卫星图像校正算法的研究与应用
1引言
1.1课题背景
近年来，我国在其它国家的一些地方陆续建立了相应型号卫星的数据接收站，并进行相关卫星数据分发，使得在沙漠治理、土地利用、资源开发、自然灾害与生态环境监测和城市与交通等基础设施的建设等领域取得了很好的应用效果，自交付使用后，赢得了各国的赞誉。而地面处理系统中对卫星图像校正算法的效率和精确度就有着十分高的要求，辐射校正和几何校正的算法精度及效率的提高对最终生产的图像产品的质量有着极其重要的影响，有利于产品的商业化推广。
卫星遥感图像在其生成遥感图像的时候由于传感器误差、大气层密度、等原因造成卫星图像的发生形变，必须要对图像进行相应的校正才能得到更接近人们使用的图像。同时在遥感图像处理中使用直方图匹配的方式可以对图像的灰度进行调节使相邻两幅图像的色调和反差趋于相同；在多时相图像处理中可以按照一个图像的的标准对另一幅图像的色调与反差进行调节，进而可以做进一步的运算。由于遥感器获得图像的灰度及光谱的反射率和光谱的福射亮度都存在一定的差异，在后期的操作中我们需要采取一定的措施进行处理，相对福射校正法就是现代常用的方法技术之一。
笔者参与了某实习单位图像处理系统的设计和开发，重点研发了图像处理子系统的设计和开发以及对图像校正算法中的基于直方图的辐射校正算法和映射规则进行了较深入的研究和学习。
1.2国内外研究现状及趋势
1.2.1国内外研究现状
遥感图像几何校正是由于卫星遥感相机所覆盖的范围极其广范，地形、地势复杂，所有的控制点的存在改变全球统一校正的参数，不同情况下得到的图像效果并不理想，目前国内外多研究的是校正转换功能。几何校正包括变换模型和重采样，其中重采样目前主要有三种方法最近邻法，双线性内插法和三次卷积法，几何校正前后的图像如图1-1所示。
相对福射校正⑴在国外最早上由Amendra Singht对于LANDSAT卫星提出的，作者在场景数据的基础上计算每个探测器的增益和偏置，在此基础上进一步计算内部定标系统的校正福射，最终得到新的增益和偏置。在些后相当长的一段时间内一直是由遥感器内部定标灯给出的相对辐射校正系数，作为替代方法的是基于图像统计的相对福射校正方法丨。
由于传感器响应特征和大气吸收等影响导致图像模糊，需要进行福射校正。主要包括不变目标法、黑暗像元法与直方图匹配法等等，效果如图1-2所示。
2相关技术简介
2.1软件过程模型
软件过程是指在软件生存周期中一系列活动的集合。这里首先要解释一下什么为软件生存周期。人从出生到来到这个世界，要经历幼年、童年、少年、青年、壮年以及老年最终至生命的消亡，这是人的生存周期。同样，相对于软件来说它也有自己的生存周期，那就是软件的可行性分析、软件的需求分析、总体设计、详细设计、编码实现、软件测试、软件运行和维护等阶段，这就是软件的生存周期。
软件的可行性分析是指在开发一个软件项目前需要从多角度来判断该软件的开发是否具有可行性，简易的说可行性分析是要决定做还是不做;的问题。软件的可行性分析可以从技术、经济等多个方面来统筹考虑该软件的开发是否可行。首先从技术方面，即在该软件项目规定的时间内能否完成实现该软件预计要实现的功能。可以想象一下，如果事先没有充分的评估该软件开发是否具有可行性，则在软件幵发过程当中如果遇到难以克服的技术问题，则对整个项目的幵发能否完成将产生重大的影响，轻则拖延进度，重则整个项目完全中断。
软件的需求分析是指该阶段要明白软件必须做什么，这一点要从软件使用者的角度来考虑并编写软件需求分析文档，还包括需求的风险控制、需求变更控制等管理工作。在实际的软件项目中，需求可以从用户需求、业务需求、功能需求和非功能需求四个层次来进行分析。用户需求是指用户要求软件具有什么样的功能，这部分不能仅仅从用户的描述中获得，因为用户不是专业的软件开发人员。这部分需要充分了解用户的工作过程来获取较为全面的用户需求。业务需求确定了软件的目标、规模和范围，需求分析阶段要以业务需求为参照标准制定调研计划，进一步确定用户的核心需求和软件功能需求。功能需求是指软件开发完成以后所必须具有的功能，软件分析人员需要与用户进行深入的沟通，从用户可能是冗余的、重复的甚至是错误的功能描述中将用户需求整理成软件功能需求。非功能性需求主要是对功能性需求的补充，主要包括两个方面。一方面是相对于用户而言，包括软件的高效性、灵活性及健壮性等。另一方面相对于开发者来说就是可维护性、可移植性、可测试性和可重用性。
编码实现阶段是指软件开发人员根据软件的详细设计文档来完成软件的开发工作，按照面向对象的方法去实现软件的功能，是软件测试阶段的前提。软件测试的主要目的是发现软件程序中的错误。软件测试的目标从狭义上来说是为了发现软件中的错误进而提高软件的可靠性和质量，从广义上来说则是希望通过软件测试来分析错误产生的原因和错误的分布特征，这样可以设计出更有针对性的测试用例来发现软件潜在的错误和问题。
2.2福射校正及常用福射校正方法介绍
2.2.1辐射校正介绍
经过多年来机载、星载遥感对地面的观测探测，目前人们的手中已经积累了大量的遥感图像数据。由于遥感器设备的不同其获取的遥感图像也存在着不同的时相性，而且由于不同的季节变化、成像时间差异及光照、地表、植被等不同因素的影响，导致同一地区的影响也存在着较大的辖射差异，这给遥感图像的处理和分析带来了很多的困难，为了能够在变化检测和运动估计等遥感应用中，消除不同时相德尔遥感图像之间的辐射亮度差异，我们就需要对其进行后期的整修，这个遥感图像的处理过程就被称为相对校正法。其特点主要表现为以下几个方面。
（一）相对福射校正法的目的是消除不同的遥感影像之间的福射差异。由于成像的时间、环境等各方面因素的不同，导致遥感器在不同的时间段所传输的图像数据存在着一定的福射差异，会影响研究人员对其的正确判断，所以我们必须要对图像进行一定程度的福射校正。
（二）相对福射校正法的结果更加的正确。与传统的校正方法相比，相对辖射校正法采用更加先进、立体的处理手段对遥感图像进行有针对性的消除处理，这样大大的降低了图像的均方根误差和变动范围，提高了图像的相似度与真实性。
（三）相对福射校正法的数据更加的真实。相对福射校正法处理的正是最小化的降低成像条件因素的影响，使得到遥感图像更加的切合实际，以保证最终处理后的遥感图像真实可靠。
造成图像形成过程中福射误差的原因有图像传感器自身性能的区别、太阳高度与传感器观察角的不同、地形的起伏、不同的光照条件、地球大气层对电磁波的吸收和散射等原因。
实际的研宄过程中我们对于遥感影像的相对福射校正处理法的应用十分的广泛，总的来说我们目前用到的相对福射校正法按常规来分，主要分为以下四种方式：
一是直方图匹配法。一般情况下通过几何校正法配准后的遥感图像发生变化的地物目标占全部地物的比例比较的小，而通过福射校正之后的遥感图像应该就会具有相似的灰度直方图，但是直方图相似并不是就说明了图像具有着一样的福射特性，而在进行了相对福射校正的直方图匹配法，两个图像内部的像点福射的亮度之间就会产生一定的联系性，从而使直方配图更加的相似。
3基于分段的组映射规则的直方图匹配算法..............12
3.1使用图像统计法计算相对辐射校正定标系数的方法分析............12
3.1.1直方图均衡化法..........12
3.1.2均匀景统计法...........12
4图像处理子系统需求分析和设计实现...........23
4.1图像处理子系统需求分析............23
5总结与展望..............51
5.1总结..........51
4图像处理子系统需求分析和设计实现
4.1图像处理子系统需求分析
4.1.1系统流程分析
图像处理子系统接收载荷发送的快视数据，进行同步显示，然后对接收到的图像数据进行校正并输出。
图像处理子系统流程图如下图4-1所示。
5总结与展望
5.1总结
卫星校正算法是卫星图像处理中的难点也是重中之重，辐射校正与几何校正是其中的两个方面，而相对辐射校正法作为遥感影相处理的重要技术手段之一，在我们目前的实践应用中十分的广泛。借着相对辐射校正法的高标准、高质量的处理水平，经其处理后的遥感图像质量也得到保证，其技术水平也在不断的提高。
本文根据相对辐射校正的原理和实验方法，以BMP图像为例对相对辐射校正过程进行了详细的介绍和分析，并对相对辐射校正中的单映射规则和基于分段的组映射规则的校正精度进行了分析，提出基于分段的组映射规则的直方图校正算法。用基于分段的组映射规则得到比单映射规则更好的直方图匹配结果，并且基于分段的组映射规则产生的误差要远小于单映射所产生的误差。
在卫星数据处理系统图像处理子系统的后期测试阶段，严格按照需求文档的要求来完成图像处理子系统的测试，但是在图像校正的算法的效率和改进仍然存在一些不足之处和可以进一步改进的地方。
消除条纹的改进方法有局限性，对相机的线性响应度要求比较高，且要求计算出的偏置系数可以忽略。
参考文献（略）