多光谱CCD相机配准的图像校正

    1 引 言

    多光谱配准是各谱段CCD的相应像元在相机光学系统像方各单谱段焦平面处的空间重叠对准。多光谱配准如图1所示,图中以A谱段为配准的基准谱段,X方向为CCD的线阵方向,Y方向为推扫成像方向。

    图1中,$f为各谱段像元的共焦偏差,$x、$y则为各谱段CCD像元在X、Y两个方向上相对于基准谱段像元的配准偏差。

    多光谱相机各单谱段的CCD同时独立推扫成像,配准精度的高低并不影响各单谱段图像的质量。多光谱CCD相机进行配准的目的是通过对多个单谱段CCD的实时图像进行谱段组合,可以得到较高质量的彩色合成图像。

    本文研究了CCD的扫描成像及合成彩色图像的过程,提出了一种在合成彩色图像时校正配准偏差的处理方法。在此方法中,使各谱段CCD的每个像元信号都扩展成一个二维数组后再进行彩色合成。

    2 多光谱相机的成像

    空间遥感器的成像依赖于地面景物的物理辐射。表征地面景物的函数不仅与景物分布的空间坐标有关,同时也与景物在各光谱谱段的辐射分布有关[1]。

    多光谱CCD相机实际上是一套双重采样系统。相机成像时,先由相机对景物函数在各谱段的分布进行谱段采样,将景物函数F(x,y)按波长K分解成为若干个独立的单谱段函数BK(x,y);然后在函数F(x,y)被分解后,各谱段的CCD分别同时对各单谱段函数BK(x,y)进行独立的空间采样,经过连续M次扫描,各单谱段CCD的输出信号形成一个二维信号数组SK。

    在数组SK中,数组的行数M表示CCD相机从t0时刻到tM-1时刻共连续进行了M次空间采样,CCD有M次信号输出,而列数N则对应着CCD的成像像元个数。同时,连续变化的景物函数BK(x,y)也被CCD的各像元在每个采样时刻分别量化成离散的像元输出信号,依次对应着信号数组SK中相应元素的取值。

    3 配准偏差的影响

    将相机各谱段的输出信号进行彩色合成,可以得到一幅多光谱图像。多光谱彩色合成是根据基色原理,通过将相机各谱段的输出信号数组SK分别对应红(R)、绿(G)、蓝(B)三种基色后进行叠加,从而得到一幅关于地面景物的多光谱彩色图像。构成彩色图像的每个像素均包含了红、绿、蓝三种基色分量[2]。

    当相机存在配准偏差时,表明各谱段CCD像元在相机光学系统像方空间内没有完全重叠对准,此时,各CCD的相应像元不再对应着同一目标。为便于分析,这里只讨论多光谱相机在CCD线阵方向上存在配准偏差$x的情况。

    含有配准偏差$x的多光谱CCD在某一时刻对目标边缘及背景的采样如图2所示。