线阵TDI CCD遥感相机非均匀性校正的研究

    1 引 言

    TDI CCD是近年来继CCD之后发展起来的利用电荷时间延时积分原理成像的新型光电成像器件。与一般CCD相比,其优点是成像灵敏度得到了大大提高,正比于TDI CCD的级数,因而降低了对像面能量的要求[1]。此外,该器件的信噪比相对较高。为了获得最佳的最终图像,需要对相机的非均匀进行校正。在非均匀性校正方面,根据图像传感器光电响应呈线性或非线性的特点,已有多种校正方法。不同的方法其处理效果和复杂程度是不同的。目前非均匀性校正的常用方法有一点定标校正算法,两点定标校正算法和多点定标分段校正算法[2~4]。一点定标算法只对各个像元的偏移量进行补偿,没有对增益作校正,因而当目标的辐照度偏离定标点时,空间噪声很大,校正范围很小。两点定标线性校正算法不仅对器件的暗电流作了补偿,还对增益作了校正。应用两点定标校正算法在对具有线性响应的图像传感器进行校正时,可以取得很好的校正效果,理论上可以完全消除非均匀性,是一种简易而有效的校正方法。多点定标分段校正算法精度高,但算法比前两种复杂。

    2 线阵CCD光电响应不均匀性校正算法

    为了选择一种合适的非均匀性校正方法,首先要知道遥感相机的光电响应是否线性。为此作了CCD的标定工作。本实验采用的相机由4片线阵CCD(每片有2048个像元)拼接而成,具有96、48、24、12、6共5挡时间延迟积分级数,并配有增益可调的视频放大器。采用的标定设备主要由积分球、光谱辐亮度计、标准灯、标准反射率白板组成。积分球由球体、照明灯组和辐亮度监测用硅探测器组成。线阵CCD相机标定的光源为积分球,通过改变积分球内标准灯的点亮数目来控制积分球输出的辐亮度。积分球内设置了具有线性度很好的硅探测器,用来监控积分球辐亮度。通过对积分球进行标定,可知探测器输出电压与积分球输出辐亮度呈线性关系。因此,CCD遥感相机的光电响应可以通过直接建立相机输出的灰度值来探测电压之间的关系。在5个灯,级数为48级,增益为30的条件下,4片CCD光电响应曲线如图1所示。

    从图1中可以看出,这四片CCD的光电响应在工作范围内大体上是线性的。因此利用两点定标算法就可以达到校正的目的。算出每一个像元的校正系数,使它们在同一光照下各像元的响应一致。

    每一个像元都是对入射光的响应灵敏度和暗电流进行表征的。像元响应灵敏度是与所有入射参数无关的(如辐亮度大小、积分级数以及增益大小等)。由于每个像素的灵敏度响应及暗电流都不可能完全相同,因此每一个像元都有其不同的响应系数。由此可以建立如下模型: