一種高分辨率遙感圖像信噪比曲線自適應(yīng)獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高分辨率遙感圖像信噪比曲線自適應(yīng)獲取方法，屬于高分辨率遙 感衛(wèi)星成像質(zhì)量監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域，特別適用于高分辨率遙感衛(wèi)星在軌成像質(zhì)量業(yè)務(wù)化 監(jiān)測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星在軌圖像的信噪比（SNR)作為光學(xué)遙感衛(wèi)星的關(guān)鍵性能指標(biāo)之一，特別對(duì)于 高分辨率遙感衛(wèi)星來說，信噪比直接影響了衛(wèi)星的圖像質(zhì)量，因此，能夠準(zhǔn)確獲得衛(wèi)星圖像 的信噪比具有重要意義。目前，國(guó)內(nèi)外主要通過鋪設(shè)靶標(biāo)法和典型目標(biāo)法定期測(cè)量光學(xué)遙 感衛(wèi)星的信噪比。
[0003] (1)鋪設(shè)靶標(biāo)法：在地面鋪設(shè)不同反射率的均勻靶標(biāo)，在不同的太陽高度角成像 條件下，衛(wèi)星在軌對(duì)靶標(biāo)多次成像，經(jīng)過多次測(cè)量插值擬合之后得到信噪比曲線。但是，該 方法不可能做到鋪設(shè)所有反射率的靶標(biāo)，因此，得不到整個(gè)量化灰度范圍內(nèi)的信噪比曲線； 同時(shí)，受衛(wèi)星飛行軌道和天氣等條件的限制，很難保證獲取靶標(biāo)圖像的有效性，導(dǎo)致了信噪 比的測(cè)量周期長(zhǎng)。
[0004] (2)典型目標(biāo)法：對(duì)具有典型特征的地物目標(biāo)（比如馬路、河流、橋梁、圓屋頂?shù)龋?進(jìn)行成像，充分利用這些刃邊和點(diǎn)目標(biāo)信息，類似于布設(shè)的靶標(biāo)，通過特征提取分析成像系 統(tǒng)的信噪比。該方法對(duì)目標(biāo)有一定條件的限制，由于地物的非絕對(duì)均勻性，因此，比較難找 到滿足測(cè)量要求的典型目標(biāo)。
[0005] 總之，鋪設(shè)靶標(biāo)與典型目標(biāo)法只能通過有限數(shù)量的反射率靶標(biāo)和多個(gè)典型目標(biāo)計(jì) 算分析得到幾個(gè)特定灰度值的信噪比值，難以得到整個(gè)量化灰度范圍內(nèi)的信噪比曲線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高分辨率遙感圖像信 噪比曲線自適應(yīng)獲取方法，針對(duì)任意高分辨率光學(xué)遙感衛(wèi)星圖像，不僅能夠得到某個(gè)灰度 值的信噪比，同時(shí)可以準(zhǔn)確獲取整個(gè)灰度值范圍內(nèi)的信噪比曲線。解決了目前光學(xué)遙感衛(wèi) 星信噪比在軌監(jiān)測(cè)依賴鋪設(shè)靶標(biāo)或?qū)ふ业湫湍繕?biāo)，而導(dǎo)致的信噪比監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)、難以實(shí)現(xiàn) 業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)以及難以獲得信噪比曲線的問題。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種高分辨率遙感圖像信噪比曲線自適應(yīng)獲取方法，步驟 如下：
[0008] 1)在高分辨率遙感圖像g(x, y)上建立二維空間直角坐標(biāo)系；以g(x, y)的左上角 為原點(diǎn)、X軸正方向向下、Y軸正方向向右建立二維空間直角坐標(biāo)系，X = 0, 1，一,M-Ly = 0, 1，"·，Ν-1，g(x，y)的大小為MXN個(gè)像素；M、N為正整數(shù)；
[0009] 2)對(duì)高分辨率遙感圖像g(x，y)進(jìn)行傅里葉變換，在得到的傅里葉變換上建立二 維頻率直角坐標(biāo)系；以傅里葉變換的左上角為原點(diǎn)、U軸正方向向下、V軸正方向向右建立 二維頻率直角坐標(biāo)系，將g(x，y)的傅里葉變換的零頻中心變換到二維頻率直角坐標(biāo)系上 的（M/2，N/2)，得到零頻中心平移后的傅里葉變換，表示為G(u，v)，u，v為頻率變量，u = 0, 1，…，M_l，V = 0, 1，…，N-1 ;
[0010] 3)在二維頻率直角坐標(biāo)系中構(gòu)造頻譜掩膜核函數(shù)一K1 (u，V)和頻譜掩膜核函數(shù)二 K2(u，V);其中，K1(U1V)表示為：
[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高分辨率遙感圖像信噪比曲線自適應(yīng)獲取方法，其特征在于步驟如下： 1) 在高分辨率遙感圖像g(x, y)上建立二維空間直角坐標(biāo)系；以g(x, y)的左上角為 原點(diǎn)、X軸正方向向下、Y軸正方向向右建立二維空間直角坐標(biāo)系，X = 0, 1，"·，Μ-1，y = 0, 1，"·，Ν-1，g(x，y)的大小為MXN個(gè)像素；M、N為正整數(shù)； 2) 對(duì)高分辨率遙感圖像g(x，y)進(jìn)行傅里葉變換，在得到的傅里葉變換上建立二維 頻率直角坐標(biāo)系；以傅里葉變換的左上角為原點(diǎn)、U軸正方向向下、V軸正方向向右建立 二維頻率直角坐標(biāo)系，將g(x，y)的傅里葉變換的零頻中心變換到二維頻率直角坐標(biāo)系上 的（M/2，N/2)，得到零頻中心平移后的傅里葉變換，表示為G(u，v)，u，v為頻率變量，u = 0, 1，…，M_l，V = 0, 1，…，N-1 ; 3) 在二維頻率直角坐標(biāo)系中構(gòu)造頻譜掩膜核函數(shù)一 K1(I^v)和頻譜掩膜核函數(shù)二 K2(u，V);其中，K1(Uj)表示為：
該函數(shù)在區(qū)間[R1, Rniax]范圍內(nèi)的值為1，稱為非零區(qū)間一，在其它區(qū)間該函數(shù)的值為 〇 ； K2 (u, V)表示為：
該函數(shù)在區(qū)間[R2, Rniax]范圍內(nèi)的值為1，稱為非零區(qū)間二，在其它區(qū)間該函數(shù)的值為 〇 ； 非零區(qū)間一 [R1, RmJ和非零區(qū)間二[R2, RmJ中的R2、Rmax的關(guān)系為： - </?,</?,< Rmin < ； 4) 對(duì)上述零頻中心平移后的傅里葉變換G(u，v)分別與K1(U1V) *K2(U，V)進(jìn)行點(diǎn)乘 運(yùn)算，得到掩膜頻譜一和掩膜頻譜二，分別將掩膜頻譜一和掩膜頻譜二的高頻中心平移到 二維頻率直角坐標(biāo)系的（M/2, N/2)，得到高頻中心平移后的掩膜頻譜一 N1 (u，V)和掩膜頻譜 二N2 (u，V)，分別對(duì)N1 (u，V)和N2 (u，V)進(jìn)行傅里葉反變換，將得到的二維空間直角坐標(biāo)系上 的反變換結(jié)果分別作為掩膜后的噪聲圖像一 Ii1(Xj)和掩膜后的噪聲圖像：n2(x，y); 5) 對(duì)高分辨率遙感圖像g(x，y)進(jìn)行分塊，塊大小為mXm個(gè)像素，共得到 m m 個(gè)圖像塊，計(jì)算所有圖像塊的灰度平均值mg(x，y)(i)和灰度標(biāo)準(zhǔn)方差〇g(xy)(i)，i = 「iV] Γ η _ 1，2,…，一χ -， 表示上取整； m m 分別對(duì)掩膜后的噪聲圖像一 Ii1Uy)和掩膜后的噪聲圖像：n2(x，y)進(jìn)行分塊，塊 大小為mXm個(gè)像素，都得到i X I個(gè)噪聲圖像塊，計(jì)算所有噪聲圖像塊的噪聲均值 mm '(Μ (0、⑴和噪聲方差么(Λ,/ (0、4(Λ,.,,2 (屮 將噪聲方差<(Λ、,,2 (0與夂(0分別乘以系數(shù)λ i、λ 2，得到轉(zhuǎn)化的噪聲方差 2 Wffi7Mm2 (0,表示為： σ?,(.ν,.ν) (0 = Λ Χ<^Η,(.ν,ν) (O1 σΗ,(Λ,ν) (0 = AX^":(x,y, (0? 其中，A1= (MXN)/T1, λ2= (MXN)/T^ri、「2分別表示掩膜頻譜一和掩膜頻譜 二中的非零個(gè)數(shù)；其中m取值為8或16 ; 根據(jù)轉(zhuǎn)化得到的噪聲方差％J(0和'郵2(0，則圖像塊的噪聲方差〇n(x，y) 2⑴計(jì) 算公式如下：
6) 根據(jù)上述所得到的所有圖像塊的灰度平均值％^⑴與灰度標(biāo)準(zhǔn)方差〇 g(x，y) (i)剔 除不滿足條件的圖像塊，通過逐步迭代擬合得到信號(hào)與噪聲方差的直線方程，進(jìn)而得到整 個(gè)灰度范圍內(nèi)的信噪比曲線，具體步驟如下： (6. 1)遍歷所有圖像塊，判斷每個(gè)圖像塊的灰度平均值mg(x，y)⑴與標(biāo)準(zhǔn)方差〇 g(x，y)⑴ 是否滿足關(guān)系式&u,⑴D，如果不滿足則剔除該圖像塊，否則保留該圖像 塊； (6.2) 將保留下來的每個(gè)圖像塊的灰度平均值與其對(duì)應(yīng)的噪聲圖像塊的噪聲方 差作為一個(gè)點(diǎn)，所有圖像塊的灰度平均值與其對(duì)應(yīng)的噪聲圖像塊的噪聲方差構(gòu)成點(diǎn) 集（mg(x y) (j)，。n(x y)2 (j))，其中，點(diǎn)集中的點(diǎn)個(gè)數(shù)小于劃分的圖像塊數(shù)"1，即 ， ， m m
(6.3) 利用最小二乘法對(duì)點(diǎn)集（mg(x，y)(j)，〇n(x，y) 2(j))進(jìn)行直線擬合，并計(jì)算點(diǎn)集中的 各個(gè)點(diǎn)到直線的距離，如果距離小于設(shè)定的閾值，則保留點(diǎn)集中的該點(diǎn)，否則剔除點(diǎn)集中的 該點(diǎn)，該步驟中剔除的點(diǎn)集中的點(diǎn)個(gè)數(shù)記為η ; (6. 4)重復(fù)步驟（6. 2)、步驟（6. 3)，直到剔除的點(diǎn)集中的點(diǎn)個(gè)數(shù)Tl = 0,利用點(diǎn)集中的 剩余的點(diǎn)擬合直線方程，P、q為擬合系數(shù)，則得到信號(hào)S與噪聲方差σ 2的關(guān)系式可表示為 〇2=pXS+q，信噪比即信號(hào)S與噪聲標(biāo)準(zhǔn)方差 〇的比值，其計(jì)算公式如下：
7) 對(duì)于量化級(jí)數(shù)為L(zhǎng)的遙感圖像，其對(duì)應(yīng)的灰度值范圍為[0,2Μ]之間的整數(shù)，將每 一個(gè)灰度值作為信號(hào)S，通過公式f計(jì)算每個(gè)灰度值的信噪比，最終得到整個(gè) 灰度值范圍內(nèi)的信噪比曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高分辨率遙感圖像信噪比曲線自適應(yīng)獲取方法，其 特征在于：所述R2、Rniax的取值范圍一般為0.52彡R1S 0.56,0. 60彡R2S 0.64， 0. 66 < Rmax^ 0. 7。
【專利摘要】本發(fā)明一種高分辨率遙感圖像信噪比曲線自適應(yīng)獲取方法，包括以下步驟：對(duì)整幅圖像進(jìn)行傅里葉變換，通過不同頻率區(qū)間的掩膜，求得功率譜密度趨于穩(wěn)定的頻率區(qū)間；掩膜后的噪聲頻譜傅里葉反變換到空間域，對(duì)信號(hào)圖像和噪聲圖像進(jìn)行非重疊的小塊劃分，分別求得每個(gè)小塊的平均值和方差；去除信號(hào)平均值和噪聲方差的野值，逐步迭代擬合得到噪聲方差與信號(hào)平均值的線性關(guān)系，求得直線的斜率和截距；整個(gè)灰度值范圍內(nèi)的信號(hào)除以噪聲標(biāo)準(zhǔn)偏差得到信噪比曲線。本發(fā)明針對(duì)單幅遙感圖像本身，高精度獲取整個(gè)灰度值范圍內(nèi)的信噪比曲線。解決了光學(xué)遙感衛(wèi)星信噪比在軌監(jiān)測(cè)需要的均勻區(qū)域數(shù)量非常多，耗費(fèi)時(shí)間很長(zhǎng)，難以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)的難題。
【IPC分類】G06T7-00
【公開號(hào)】CN104732531
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510106719
【發(fā)明人】滿益云, 李海超
【申請(qǐng)人】中國(guó)空間技術(shù)研究院
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年3月11日