关于遥感卫星TDICCD相机动态范围设计的思考

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1、航天返回与遥感第32卷第1期24SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2011年2月关于遥感卫星TDICCD相机动态范围设计的思考李智勇杨校军渊北京市遥感信息研究所袁北京100011冤摘要文章对卫星可见光TDICCD相机的动态范围进行了研究袁从成像品质的角度对动态范围提出了要求袁并对相机动态范围在轨动态调整的实现途径进行了初步分析袁提出了未来空间相机动态范围设计的发展方向建议遥关键词光学相机成像动态范围在轨参数调整航天遥感+中图分类号院V443.5曰TP391文献标识码院A文章编号院1009-8518渊2011冤01-00

2、24-04ConsiderationonDesigningofDynamicRangeforTDICCDCameraonRemoteSensingSatellitesLiZhiyongYangXiaojun(BeijingResearchInstituteofRemoteSensingInformation,Beijing100011,China)AbstractThepaperanalysedimageeffectsresultingfromseveraldynamicrangesettingofsatellite-basedTDICCDcame

3、ra.Requirementofdynamicrangeisproposedtogethighqualityimage.Possiblemethodsofdy鄄namicrangeadjustmentareanalysedandthefuturedirectionofTDICCDcameradynamicrangedesignissug鄄gested.KeywordsTDICCDCameraDynamicRangeParameterAdjustmentDesign1引言TDICCD相机凭借相对孔径小和轻量化的优势袁近年来迅速成为航天遥感领域的新宠遥

4、TDICCD成像系咱1暂统提供了积分级数和增益两种主要的可调参数袁通过合理设置成像参数可以获取最佳成像效果遥目前袁一些TDICCD相机系统在成像灰度层次和动态范围设置方面尚未取得良好的平衡袁以致出现图像灰度层次不丰富的现象遥本文对此问题进行分析袁提出了扩大成像动态范围的技术途径遥2动态范围对TDICCD相机成像的影响成像的动态范围涉及到相机对入瞳能量响应范围的设计遥不同太阳高度角和不同的地物反射率会产生不同的入瞳能量遥良好的图像要求有丰富的灰度层次信息袁要求相机成像对目标产生的入瞳能量有合理的响应袁既不能在高反射区产生饱和袁也不能对低反射区的起伏无

5、响应遥理想情况下袁要求在较大的入瞳能量范围内对微小的反射率差异给出可分辨的灰度差遥从相机的常规设计而言袁在量化位数一定的情况下袁高动收稿日期院2010-07-20第1期李智勇等院关于遥感卫星TDICCD相机动态范围设计的思考25咱2暂态范围和高辐射分辨率这两个要求是互相矛盾的遥n咱3暂在量化位数n一定的情况下袁相机输出的数字图像灰度层次为2遥以一个8bit量化的相机为例袁可用积分级数为12尧24和48级袁每级可调增益按递增顺序分为3档袁要求其对反射率在0.05~0.7内的目标有良好的响应遥在实验室中袁可以在积分级数为12级尧增益为第1档袁并在最大入

6、瞳辐亮度情况下袁将相机输出调至接近饱和遥对咱4暂于TDICCD相机系统来说袁由于积分级数和增益可调袁相机成像时的图像动态范围是随成像参数而变化的遥图1显示了3种不同积分级数和增益设置的成像动态范围遥图中红色线段表示当积分级数设置为122级尧增益为第1档时的响应曲线袁输入辐亮度响应范围为0~86W/(m窑sr)遥此时入瞳能量和输出灰阶的响应曲线斜率较小袁在相同太阳高度角下袁每一灰阶所代表的反射率范围最大袁对反射率的微小差异最不敏感遥如果成像目标的反射率范围较窄袁则图像中目标区的灰度层次很少袁图像效果不佳遥设目标1反射率在0.3和20.5之间袁在太阳高

7、度角为30毅时袁由6S软件计算出的入瞳辐亮度为18~28W/(m窑sr)袁则其对应的灰度等级输咱5暂出量化范围为53~83DN袁灰度层次为30DN遥此时目标图像灰度整体偏暗袁不易区分目标各部分较弱的反射率差异遥随着积分级数或增益的升高袁响应曲线斜率变大袁动态范围变窄袁处在响应范围内的目标反射率差异敏感度提高袁图像中目标区灰度层次增多袁便于提取更多信息遥但此时图像整体偏亮袁易出现高端饱和现象遥图中绿色线段表示当积分级数设置为24级尧增益为第2档时的响应曲线袁响应范围缩短为0~532W/(m窑sr)遥对同样条件下的目标1输出的灰度范围为87~135DN

8、袁目标图像灰度层次扩大为48DN袁比红线情况提高了60豫遥图中蓝色线段表示当积分级数设置为48级尧增益为第3档时的响应曲线