TDICCD拼接相机的像元响应非均匀性校正方法

    1 引 言

    时间延迟积分( Time Delay Integration，TDI)CCD 光学成像系统是以工作在 TDI 模式下的面阵 CCD 作为感光器件的光学系统。成像系统工作时，将面阵 CCD 的每一行作为独立的感光单元，对同一景物进行多次曝光，并将多次曝光后的光生电荷累加处理作为该像元的最后输出。这种方法有效增大了像元的曝光量，常用的 TDICCD级数有 2 级、4 级、8 级、16 级、32 级、48 级、64 级、96 级等，根据 CCD 的选择而不同。

    TDICCD 通过设定不同的积分时间，使光学成像系统工作在不同的光照条件下，并获得良好的成像效果。TDICCD 在工作时，为了降低其工作行频，减小功耗，增加可靠性，易于散热并提高工作效率，采用多通道方式输出图像。由于每个通道需要独立的驱动电路、前置信号放大电路和视频处理电路，导致 TDICCD 不同通道输出的图像产生差异。因此，需要通过电路设计、图像处理等方式［1-2］来保证 TDICCD 成像的均匀性和一致性［3-7］。

    随着遥感技术的发展和提高，空间大视场、高分辨率的要求使 TDICCD 拼接相机的发展成为研究热点，对图像质量的实时处理要求也越来越高，成像过程中像元非均匀性对图像效果的影响显得至关重要。因此，需要在工程实践中对 TDICCD拼接相机的成像非均匀性进行实时校正［8-11］。

    目前，TDICCD 成像系统非均匀性校正主要在像元级完成。校正方式一般可分为基于实验定标的方式和基于图像的自适应校正方式两种［12-18］。实验定标方式原理简单，易于硬件实现，对像元的校正主要有一点法、两点法和多点法; 基于图像的自适应校正方法算法复杂，实时性要求难以得到满足，校正精度及可靠性低，一般是通过获取图像的先验知识，确定校正参数，然后对图像进行校正，常见的方法有神经网络法、统计平均法、时域高通滤波法等。在文献［1］中，作者针对 TDICCD 拼接相机的特性，将定标方法和自适应校正方法结合，提及了片间的自适应场景补偿法、通道间的增益平均法、通道内的两点校正方法。但没有考虑不同增益、偏置和积分时间下校正参数的修正问题。在文献［2］中，作者主要针对 TDICCD 噪声特性，对像元在不同增益下进行参数修正，但忽略了偏置参数在参数修正中的作用，对 FPGA 实现方法，以及在实现时的定点计算分析也有不足。

    本文从工程实际出发，针对 TDICCD 拼接相机的特点，提出了在不同视频处理器增益、偏置参数下，对拼接 TDICCD 成像系统像元校正参数自适应调整的像元校正方式，并在硬件系统中得以实现。

    2 像元非均匀性校正算法