[发明专利]一种实时大气点扩散标定方法

说明书

技术领域

本发明属于遥感探测技术领域，涉及一种利用激光探测的实时大气点扩散标定方法。

背景技术

在遥感成像的过程中，光辐射不仅仅依赖于观测目标，同时它还受到大气中的各种气体和气溶胶粒子的吸收和散射影响。成像过程中不可避免的大气干扰，通常会导致成像质量的退化，尤其是基于卫星、平流层、航空平台的光学遥感对地观测（特别是侧摆、倾斜拍摄）情况下，成像距离非常远从而使得大气光学厚度增加，导致捕获图像的对比度、色彩饱和度下降，目标细节信息丢失，从而大大降低景物的可识别度。因此，为了从图像中获得更多有用的信息，必须进行图像的复原操作，补偿大气造成的退化影响。而对于由于大气的衰减和散射造成的影响，通常可以用如下模型进行表示：

g＝(f_o·t)*h_o+[B·(1-t)]*h_a

式中f_o为物体反射辐射量，g为最终探测到的辐射量，t为场景透过利率，h_o和h_a是点扩散函数，B为天光辐射。通常分为以下两种方法来求取模型中的参数来进行图像恢复，一种是基于图像处理的参数计算，一种是基于天基仪器的物理探测的参数获取。而基于图像处理的参数计算，往往需要一些先验假设，从而使得结果含有假设的误差，同时基于图像处理的方法往往计算复杂度高，使得系统的实时性不高。而基于物理探测的参数获取方法，主要分为基于激光雷达探测消光系数和基于光谱辐射计探测光学厚度。而以上两种系统往往结构复杂，仪器尺寸大，很难整合到主成像系统中为提升成像质量服务，同时上述两种仪器获取的数据是基于长期的统计规律和假设来反演光学参数，因此获取的大气有效光学数据的可靠性、准确性就比较低。因此对于如何快速准确有效的探测大气的点扩散函数，并且构建轻便系统和星载成像系统联合使用，为星载图像的高分辨率校正提供服务，成为了当前的重要需求。

发明内容

本发明提出一种实时大气点扩散标定方法，整个系统硬件的工程要求低，能和天基其他主载荷联合使用。通过直接测量地面上反射激光点透过大气后的散射像，从而求出整个大气层的点扩散函数。点扩散计算过程中不依赖大气散射模型，不引入模型假设和近似，直接探测解算从而使得结果有很高的精度。

本发明实时大气点扩散标定方法主要思路是：

（1）从卫星上向地面发射一束窄脉冲准平行激光束，该光束进入大气层后受到大气的散射作用，最终达到地面形成一个光斑，因为散射作用微弱。光斑经地面反射后对于最终的探测系统形成了一个类点源目标。

（2）该点源目标反射的光再次通过大气层，并受到大气的散射作用最终穿过大气层到达卫星上的光学接受系统。这样最后的接受信号就是出射的光脉冲分别经过下行大气散射和上行大气散射后点扩散信号。

（3）假定大气散射引起的扩散是圆对称的，在接受面上采用32个矩形像素进行一维方向探测，这样可以增加接受信号，而同时又不影响接受信号的解析性，最后用通用高斯分布进行插值旋转获取最终的探测信号，然后利用卷积的傅里叶性质可以求取出点扩散函数。

（4）利用广义高斯分布进行曲线拟合和插值，获取亚像素级的分辨率。

一种实时大气点扩散标定方法，包括如下步骤：

（1）从卫星上向地面发射一束窄脉冲准平行激光束D(x,y)，该光束进入大气层后受到大气的散射作用，最终达到地面形成一个光斑f₁(x,y)，即：

f₁(x,y)＝D(x,y)*h_∨(x,y)（1）

（2）因为散射作用微弱。光斑经地面反射后对于最终的探测系统形成了一个类点源目标f₂(x,y)，即：

f₂(x,y)＝C·f₁(x,y)（2）

该反射点再次通过大气层，并受到大气的散射作用最终穿过大气层到达卫星上的光学接受系统，所以系统的整个过程可以用下式表示：

f(x,y)＝C·D(x,y)*h_∨(x,y)*h_∧(x,y)（3）

（3）根据以往的数据统计，大气散射引起的扩散基本具有圆对称性，所以在光学接受系统中采用线阵单光子探测阵列（32×1像元）来覆盖f(x,y)整个圆形图像，测量其一维方向的投影。