[发明专利]一种空间线阵相机的相对辐射校正方法

说明书

本发明提出了一种空间线阵相机的相对辐射校正方法，利用观测数据的统计模型，自动选取相对辐射校正的基准探元，利用统计模型建立辐射校正直方图查找表，对查找表建立线性回归方程计算校正参数，最后使用绝对辐射定标系数对校正参数进行谱段保形修正。本发明能够在空间线阵相机空域和时域噪声共存的条件下，对其空间噪声线性校正系数建模，本发明对相机的定标功能要求少，适应性强，对于噪声明显的低信噪比观测数据，也能达到良好的相对辐射校正效果。本发明能够根据空间线阵相机在轨辐射性能变化情况更新校正系数，生成的线性校正系数满足量化遥感应用的要求。

技术领域

本发明属于遥感影像数据处理领域，涉及一种空间线阵相机的相对辐射校正方法。

背景技术

空间线阵光学相机通过搭载卫星平台运动实现对地表目标的推扫观测，获取地表的光学影像。为了实现同时覆盖垂轨方向一定空间范围的地物，空间线阵相机的光电转换器件探测单元数量众多，受半导体加工缺陷、处理电路性能波动等因素影响，线阵相机获取的图像数据中存在噪声，影响图像数据的应用。

作为典型半导体光电系统，空间线阵相机噪声形成机制复杂，总体上可以分为时域噪声和空域噪声。时域噪声是线阵相机单个积分时间内(积分时间很短，太阳同步轨道空间相机的积分时间为几个毫秒)由于微观粒子的不规则运动导致的，主要包括探测元内部固有噪声、光电子涨落引起的噪声和电子散粒噪声等。空域噪声主要是由于探测器不同探测单元之间光电转换特性不一致引起的噪声。两种噪声在观测数据中同时存在，通常认为是相互独立的。

线阵相机相对辐射校正，是指消除相机的空间噪声，在同样的入射光场条件下，实现不同探测元输出的量化数值(Digital Number，下文简称DN值)一致。空间相机相对辐射校正方法主要包括四种：地面测试校正法、直方图匹配法、星载仪器定标法和偏航定标法。

地面测试校正法在试验室建立与空间观测时尽量一致的条件，利用积分球等设备形成均匀入射光场，通过线性拟合的方法得到相对校正系数。由于试验室模拟环境与在轨运行真实环境存在差异，且空间载荷发射入轨后以及长期运行中辐射响应特性会发生变化，利用实验室测试得到的系数进行相对辐射校正的效果不佳，通常在无其他更好的校正参数时作为辐射校正处理的初始预设值。

直方图匹配法基于采样原理，样本充足的条件下，不同探测元多次采样的结果都接近于实际地表光信号真实分布。统计直方图反映探测元的响应差异，直方图匹配建立查找表可实现相对辐射校正。直方图匹配法能够在目视效果上消除条带噪声，但直方图匹配过程破坏了DN值与入射辐亮度的线性对应关系，还可能出现不同原始观测值对应同样的校正值的情况，因此不适用于量化遥感应用。

星载仪器校正法要求卫星上安装有定标装置，通过漫反射板引入太阳光实现全光路观测，或利用光路切换器引入内置稳定光源进行部分光路观测。通过在轨获取均匀光场的观测数据，在预期所有探元输出DN值一致的前提条件下，采用回归分析等方法计算相对辐射校正系数。内置光源产生的均匀只能通过部分光路，光难以做到与对地观测时光路完全相同，不能处理内光源未经过部分造成的辐射响应差异，影响校正结果的精度。漫反射板全光路定标装置体积大，是能导致载荷整体时效的风险点，需要占用大量体积、质量等资源。这类方法要求线阵相机安装附加定标装置，对卫星资源要求高，无法用于缺少全视场辐射定标装置的线阵相机。

偏航校正法适用于高机动能力的卫星，通过90度偏航观测使得空间载荷线阵探测器的所有探测元依次观测地面上同样的地物。在短时间内光照条件可认为保持不变，等同于获得线阵探测器的均匀光场观测数据，利用预期输出DN值一致的条件，计算相对辐射校正系数，可实现线阵相机的正常对地观测数据的相对辐射校正。偏航定标法依赖卫星的高机动能力，不能用于缺少90度偏航观测能力的卫星，方法具有局限性。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种空间线阵相机的相对辐射校正方法，实现在没有星上定标装置时，不依赖卫星的偏航机动的条件下，完成空间线阵相机的相对辐射校正，消除空间相机长期在轨运行后性能衰减引入的探测元辐射响应差异。