一種基於最小二乘法的線陣推掃式影像自適應輻射校正方法
2023-08-13 10:47:21 2
專利名稱：一種基於最小二乘法的線陣推掃式影像自適應輻射校正方法
技術領域：
本發明涉及一種基於最小二乗法的線陣推掃式影像自適應輻射校正方法，屬於遙感影像處理領域。
背景技術：
隨著空間技術、信息技術和傳感器技術的快速發展，遙感影像的解析度得到很大提高。而在各類遙感成像傳感器中，線陣CCD推掃式傳感器得到廣泛應用。例如，國外的SPOT、IK0N0S、QuickBird衛星以及我國的CBERS-01/02、HJl-A/B等衛星都搭載有線陣CCD推掃式傳感器。到目前為止，線陣推掃式傳感器是對地觀測有效的傳感器，預計在今後該類傳感器仍將具有良好的應用前景。線陣CCD相機採用推掃方式成像，即CCD線陣沿垂直衛星飛行方向排列在焦面上，並隨衛星運動完成飛行方向的掃描(參見《CBERS-01、02衛星CXD影像相對輻射校正研究》，中國科學E輯，2005年)。目前，CXD相機探測器數目比較多，多則達幾萬個，少則也有幾千個，而由於相機研製的技術和製作エ藝的水平限制，可能會產生相機光路上的不均勻、各片CCD器件在光電響應上的不一致、各片CCD器件內部奇偶像素電路的不一致、各片CCD後端的處理電路特性上的不一致等現象，這些現象將導致線陣CCD傳感器各個探測器之間存在一系列的偏差。要保證每個探元的響應一致是很難做到的，因此，探測器之間的響應差異導致成像系統推掃生成的影像在掃描方向存在灰度不均勻現象，出現明顯的條帶。條帶現象是線陣CCD推掃式成像的ー個固有問題，它將嚴重影響著影像數據的後續應用衛星遙感數據應用越來越趨向於定量化應用，而條帶現象嚴重影響地物信息的定量反演，因此保證數據的準確性是地面預處理算法的ー個重要目的，在對數據進行定量分析應用之前，必須消除這種影響。如果藉助星上定標系統去除條帶固然是ー種原理上可行的相對輻射校正方法。然而，一方面，到目前為止，有些衛星已經取消了定標燈的使用；另一方面，星上定標系統基本不用，並且當衛星運行一段時間後，衛星攜帯的傳感器性能將發生一定的變化，隨著元器件的老化定標燈已經失效或不可靠。此時，基於遙感影像計算相對輻射校正係數的優勢顯得更加突出。資料檢索表明，基於遙感影像計算相對輻射校正係數所採用的方法主要有矩匹配、直方圖匹配和均勻場景統計等方法。其中，均勻場景的均勻性直接影響著矩匹配法和均勻場景法的有效性，而現實中絕對均勻的地物場景是不存在的，所有用這些方法計算出的相對輻射校正係數存在誤差，並且矩匹配方法要求影像的行數遠遠大於探測器的個數；直方圖匹配法是根據數據的概率分布進行校正，達到對影像的相對輻射校正，直方圖查找表的生成是進行直方圖匹配處理的關鍵。可以看出，上述方法對影像的要求比較苛刻，直方圖均衡法和均勻場景法適應的前提條件有很大的局限性，需要的均勻場景、影像行數足夠大等條件在實際應用中難以滿 足；而直方圖匹配法假設整個影像區域灰度分布相同或相似的，對於包括不同地物的複雜地表不適用，所以直方圖匹配方法會導致影像所反映的灰度信息分布發生畸變；並且基於統計的方法利用整幅影像進行校正，改變了原始影像的反射率分布信息，並且在去除條帶噪聲的同時帶來影像細節信息的丟失。隨著用戶對遙感數據的定量化應用需求，在對影像進行相對輻射校正的同時，必須考慮校正精度，以保證原始數據的物理意義，並且避免影響後續的信息反演
發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提出一種基於最小二乗法的遙感影像自適應輻射校正方法，該方法解決了利用統計模型對遙感影像進行相對輻射校正後所帯來的灰度分布發生改變、影像細節信息丟失等問題，能有效保障影像像素間的平滑過渡、確保輻射校正精度，對處理影像的要求較傳統統計方法寬鬆，不需要均勻場景，也不需要足夠多的影像行數。本發明的技術解決方案是一種基於最小二乗法的線陣推掃式影像自適應輻射校正方法，通過以下步驟實現(I)計算線陣推掃式遙感影像的列灰度均值和標準差序列推掃式線陣相機生成的待處理影像大小為MXN個像素，對於推掃式線陣相機而言，值N也相當於推掃式線陣相機的探元個數；影像中第j列的灰度平均值HIj和灰度標準差 ' 表示為
權利要求
1.一種基於最小二乘法的線陣推掃式影像自適應輻射校正方法，其特徵在於實現步驟如下 (1)計算線陣推掃式遙感影像的列灰度均值和標準差序列 推掃式線陣相機生成的待處理影像大小為MXN個像素，對於推掃式線陣相機而言，值N也相當於推掃式線陣相機的探元個數； 影像中第j列的灰度平均值Hlj和灰度標準差Vj表不為
2.根據權利要求I所述基於最小二乘法的線陣推掃式影像自適應輻射校正方法，其特徵在於所述步驟(3. I)中判別條帶列的步驟如下 (3. I. I)當前列為第I列時，則利用第1、2列的灰度均值m/、m2'與給定閾值λ的大小關係來判別當前列是否為條帶列，若m2' -m/ > λ，則第I列為條帶列；若m/ -m2'≥λ，則第I列不是條帶列；若|m/ -m2' I < λ，則第1、2列都是條帶列或都不是條帶列，繼續步驟(3.1.2)； (3. I. 2)當前列j不等於第I列或最後一列N時，從左到右遍歷新的列均值序列，利用當前列及其左右兩列的灰度均值，IV1'、m/ ,mJ+/，之間的差值與λ的關係確定條帶列①若IV/ -m/≥入且叫+/ -m/ ≥λ，則當前列為條帶列，左右兩列不是條帶列；②若m/-Hij./≥λ且m/ -mJ+/≥λ，則當前列不是條帶列，而左右兩列為條帶列；③若m/-η!」-/≥λ且η!」+/ -η!」-/≥λ，則當前列不是條帶列，而左邊列為條帶列；④若m/ -! 」+/≥λ且η!」+/ -η!」-/≥λ，則當前列不是條帶列，而右邊列為條帶列；⑤若IV/ -m/≥λ且mj_/ -mJ+/≥λ，則當前列j及其右側列j+1為條帶列，此時為多條帶列分布在一起；⑥若Hlj+/ -IIlj '≥λ且IIlj+/ -IIlj-/≥λ ,則當前列j與左側列j-Ι都為條帶列，此時為多列條帶分布在一起；⑦若Irnj+/ -m/ I < λ且Imhl' -m/ | < λ,則該列和左右兩列全是條帶或全不是條帶； (3.1.3)當前列為第N列時，利用第Ν-1、N列的灰度均值mN_/、mN'判別第N列是否為條帶列，若IV1' -m/ ^ λ ,則第N列為條帶列；若m/ -Iv1' ^ \ ,則第N列不是條帶列；若11^1 / -m/ I < λ，則第N列與第N-I列一致，即當第N-I列為條帶列時，則第N列也是條帶列，否則當第N-I列不是條帶列時，則第N列也不是條帶列。
3.根據權利要求2所述基於最小二乘法的線陣推掃式影像自適應輻射校正方法，其特徵在於所述閾值λ也稱作相對輻射校正精度，根據用戶對精度的需求進行配置，依據經驗λ的取值為O. 5≤λ≤2之間的實數，當要求相對輻射校正精度優於O. 5個灰度值，則可設定λ為O. 5，...，當要求相對輻射校正精度優於2個灰度值，則可設定λ為2。
4.根據權利要求I所述基於最小二乘法的線陣推掃式影像自適應輻射校正方法，其特徵在於所述步驟(4. 2. I)的單一條帶列的相對輻射校正係數計算步驟如下 (4. 2. I. I)當第I列是單一條帶列時，對該列的每個像素建立一個線性方程，方程的輸入為條帶列像素的初始值，方程的輸出為第2列相應像素的加權平均值； 該列第I個像素的灰度值DN11作為方程一的輸入值,第2列中第1、2像素的加權均值作為方程一的輸出值，加權係數為[2，I];該列第2個像素的灰度值DN21作為方程二的輸入值，第2列中第1、2、3像素的加權均值作為方程二的輸出值，加權係數為[1，2，1];依次類推，...；該列第M個像素的灰度值DNmi作為方程M的輸入值，第2列中第M-1、M像素的加權均值作為方程M的輸出值，加權係數為[1，2];該列的M個像素可建立M個方程
5.根據權利要求I所述基於最小二乘法的線陣推掃式影像自適應輻射校正方法，其特徵在於，所述步驟(4. 2. 2)的連續多條帶列的相對輻射校正係數具體計算步驟如下 (4. 2. 2. I)當從第I列開始連續W列為條帶列，即第I列 第W列組成連續的多條帶，右側第W+1列為正常列，從左到右逐列計算相對輻射校正係數； 對於第α列，K ≤α ≤ W，針對每個像素建立一個線性方程，利用條帶列像素的初始值作為方程的輸入值，以正常列即第W+1列中像素的加權均值作為方程的輸出值，加權係數與距離成反比； 該列第I個像素的灰度值DNla作為方程一的輸入值,第W+1列中第1、2像素的加權均值作為方程一的輸出值，加權係數為[1+a，a];該列第2個像素的灰度值DN2ci作為方程二的輸入值，第W+1列中第1、2、3像素的加權均值作為方程二的輸出值，加權係數為[a，1+a，a];依次類推，...；該列第M個像素的灰度值DNMa作為方程M的輸入值，第W+1列中第M-1、M像素的加權值作為方程M的輸出值，加權係數為[a，l+a];該列的M個像素可建立M個方程
6.根據權利要求I所述基於最小二乘法的線陣推掃式影像自適應輻射校正方法，其特徵在於所述步驟(5)的影像數據與輻射校正係數的存儲方式如下將影像中所有條帶列的相對輻射校正結果以實數形態單獨存儲成一個附加文件，在後續應用過程中能夠直接讀取附加文件中的數據代替對應列的影像數據，為後續處理提供更精確的數據；同時，將計算得到的相對輻射校正系 數存儲到資料庫中，在後續應用過程中利用事先存儲的輻射校正係數對輸入的影像數據進行處理。
全文摘要
一種基於最小二乘法的線陣推掃式影像自適應輻射校正方法，處理步驟包括首先，定位影像中的壞掃描列並對該列左右正常列的像素灰度值進行加權平均，消除壞掃描列對後續處理的影響；其次，分析線陣推掃式影像中條帶的成因和分布特點，根據用戶設定的輻射校正精度值自適應判別條帶列；再次，對於判別得到的條帶列，提出用最小二乘法擬合計算相對輻射校正係數，並對條帶列的所有像素進行相對輻射校正；最後，將相對輻射校正係數存儲入庫，為後續快速應用提供查詢資料庫。本發明的技術方案能夠有效保證相對輻射校正精度和影像數據的物理意義不改變。
文檔編號G06T5/00GK102663693SQ20121008691
公開日2012年9月12日 申請日期2012年3月26日 優先權日2012年3月26日
發明者李海超, 李申陽, 郝勝勇 申請人:航天恆星科技有限公司