机的相对地速计算单次曝光时间内控制1/3像元以内的像移量，则空间相机的成像曝光时间为：

所述曝光帧频的设置过程具体为：

假定两次成像间的图像沿推扫方向相差K行像元，对应的地面距离为GSD米，则空间相机的曝光帧频表示为：

其中，V_sat为卫星飞行速度；R为地速补偿。

所述数据率的设置过程具体为：

若每次曝光的探测器面阵大小为C_ol×K×L，探测器的数据量化位数为N_bit，则空间相机的数据率表示为：

所述TDI数字积分频次的设置过程具体为：