一种基于场景的星载遥感仪器自适应校正方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于场景的星载遥感仪器自适应校正方法和系统，至少包括：飞行平台载荷的能够绕所述飞行平台航轴旋转的传感器以线阵推扫的方式成像，所述飞行平台的计算载荷和/或地面基站的计算终端执行以下步骤：基于预设事件的触发以所述飞行平台的沿轨向相对所述传感器的探元线阵的排列方向呈夹角的方式进行推扫成像从而采集地面场景的成像数据，并根据获得的成像数据进行预定标处理；基于所述地面场景在所述预设事件的持续时间内的动态特征变化的程度和速度对预定标处理后的成像数据进行实时校正。

【技术实现步骤摘要】
一种基于场景的星载遥感仪器自适应校正方法和系统
本专利技术属于遥感
，涉及一种辐射定标方法，涉及一种自适应辐射定标方法，涉及一种辐射定标的校正方法，涉及一种基于场景的辐射定标方法，涉及一种基于场景的辐射定标校正方法，尤其涉及一种基于场景的星载遥感仪器自适应校正方法。
技术介绍
线阵推扫式光学传感器因各个探元之间的响应及偏置不均匀性、每个探元固有的噪声和暗电流不一致性以及传感器外围电路特征差异的响应不一致导致每个探元具有独特的响应特性，因此每个探元成像存在一定差异，在图像上表现为各种随机的图像噪声。相对辐射定标是利用高精度的辐射定标基准标定成像系统的误差，确定每个探元和探元之间的相应关系，因此辐射定标基准的准确性直接影响相对辐射定标的精度。目前，遥感卫星相对辐射定标的主要方法包括：卫星发射前利用积分球的实验室定标发、卫星在轨基于星上定标灯或漫反射板的星上定标、基于地面均匀场的在轨场地定标和利用卫星全生命周期图像的在轨统计定标等。例如，公开号为CN106871925A的中国专利文献公开了一种在轨综合动态调整的遥感卫星相对辐射定标处理方法，(1)获得实验室积分球各辐亮度条件下对应的图像，进而得到系数表；(2)在轨测试期间以卫星安全为基本条件，当卫星处于预设的状态下时，进行尽可能多次直角偏航成像，获取卫星直角偏航的条带数据；获得直角偏航辐射定标查找表；(3)在轨测试期间或者运行成像期间，获得每个时间间隔下的查找表；(4)对卫星某一状态下的图像进行相对辐射定标处理，判断是否存在该状态下的直角偏航辐射定标查找表，若存在，则调用直角偏航辐射定标查找表进行相对辐射定标处理；若不存在，则判断成像时间是否小于预设的时间，若小于，则系数表进行辐射定标处理；若不小于，则调用时间最近的查找表，进行相对辐射定标处理。例如，公开号为CN109671038A的中国专利文献公开了一种基于伪不变特征点分类分层的相对辐射校正方法。现有的辐射校正方法对包含海岸线、海岛等占据优势地物区域的遥感图像进行相对辐射的校正精度不高。该专利技术步骤为：一、基于遥感图像分类获取地物子图像；二、基于光谱的非线性回归分析，确定地物子图像的初始相对辐射校正模型及初始PIFs；三、基于梯度的精细非线性回归分析，确定地物子图像的精细化非线性相对辐射校正模型及精细化PIFs；四、利用精细化PIFs和精细化非线性相对辐射校正模型对待校正地物子图像进行相对辐射校正；五、将校正后的图像合成一幅完整的图像。在以上定标方法中，积分球、定标灯或漫反射板是高精度辐射基准，而均匀场地物（例如沙漠、海洋、雪等）和在轨统计定标的海量样本量是基于概率统计理论具有假设性质的辐射基准。但是由于卫星发射过程中的震动、卫星发射后所处空间环境的变化，导致卫星传感器各个探元的响应状态发生变化，或随着卫星在轨时间的推移，卫星传感器相应状态发生衰减，使得实验室定标方法无法保证卫星整个生命周期的高精度辐射定标；虽然星上辐射定标可以达到较高的定标精度和频次，但不是所有卫星都具备星上定标设备，而且星上定标设备同样存在状态衰减，降低了辐射定标精度。在轨统计定标需求海量样本图像数据或者均匀场数据，无法按满足卫星入轨初期的定标以及卫星高频次的定标需求。随着遥感卫星敏捷能力的提升，利用卫星敏捷能力，相关研究人员提出利用将卫星或者相机偏航90°成像来进行相对辐射定标，并在QuickBird、RapidEye、Landsat8等卫星上得到应用。例如，文献[1]龙亮,王中民.一种基于卫星敏捷特性的在轨辐射定标方法[J].航天返回与遥感,2013,34(4):77-85.公开了利用将卫星或者相机偏航90°成像来进行相对辐射定标，即采用Side-slithercalibrationmethod的方法。该方法包括卫星传感器焦面排列采用多片CCD交错平行排列的方式，为了确保偏航辐射定标时传感器各片CCD所有探元获取相同的入瞳辐射亮度，卫星的偏航相对辐射定标采用对地面均匀定标场地物成像的方式。该方法对地面场景均匀特性的要求大大降低，有利于提高在轨辐射定标的效果。该方法对探元线性度较好的卫星传感器效果比较理想，但是由于传感器各个探元在不同亮度响应区间内的相应函数存在差异且不同探元的响应函数也存在差异，该方案并不能满足传感器各个探元全动态范围的辐射定标。例如，为了使得定标地物（场景）能够比较全面的覆盖焦面探元的响应范围，在进行90°偏航定标时，通常选取多种类型的地物做作为定标场景，如干涸的湖床、热带雨林、极地冰盖、沙漠等。实际上这与传统场地定标的场景选取原则是一致的。沙漠和极地地区等，其发射或反射辐亮度较高场景特别适合探测器动态范围靠近顶端一侧的定标，而辐亮度较低的场景相对比较难以获得，如低辐亮度的植被，器辐射特性会随季节变化，而选海水或海水作为低辐亮度的定标场景，还需要有合适的风力、太阳高度角等条件。文献[1]为了获得辐亮度较低的均匀定标场景，在探测器动态范围接近于底端的部分使用月球作为定标场景进行90°偏航定标。选用月球作为定标场景的好处主要有3点：1、整个月面都可以作为一个具有低辐亮度的定标场景；2、定标时基本上可以忽略大气环境变化的影响；3、定标工作在轨道阴影区或过地球两极时开展，不会和正常的数据采集工作任务时间段冲突。但采用此方法需要在卫星在其航向两侧都设置有多片CCD交错平行排列的传感器，增加了卫星的重量；其次需要一系列的控制、反馈、校正等装置对新增设的传感器进行控制和传感，增加了卫星的成本，牺牲了卫星承载其他功能载荷的能力。针对传感器焦面排列采用光学拼接方式以及传感器各个探元在不同亮度响应区间内的响应函数存在差异，文献[2]张过,李立涛.遥感25号无场化相对辐射定标[J].测绘学报,2017(08):75-82.公开了利用不依赖于地面均匀性的无场化90°偏航辐射定标方法，其中90°偏航辐射定标是将卫星平台或相机旋转90°，同时校正地球自转引起的偏流角，使得线阵CCD传感器与卫星轨道推扫方向平行，卫星沿着轨道推扫成像获取辐射定标数据，进行相对辐射定标的方法。该方法还包括以下步骤：1、条带噪声抑制和对比度提升；2、偏航定标数据规定化；3、定标参数求解。文献[2]公开的方法在偏航辐射定标成像的过程中线阵CCD探元依次经过同一地物，在不考虑线阵所有探元成像时间内（遥感25号该时间为3.2s）的大气变化，线阵CCD探元获得的地物辐射亮度完全相等，因此偏航辐射定标为标定传感器每个探元辐射响应关系提供了高精度的辐射基准，保证了各个探元能够对同一地物进行成像，为辐射定标提供了高精度辐射基准；无场化确保了卫星相对辐射定标不依赖地面均匀或辐射定标对均匀地物的要求，为卫星传感器在轨高频次定标提供支持；不依赖于地面均匀场确保了地物的辐射亮度范围能够涵盖传感器响应的整个动态范围，为全动态范围辐射定标提供数据支持。但是，文献[2]公开的方法还有以下几个问题：首先，采用传感器探元直方图规定化的方法实现遥感25号全动态范围相对辐射定标参数解算，并没有解决文献[2]中所述利用中高亮度均匀区域数据统计定标结果，对其低亮度区域数据相对辐射校正存在残余本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于场景的星载遥感仪器自适应校正方法，至少包括：飞行平台（1）承载的能够绕所述飞行平台（1）航轴旋转的传感器（2）以线阵推扫的方式成像，其特征在于，所述飞行平台（1）的计算载荷（11）和/或地面基站的计算终端（4）执行以下步骤：/n基于预设事件（3）的触发以所述飞行平台（1）的沿轨向相对所述传感器（2）的探元（21）线阵的排列方向呈夹角（α）的方式进行推扫成像从而采集地面场景的成像数据，并根据获得的成像数据进行预定标处理，其中，/n所述预设事件（3）至少包括基于其他飞行平台（1）发送的信息以及先验知识构建的符合高反射场景的第一预设事件（31）、符合中等反射场景的第二预设事件（32）以及符合低反射场景的第三预设事件（33），其中，/n所述第一预设事件（31）至少包括用于终止对所述第一预设事件（31）成像的第一终止事件（311），所述第二预设事件（32）至少包括用于终止对所述第二预设事件（32）成像的第二终止事件（321），所述第三预设事件（33）至少包括用于终止对所述第三预设事件（33）成像的第三终止事件（331）；/n基于所述地面场景在所述预设事件的持续时间内的动态特征变化的程度对预定标处理后的成像数据进行实时校正。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于场景的星载遥感仪器自适应校正方法，至少包括：飞行平台（1）承载的能够绕所述飞行平台（1）航轴旋转的传感器（2）以线阵推扫的方式成像，其特征在于，所述飞行平台（1）的计算载荷（11）和/或地面基站的计算终端（4）执行以下步骤：
基于预设事件（3）的触发以所述飞行平台（1）的沿轨向相对所述传感器（2）的探元（21）线阵的排列方向呈夹角（α）的方式进行推扫成像从而采集地面场景的成像数据，并根据获得的成像数据进行预定标处理，其中，
所述预设事件（3）至少包括基于其他飞行平台（1）发送的信息以及先验知识构建的符合高反射场景的第一预设事件（31）、符合中等反射场景的第二预设事件（32）以及符合低反射场景的第三预设事件（33），其中，
所述第一预设事件（31）至少包括用于终止对所述第一预设事件（31）成像的第一终止事件（311），所述第二预设事件（32）至少包括用于终止对所述第二预设事件（32）成像的第二终止事件（321），所述第三预设事件（33）至少包括用于终止对所述第三预设事件（33）成像的第三终止事件（331）；
基于所述地面场景在所述预设事件的持续时间内的动态特征变化的程度对预定标处理后的成像数据进行实时校正。


2.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于，在所述第一预设事件（31）、第二预设事件（32）、第三预设事件（33）中的至少一个触发的情况下，所述计算载荷（11）和/或计算终端（4）执行如下步骤：
记录所述第一预设事件（31）触发的第一触发时间点和第一起始探元、第二预设事件（32）触发的第二触发时间点和第二起始探元以及第三预设事件（33）触发的第三触发时间点和第三起始探元；
记录第一终止事件（311）触发的第一终止时间点和第一终止探元、第二终止事件（321）触发的第二终止时间点和第二终止探元、第三终止事件（331）触发的第三终止时间和第三终止探元；
对所述成像数据进行分类以形成响应动态范围内高反射场景的第一成像数据（5）、中等反射场景的第二成像数据（6）以及低反射场景的第三成像数据（7）。


3.根据权利要求1所述的校正方法，其特征在于，在所述飞行平台（1）触发所述预设事件（3）进行记录之前，所述计算载荷（11）和/或计算终端（4）执行以下步骤：
所述飞行平台（1）以至少一排所述传感器（2）的探元（21）线阵的排列方向进行推扫成像，从而使得不同的探元（21）对同一场景单元进行顺序成像；
至少一排所述传感器（2）的探元（21）线阵的排列方向以既不平行也不垂直所述飞行平台（1）的沿轨向的方式限定所述夹角（α）进行推扫成像，从而最大概率地触发所述第一预设事件（31）、所述第二预设事件（32）和/或第三预设事件（33）。


4.根据权利要求2或3所述的校正方法，其特征在于，所述计算载荷（11）和/或计算终端（4）根据获得的成像数据进行预定标处理的步骤如下：
基于至少包括所述第一成像数据（5）、第二成像数据（6）以及第三成像数据（7）的成像数据构建以所述探元（21）生成的像元为单位的初始图像；
基于所述初始图像进行去噪处理，并以所述像元为单位进行高频放大以增强所述初始图像中对同一场景单元成像的像元构成的直线的细节；
基于去噪和增强后的每个像元的灰度值进行移位以使得所述初始图像中的同...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢成荫，杨峰，任维佳，杜志贵，
申请(专利权)人：长沙天仪空间科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43