Алгоритм пространственно-адаптивной радиометрической коррекции многоскановых изображений Земли

В современных системах высокодетального наблюдения Земли как правило используется съемочная аппаратура сканового принципа действия. В фокальной плоскости объектива перпендикулярно направлению полета располагается набор ПЗС линек или ПЗС-матриц, имеющих взаимные перекрытия.
Стоит задача – выполнить прецизионное радиометрическое совмещение так называемых сканов, которые формируются отдельной ПЗС-линейкой (матрицей), то есть получить изображение, на котором визуально незаметны линии совмещения. Подобное устройство имеют отечественные системы «Ресурс-П» и «Канопус-В».
Скановым съемочным устройствам присущи яркостные искажения трех основных видов:
- яркостные различия отдельных столбцов изображения (вертикальная «полосатость»);
- плавное изменение яркости в пределах одного скана;
- яркостные различия соседних сканов в целом.
Установлено, что характеристики искажений первого вида меняются во время съемки, что делает принципиально невозможным использование калибровочных методов яркостной коррекции.
В докладе рассматриваются подходы по адаптивной коррекции яркостных искажений всех трех видов.
Искажения первого вида устраняются на основе анализа и сопоставления эмпирических функций распределения яркости в отдельных столбцах изображения. Для этого используется информация обрабатываемого изображения. При достаточно продолжительном маршруте съемки можно считать, что соседние фотоприемные элементы получают на вход одинаковые по статистическим характеристикам сигналы. Отличия выходных сигналов позволяют оценить различия передаточных характеристик фотоприемных элементов. Особенностью данного подхода является разбиение изображения на фрагменты и вычисление функций коррекции на основе минимизации яркостных различий соседних столбцов в каждом фрагменте.
Причиной появления искажений второго вида, то есть изменение яркости по скану, является неоднородность используемых в съемочной аппаратуре светофильтров. При статистической коррекции таких искажений, негативное влияние оказывает неоднородность наблюдаемого сюжета. Поэтому предпочтительнее устранять искажение на основе анализа большого числа опорных маршрутов съемки путем формирования корректирующих функций для каждого скана.
Искажения третьего вида, то есть отличия сканов по яркости, вызваны технологическими отличиями ПЗС-линеек или ПЗС-матриц и связанных с ними электронных схем. В данном случае играют большую роль режимы работы аппаратуры, в частности число строк накопления заряда. Наибольшую универсальность и быстродействие в данном случае показал подход, основанный на анализе зон перекрытия соседних сканов. При условии сохранения средней яркости и контраста всего изображения вычисляются коэффициенты линейного преобразования яркости каждого скана для минимизации отличий с соседними.
Предложенные подходы в составе адаптивного алгоритма яркостной коррекции реализованы в виде специализированного программного обеспечения и апробированы на исходных данных от отечественной системы космического наблюдения Земли «Ресурс-П» в Научном центре оперативного мониторинга Земли ОАО «Российские космические системы».