[发明专利]一种空间相机增益在轨调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及以遥感卫星或空间站为平台对地球进行观测的空间相机，具体涉及空间相机增益的在轨调整方法。

背景技术

在空间相机对地摄影时，地物目标的反射率存在显著的差别，如海水的反射率约为0.05，而冰雪的反射率最高可达0.8。同时不同季节和纬度的光照条件不同，导致空间相机入瞳处的辐亮度存在较大的变化。为了避免空间相机获取的遥感图像中感兴趣的目标处出现饱和现象而无法分辨，用户要求空间相机满足最大辐亮度要求，即在最大辐亮度条件下输出的图像接近饱和或不饱和。其中最大辐亮度和用户要求的目标最大反射率相对应。

为了满足这一要求，目前在空间相机的设计过程中，主要通过调整空间相机成像电路的元器件参数和视频处理器的增益，使相机输出的图像在最大辐亮度条件下接近饱和。确定后的成像电路参数在元器件焊接后即固定，而在空间相机的在轨摄影过程也一般不调整增益。从获取的遥感图像看，存在部分图像整体偏暗、图像层次不丰富且信噪比低的现象，而且在不同时间拍摄的同一地物目标的图像灰度差别大。

针对这一问题，目前已提出的增益调整方法主要通过在摄影过程中，对获取的图像数据或成像传感器输出的模拟电压进行统计分析而后对增益进行调整(彭妮娜，陈大羽，王琨等.采用线阵TDICCD相机的实时自动增益控制算法.红外与激光工程,2011,40(7):1370-1375;颜伟彬,赵斌.基于数字信号处理器的CCD自动增益调整,传感器技术,2004,23(3):74-80；薛旭成，石俊霞，吕恒毅等.空间遥感相机TDICCD积分级数和增益的优化设置，光学精密工程，2011，19(4):857-862)。这些方法的主要问题在于，由于空间相机采用推扫摄影方式，单次摄影过程中每个时刻拍摄的地物目标各不相同，通常在单次十几分钟左右的摄影过程覆盖的地物目标相距上千公里。由于横跨较大的纬度，导致每个时刻的光照条件也不同。而下一时刻要拍摄的地物目标的类型和反射率是未知的，因此对前一时刻获取的图像数据或成像传感器输出的模拟电压进行统计分析得到的增益很可能并不适用下一时刻的地物目标，而出现本应减小增益却增大增益的现象，导致图像出现饱和或达不到调整目的。

发明内容

本发明为了解决现有空间相机在轨采用固定增益，导致部分图像整体偏暗、图像层次不丰富且信噪比低，而且在不同时间拍摄的同一地物目标的图像灰度差别大的问题提供一种空间相机增益在轨调整方法。

一种空间相机增益在轨调整方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、航天器发射前，在空间相机的实验室辐射定标时，在用户要求的最大辐亮度L_max下调整空间相机的增益，使图像的数字量化输出值从小增加至最大值，获得图像的最大数字量化输出值对应的增益倍数G_max；

步骤二、航天器发射后，对搭载空间相机的卫星或空间站的航天器平台的轨道进行高精度仿真，输出各个摄影时刻星下点的太阳高度角；所述仿真采用STK仿真工具，仿真步骤为：

步骤二一、添加卫星，输入轨道参数、初始卫星位置和仿真的起止时间；所述输入的轨道参数包括轨道倾角、半长轴、偏心率、升交点赤经和近地点幅角；初始卫星位置包括历元时刻和真近点角；

步骤二二、选择轨道外推模型；

步骤二三、在步骤二一所述的卫星下选择太阳光照区域输出项，得到各个摄影时刻星下点的太阳高度角；

步骤三、将步骤二获得的各个摄影时刻星下点的太阳高度角转换为太阳天顶角，根据空间相机的波段范围、用户要求的目标最大反射率和各个摄影时刻星下点的太阳天顶角，使用MODTRAN大气辐射传输工具，获得各个摄影时刻当空间相机对目标最大反射率对应的地物成像时，入瞳处的辐亮度L_t；

步骤四、根据步骤一获得的最大数字量化输出值对应的增益倍数G_max，以及步骤三获得的各个摄影时刻当空间相机对目标最大反射率对应的地物成像时，入瞳处的辐亮度L_t，计算空间相机在各个摄影时刻的增益倍数G_t；

具体过程为：设定空间相机设置的最小和最大增益倍数分别为G_DOWN和G_UP，则所述各个摄影时刻的增益倍数G_t的计算公式为：