一种推扫式卫星影像CCD相对辐射校正方法

摘要

本发明涉及一种推扫式卫星影像CCD相对辐射校正方法，包括以下步骤：一、对推扫式卫星影像CCD条带重叠区进行迭加处理；二、CCD条带拼接处理；三、CCD条带拼接列附近抬升处理；四、消除多条CCD影像成像的非均匀性。本发明可以使一个CCD阵列中多个CCD条带获取的影像无缝的拼接在一起，有效的克服推扫式卫星影像CCD由于成像条件以及CCD本身性能差异等因素造成的一个CCD阵列中多条CCD影像成像的非均匀性，即一个CCD阵列中多个CCD条带影像在色调、亮度以及反差等方面的存在不同程度的差异，使一个CCD阵列中多个CCD条带影像在色调、亮度以及反差等均匀一致，为获取高质量的影像产品。

说明书

技术领域

本发明属于图像处理与分析领域，涉及一种推扫式卫星影像CCD相对辐射校正方法。

背景技术

推扫式影像获取方式是利用卫星获取影像的一种主要的成像方式，影像的获取是通过线性阵列传感器来完成，线性阵列传感器由一排垂直于轨道方向排列的CCD阵列组成，每个CCD阵列包含数千个像元，通过每个像元的成像来获取垂直轨道方向的影像，沿着轨道方向的影像通过卫星的运动来获取。当前，由于制作工艺和技术的限制，通常CCD阵列很难用一条完整的CCD实现预定宽度的扫描影像，通常由几条CCD通过重叠的方式拼接成一个线性CCD阵列，例如，我们国家发射的“资源2号”卫星就是由4条CCD进行拼接来构成一个线性CCD阵列，4条CCD通过重叠的方式排列，扫描的时候4条CCD分别成像，通过对原始获取的影像经过无效像元的去除和CCD拼接处理后，最后输出成标准的影像产品。

卫星影像的辐射校正是卫星影像应用的一个基本步骤，也是进行卫星影像产品生产的必经过程，卫星影像CCD相对辐射校正是辐射校正方法的一种，它直接利用卫星获取的信息，根据获取数据的统计特性进行多条CCD之间辐射特性的相对校正，可以获得色彩一致的影像数据。

由于CCD重叠像元区域的影像不能直接通过简单的拼接处理就使一个CCD阵列中多条CCD影像形成一幅高质量的无缝影像，因此，必须进行特殊的处理。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种推扫式卫星影像CCD相对辐射校正方法，该方法可有效的解决一个CCD阵列中多条CCD影像的无缝拼接问题，同时可以消除一个CCD阵列中多条CCD影像成像的非均匀性，从而获取高质量的影像产品。

本发明提供的技术方案是：一种推扫式卫星影像CCD相对辐射校正方法，包括以下步骤：

一、对推扫式卫星影像CCD条带重叠区进行迭加处理

未经处理的推扫式卫星影像由几条CCD通过重叠的方式拼接成一个线性CCD阵列，将这些CCD条带的重叠区的两个同名像元的灰度值相加作为重叠区像元新的灰度值，这样两个相邻CCD条带在重叠区内的同名像元具有同样的灰度值；

二、CCD条带拼接处理

在相邻CCD条带重叠区内任选一列像元作为拼接列，将各CCD条带影像直接拼接在一起；

三、CCD条带拼接列附近抬升处理

抬升处理分为粗略抬升处理和二次抬升处理两大步骤：

粗略抬升处理

a)粗略抬升处理区域的宽度根据拼接列左右像元灰度值在行方向的分布情况确定，在拼接列左右，将像元灰度值在行方向上出现下降趋势的区域作为粗略抬升处理的区域；粗略抬升处理区域的高度为CCD条带影像的高度；

b)对粗略抬升处理区域，按照由拼接列开始向两边进行分块，分块时使粗略抬升处理区域能够被整块分割，同时又使各影像块大小相同、互不重叠的原则来确定分块时影像块的宽度和高度；

c)按照上一步确定的影像块的宽度和高度，由拼接列开始向两边将粗略抬升处理区域分成大小相同、互不重叠的影像块；然后分别计算各影像块的像元均值和标准偏差；

d)按下述公式确定每个影像块处理的参考像元均值和参考标准偏差：

          RM_ij＝M_ij+(i-1)*(M_nj-M_1j)/(n-1)

          RS_ij＝S_ij+(i-1)*(S_nj-S_1j)/(n-1)

式中：

j为列方向块的序号，取值为1，2，…，m；其中m为处理区域在列方向的分块数；

i为行方向块的序号，取值为1，2，…，n；其中n为处理区域在行方向的分块数；

M_ij为行列序号为i，j的影像块的像元均值；

S_ij为行列序号为i，j的影像块的标准偏差；

RM_ij为行列序号为i，j的影像块的参考像元均值；

RS_ij为行列序号为i，j的影像块的参考标准偏差；

e)按下述公式计算每个影像块对应的处理系数r₀和r₁的值：

         r₀＝RM_ij-r₁M_ij    r₁＝RS_ij/S_ij

f)对处理区域中的每一个像元，利用邻近的四个影像块的r₀和r₁的取值，采用双线性内插的方法，计算每个像元对应的处理系数r₀′和r₁′的值，然后应用下述公式来计算该像元对应的处理后的像元灰度值：

         f(x，y)＝g(x，y)r₁′+r₀′

式中：

g(x，y)为处理前的像元灰度值；

f(x，y)为处理后的像元灰度值；

x、y为像元的行、列号；

二次抬升处理

在粗略抬升处理的基础上进行的二次抬升处理，其处理步骤为：

a)取拼接列左右各1至3倍粗略抬升处理区域分块时影像块的宽度作为二次抬升处理区域的宽度；取粗略抬升处理区域的高度作为二次抬升处理区域的高度；

b)由拼接列开始向两边将二次抬升处理区域分成大小相同、互不重叠的影像块，分块时使二次抬升处理区域能够被整块分割；然后分别计算各影像块的像元均值和标准偏差；

c)在二次抬升处理的区域内，按粗略抬升处理的步骤d)-f)进行处理；

四、消除多条CCD影像成像的非均匀性

a)将经上一步处理后的影像分成大小相同、互不重叠的影像块，分别计算各影像块的像元均值m_g和标准偏差s_g；

b)确定处理的参考像元均值m_f和参考标准偏差s_f：取整幅影像的像元均值或其附近值(如该均值±10％)作为参考像元均值m_f，在所有影像块标准偏差值的平均值和最大值之间任取一个值作为参考标准偏差s_f，如对所有影像块的标准偏差从小到大进行排序，取标准偏差序列4/5处标准偏差值作为参考标准偏差s_f；

c)对每个影像块，按照下述公式计算每个影像块对应的处理系数r₀和r₁的值：

                r₀＝m_f-r₁m_g

                r₁＝s_f/s_g

式中：

m_g为影像块的像元均值；

s_g为影像块的标准偏差；

m_f为参考像元均值；

s_f为参考标准偏差；

d)对每一个像元，利用相邻的四个影像块的r₀和r₁的取值，采用双线性内插的方法，计算每个像元对应的处理系数r₀′和r₁′的值，然后应用下述公式计算每个像元对应的处理后的像元灰度值，得到推扫式卫星影像CCD相对辐射校正后的影像：

                 f(x，y)＝g(x，y)r₁′+r₀′

式中：

g(x，y)为处理前的像元灰度值；

f(x，y)为处理后的像元灰度值；

x、y为像元的行、列号。

在上述对推扫式卫星影像CCD条带重叠区进行迭加处理后，当出现接缝列时，可按以下步骤处理：

a)将每个接缝列分成大小相同、互不重叠的小段，分别计算每一小段接缝列左、右两侧3-20像素宽度范围像元灰度值的均值M_L、M_R，将每一小段右侧均值M_R减去左侧均值M_L得到该小段的灰度差值Δg，即Δg＝M_R-M_L；

b)以行为单位，在位于CCD条带接缝列的非重叠区一侧10-400像元的宽度范围内对每个像元的灰度值按下述公式进行改正；

$>>>I>out>>=>>I>in>>+>>>>(>w>->d>)>>*>>\Delta g>\prime >>>w>>>s>$

其中：I_in表示处理前像元灰度值；

I_out表示处理后像元灰度值；

d为处理像元到接缝列的距离；

w为改正宽度；

Δg′为该行需要改正的灰度差值，该值通过该行相邻的两个小段接缝列的灰度差值内插得到。

如果被处理的影像是一个波段的影像，直接按照上面的步骤进行处理；如果被处理的影像是多波段的影像，例如彩色影像具有红、绿、蓝三个波段，则在每个波段上按照上面的步骤分别进行处理。

本发明可以使一个CCD阵列中多个CCD条带获取的影像无缝的拼接在一起，有效的克服推扫式卫星影像CCD由于成像条件以及CCD本身性能差异等因素造成的一个CCD阵列中多条CCD影像成像的非均匀性，即一个CCD阵列中多个CCD条带影像在色调、亮度以及反差等方面的存在不同程度的差异，使一个CCD阵列中多个CCD条带影像在色调、亮度以及反差等均匀一致，为获取高质量的影像产品。

附图说明

附图为本发明推扫式卫星影像CCD相对辐射校正处理流程图。

具体实施方式

参见附图，本发明提供一种推扫式卫星影像CCD相对辐射校正方法，该方法可以使一个CCD阵列中多个CCD条带影像无缝的拼接在一起，有效的克服推扫式卫星影像CCD由于成像条件以及CCD本身性能差异等因素造成的一个CCD阵列中多条CCD影像成像的非均匀性(即一个CCD阵列中多个CCD条带影像在色调、亮度以及反差等方面的存在不同程度的差异)，使一个CCD阵列中多个CCD条带影像在色调、亮度以及反差等均匀一致，获取高质量的影像产品。本发明包括以下步骤：

一、对推扫式卫星影像CCD条带重叠区进行迭加处理

未经处理的推扫式卫星影像由几条CCD通过重叠的方式拼接成一个线性CCD阵列，将这些CCD条带的重叠区的两个同名像元的灰度值相加作为重叠区像元新的灰度值，这样两个相邻CCD条带在重叠区内的同名像元具有同样的灰度值；

二、在上述对推扫式卫星影像CCD条带重叠区进行迭加处理后，当出现接缝列时，可按以下步骤处理：

c)将每个接缝列分成大小相同、互不重叠的小段，分别计算每一小段接缝列左、右两侧3-20像素宽度范围(如取5像素)像元灰度值的均值M_L、M_R，将每一小段右侧均值M_R减去左侧均值M_L得到该小段的灰度差值Δg，即Δg＝M_R-M_L；

d)以行为单位，在位于CCD条带接缝列的非重叠区一侧10-400像元的宽度范围内对每个像元的灰度值按下述公式进行改正，如可以使的值在0.1-0.2左右，这样一方面可以取得较好的处理效果，另一方面可以减少计算量：

$>>>I>out>>=>>I>in>>+>>>>(>w>->d>)>>*>>\Delta g>\prime >>>w>>>s>$

其中：I_in表示处理前像元灰度值；

I_out表示处理后像元灰度值；

d为处理像元到接缝列的距离；

w为改正宽度；

Δg′为该行需要改正的灰度差值，该值通过该行相邻的两个小段接缝列的灰度差值内插得到。

三、CCD条带拼接处理

由于相邻CCD条带在重叠区内的同名像元具有同样的灰度值，因此在相邻CCD条带重叠区内任选一列像元作为拼接列，将各CCD条带影像直接拼接在一起，都不会造成接缝；

四、CCD条带拼接列附近抬升处理

虽然前面的处理可以保证CCD条带拼接时拼接列附近不会出现灰度的不连续情况，但拼接列附近像元的灰度值与其它部分相比仍有较大差异，表现为灰度值偏低，因此需要进行抬升处理。由于抬升处理区域可能较大，这样在抬升处理区域内影像地物差异也可能较大，采用一次抬升处理很难取得较好的处理效果，所以本发明将抬升处理分为粗略抬升处理和二次抬升处理两大步骤，以取得更好的处理效果；粗略抬升处理与二次抬升处理相比只是在处理区域大小和分块的尺度上存在差别；粗略抬升处理处理区域较大，分块尺度也较大，二次抬升处理区域较小，分块尺度也较小；

粗略抬升处理

a)粗略抬升处理区域的宽度根据拼接列左右像元灰度值在行方向的分布情况确定，在拼接列左右，将像元灰度值在行方向上出现下降趋势的区域作为粗略抬升处理的区域；粗略抬升处理区域的高度为CCD条带影像的高度；

b)对粗略抬升处理区域，按照由拼接列开始向两边进行分块，分块时使粗略抬升处理区域能够被整块分割，同时又使各影像块大小相同、互不重叠的原则来确定分块时影像块的宽度和高度；由于影像具体成像情况存在差异，粗略抬升区域在拼接列左右的宽度可以不同，为了确保由拼接列开始向两边进行分块时，整个粗略抬升处理区域能够被整块分割，同时各影像块大小相同、互不重叠，可以对粗略抬升处理区域进行一定的微调；对粗略抬升处理区域分块时，在行方向上将其分成5-30块，如取14块，在列方向上将其分成1-20块，如取10块，从而确定分块时影像块的宽度和高度；为了达到更好的处理效果，在确定了分块时影像块的宽度和高度之后，最好在行方向上将粗略抬升处理区域的宽度分别向两边扩展1-5个影像块的宽度，推荐扩展1个影像块的宽度；

c)按照上一步确定的影像块的宽度和高度，由拼接列开始向两边将粗略抬升处理区域分成大小相同、互不重叠的影像块；然后分别计算各影像块的像元均值和标准偏差；

d)按下述公式确定每个影像块处理的参考像元均值和参考标准偏差：

RM_ij＝M_ij+(i-1)*(M_nj-M_1j)/(n-1)

RS_ij＝S_ij+(i-1)*(S_nj-S_1j)/(n-1)

式中：

j为列方向块的序号，取值为1，2，…，m；其中m为处理区域在列方向的分块数；

i为行方向块的序号，取值为1，2，…，n；其中n为处理区域在行方向的分块数；

M_ij为行列序号为i，j的影像块的像元均值；

S_ij为行列序号为i，j的影像块的标准偏差；

RM_ij为行列序号为i，j的影像块的参考像元均值；

RS_ij为行列序号为i，j的影像块的参考标准偏差；

e)按下述公式计算每个影像块对应的处理系数r₀和r₁的值：

r₀＝RM_ij-r₁M_ij    r₁＝RS_ij/S_ij

f)对处理区域中的每一个像元，利用邻近的四个影像块的r₀和r₁的取值，采用双线性内插的方法，计算每个像元对应的处理系数r₀′和r₁′的值，然后应用下述公式来计算该像元对应的处理后的像元灰度值：

f(x，y)＝g(x，y)r₁′+r₀′

式中：

g(x，y)为处理前的像元灰度值；

f(x，y)为处理后的像元灰度值；

x、y为像元的行、列号；

二次抬升处理

在粗略抬升处理的基础上进行的二次抬升处理，其处理步骤为：

a)取拼接列左右各1至3倍粗略抬升处理区域分块时影像块的宽度作为二次抬升处理区域的宽度，如取2倍粗略抬升处理区域分块时影像块的宽度；取粗略抬升处理区域的高度作为二次抬升处理区域的高度；

b)由拼接列开始向两边将二次抬升处理区域分成大小相同、互不重叠的影像块，分块时使二次抬升处理区域能够被整块分割；在对二次抬升处理区域进行分块时，在行方向上将其分为10-40块，如取30块，同时保证每块宽度至少为3个像素，在列方向上将其分为10-120块，如取60块；然后分别计算各影像块的像元均值和标准偏差；

c)在二次抬升处理的区域内，按粗略抬升处理的步骤d)-f)进行处理；

五、消除多条CCD影像成像的非均匀性

a)将经上一步处理后的影像分成大小相同、互不重叠的影像块，分别计算各影像块的像元均值m_g和标准偏差s_g；分块时，在行方向上，分块个数为CCD条带数的1-20倍，如取5倍，在列方向上将其分成1-10块，如取3块；

b)确定处理的参考像元均值m_f和参考标准偏差s_f：取整幅影像的像元均值或其附近值(如该均值±10％)作为参考像元均值m_f，在所有影像块标准偏差值的平均值和最大值之间任取一个值作为参考标准偏差s_f，如对所有影像块的标准偏差从小到大进行排序，取标准偏差序列4/5处标准偏差值作为参考标准偏差s_f；

c)对每个影像块，按照下述公式计算每个影像块对应的处理系数r₀和r₁的值：

                      r₀＝m_f-r₁m_g

                      r₁＝s_f/s_g

式中：

m_g为影像块的像元均值；

s_g为影像块的标准偏差；

m_f为参考像元均值；

s_f为参考标准偏差；

d)对每一个像元，利用相邻的四个影像块的r₀和r₁的取值，采用双线性内插的方法，计算每个像元对应的处理系数r₀′和r₁′的值，然后应用下述公式计算每个像元对应的处理后的像元灰度值，得到推扫式卫星影像CCD相对辐射校正后的影像：

                f(x，y)＝g(x，y)r₁′+r₀′

式中：

g(x，y)为处理前的像元灰度值；

f(x，y)为处理后的像元灰度值；

x、y为像元的行、列号。

六、如果被处理的影像是一个波段的影像，直接按照上面的步骤进行处理；如果被处理的影像是多波段的影像，例如彩色影像具有红、绿、蓝三个波段，则在每个波段上按照上面的步骤分别进行处理。