一種降低tdi-ccd相機圖像模糊度的方法
2023-04-28 19:36:11 2
一種降低tdi-ccd相機圖像模糊度的方法
【專利摘要】本發明屬圖像處理領域，具體涉及基於TDI-CCD相機的航空遙感圖像模糊參數的確定和航空遙感圖像模糊的消除。具體步驟包括建立圖像坐標系，讀取面陣圖像，構建相似性配比準則，進行偏移解算獲取同名點得到消減振顫影響的數字圖像。該方法的計算過程相對簡單精確，處理效果良好。
【專利說明】一種降低TD1-CCD相機圖像模糊度的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於圖像處理領域，具體涉及基於TD1-C⑶相機的航空遙感圖像模糊參數的確定和航空遙感圖像模糊的消除。
【背景技術】
[0002]高解析度遙感圖像被廣泛應用於偵察、地理信息系統、數字城市和道路建設等各個領域。國內外航空、航天飛行器上搭載的以時間延遲積分電荷耦合器件(英文Timedelay integration charge coupled device,以下簡稱 TD1-CCD)為成像祀面的成像裝置稱為TD1-CXD相機。TD1-CXD相機採取對地面同一瞬時視場輻射能量m次積分的技術，等效於地面同一瞬時視場曝光時間從T增加到mT，但是不需要降低飛行器的飛行速度。利用TD1-CCD相機的這一特性，可以獲得比一次積分技術所獲圖像具有更高的幾何分辨力的圖像。TD1-C⑶的結構是一個長寬比很大的長方形C⑶面陣，從功能上說它等同於一個線陣(XD。TD1-CXD相機獲取高質量影像的重要前提是:具有延時積分邏輯關係的m個CXD象元都要對應同一瞬時視場，但是衛星和飛機等遙感平臺的振動使TD1-CCD相機成像環境並不滿足這一要求。運行中的衛星具有剛體運動引起的低頻振動以及衛星的運載艙有效載荷姿態控制部件的操作引起的中頻到高頻的振動，例如由於太陽能電池帆板的運動引起的振動，飛輪或控制力矩陀螺的動不平衡引起的振動。當振動的頻率和幅值達到某一臨界值就會變得發散，從而發生振顫。振顫是一種很複雜的物理現象，對於衛星平臺，擾動引起的衛星的振顫可能是某個部件的振顫，也可能是幾個部件的耦合振顫，也可能是整個衛星的振顫。搭載在衛星上的TD1-C⑶相機受振顫的影響，表現為相機6個外方位元素(空間位置(X、Y、Z)，繞X、j、z三個軸的橫滾角、俯仰角、航偏角)的振顫。相機在三維空間位置上的不規則往復平移振動和繞相機光學中心三軸的往復角振動，以及相機光學中心與飛行器振動中心不同心造成的複合運動形成了一個非常複雜的過程。但其後果是類似的:上述振顫使具有延時積分邏輯關係的m個CCD象元並不是完全對應同一瞬時視場，不同瞬時視場的能量作為同一瞬時視場的能量疊加在一起，再疊加上飛行器飛行中成像的運動模糊，造成遙感圖像的空間解析度下降，細節信息丟失，象元輻射能量失真。在相同振顫環境下，成像幾何分辨力越高，由振顫引起圖像模糊的影響越大。這樣的結果與使用TD1-CCD相機獲得高空間解析度圖像的初衷適得其反。
[0003]TD1-CXD相機遙感成像過程中m級積分對應m個地面瞬時視場能量。如果忽略一次積分時間裡瞬時視場變化對圖像模糊的影響，以無振顫理想狀態下的瞬時視場為真位置，那麼實際得到的m個地面瞬時視場與真位置具有不同程度的錯位誤差，這種錯位誤差我們進一步分解為下面三個分量:在TD1-CCD積分方向(飛行器前進方向)的前(後)向錯位；垂直於TD1-CCD積分方向的左右方向錯位；繞垂直軸旋轉的旋轉錯位。
[0004]目前，針對圖像模糊的處理方法大致為直接算法和盲復原算法(迭代算法)。直接算法是從圖像本身提取運動函數，然而這種方法因為多種振動源激發時間的隨機性，導致振動綜合後效的複雜性和無規律性。這樣使反演的算法無法精確，去模糊處理的效果也不令人滿意。而盲復原算法雖然不需要提前獲知點擴散函數，但是這種算法需要對點擴散函數進行初始的估計，而估計的精度具有不確定性，也不能獲得較好的去模糊處理效果。
【發明內容】
[0005]為了消除振顫引起的圖像質量退化，本發明提出了一種新的TD1-C⑶相機信號的傳輸流程，針對這種流程提供了一種新的數據處理方法:
[0006]本發明所採用的TD1-C⑶相機的靶面是η列m行，其步驟如下所述:
[0007]S1、建立圖像坐標系:以TD1-CXD相機面陣的像元數量方向即列方向為Y軸，像元級數方向即行方向為X軸，圖像的左上角為坐標系起點，其中，第一行，第一列的坐標為(0,0)；
[0008]S2、讀取TD1-CXD相機每次積分輸出的面陣圖像,並對圖像進行編號:圖像依次編號為 G1, G2, G3...Gt...Gm ；
[0009]S3、對面陣圖像進行分解:對S2所讀取的每一幅圖像按行分解，每一個積分級輸出的面陣圖像分解為m行，每一行有η個像元，分解後，每一行形成一個一維數位訊號，信號長度為η，對每個一維數位訊號提取前N個像元，分別構成一維數位訊號序列記為f (t)，其中，0<t<m,0<N<n;
[0010]S4、根據S3的一維數位訊號序列，構建兩個一維信號序列相似性配比準則，包括:
[0011]S41、選擇信號序列f(i)作為基準序列，信號序列f(j)與基準信號序列進行比較，信號序列的鄰域一致 匹配條件為:I IVij-VklI I≤5，其中，11*| I表示取範數，Vij表示兩行信號序列中任意兩個像元的差距向量，i表示信號序列f(i)中像元的索引，j表示信號序列f (j)中像元的索引，k為i的鄰域，I為j的鄰域；
[0012]S42、根據S41所述信號序列的鄰域一致匹配條件計算初始匹配概率:
【權利要求】
1.一種降低TD1-C⑶相機圖像模糊度的方法，設搭載TD1-C⑶相機的靶面是η列m行，其特徵在於:其步驟如下所述: S1、建立圖像坐標系:以TD1-C⑶相機面陣的像元數量方向即列方向為Y軸，像元級數方向即行方向為X軸，圖像的左上角為坐標系起點，其中，第一行，第一列的坐標為(O, O)； S2、讀取TD1-CCD相機每次積分輸出的面陣圖像，並對圖像進行編號:圖像依次編號為Gi，Gg，G3...Gt...Gm ； S3、對面陣圖像進行分解:對S2所讀取的每一幅圖像按行分解，每一個積分級輸出的面陣圖像分解為m行，每一行有η個像元，分解後，每一行形成一個一維數位訊號，信號長度為η，對每個一維數位訊號提取前N個像元，分別構成一維數位訊號序列記為f(t)，其中，0^t^m,0^N^n； S4、根據S3的一維數位訊號序列，構建兩個一維信號序列相似性配比準則，包括: S41、選擇信號序列f(i)作為基準序列，信號序列f(j)與基準信號序列進行比較，信號序列的鄰域一致匹配條件為:I |Vij-Vkl| I≤5，其中，I |*| I表示取範數，Vij表示兩行信號序列中任意兩個像元的差距向量，i表示信號序列f(i)中像元的索引，j表示信號序列f(j)中像元的索引，k為i的鄰域，I為j的鄰域； S42、根據S41所述信號序列的鄰域一致匹配條件計算初始匹配概率:if1=1^，其中，Wij = Σ μ I (i+λ )-g2(j+A )]2, Pf1是初始匹配概率，gi (i+λ )表示一維信號序列f(i)在第i+λ個像元處的灰度值，g2(j+X)表示一維信號序列f(j)在第j+λ個像元處的灰度值； S43、根據鬆弛算法，建立qij的迭代公式
2.根據權利要求1所述的一種降低TD1-CCD相機圖像模糊度的方法，其特徵在於:S41所述k為i的符合一致匹配條件的鄰域，I為j的符合一致匹配條件的鄰域。
3.根據權利要求1所述的一種降低TD1-CCD相機圖像模糊度的方法，其特徵在於:S41所述 O ≤ i ( N-1,0 ( j ( N-10
4.根據權利要求1所述的一種降低TD1-CCD相機圖像模糊度的方法，其特徵在於:S43所述迭代次數r滿足I < r < N。
5.根據權利要求1所述的一種降低TD1-CCD相機圖像模糊度的方法，其特徵在於:S52所述s個已知對應點，m-4 ^ s ^ m-lo
【文檔編號】G06T5/00GK103632349SQ201310646775
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年7月18日
【發明者】秦軍, 賀一楠 申請人:西南交通大學