一种基于矩匹配的图像区域杂散光消除装置及其方法
【专利摘要】一种基于矩匹配的图像区域杂散光消除装置及其方法，该装置根据图像灰度信息的统计规律，由整幅图像的灰度变化趋势，获得图像矩匹配计算的参考均值和参考方差，并进行标准矩匹配处理。该方法针对图像内部区域有杂散光影响的均匀地物遥感图像，能够较好去除杂散光的影响，保持图像灰度行方向均匀过渡。该方法能够有效地复原影像、改善影像质量，算法效率也很高。
【专利说明】一种基于矩匹配的图像区域杂散光消除装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于矩匹配的图像区域杂散光消除装置及其方法，属于遥感图像处理领域。
【背景技术】
[0002]由于杂散光的影响，改变了图像的灰度信息，尤其是对图像局部区域的影响，给卫星图像的判读和应用带来困难。有必要对卫星图像的杂散光进行分析、消除，从而确保卫星光学有效载荷的成像质量。
[0003]大部分杂散光抑制的工作是通过光学系统设计来实现。研究杂散光的来源，从而进行几何光学方针分析，是消除杂散光最根本的方法。当空间相机在轨运行时，对于设计疏漏或由于复杂空间环境造成的杂散光，则只能通过后端的图像处理方法来消除。原育凯等利用特定时刻的卫星成像数据，分离了真实信号与杂散光信号，生成各个时刻的杂散光模板，通过反卷积的图像处理方法对风云二号辐射计可见光图像进行杂散光抑制。但是该方法只适用于地球同步气象卫星，对于中高分辨率对地观测卫星数据则无法根据特定时刻成像数据分离出杂散光信号。
[0004]目前基于图像域直接对杂散光进行抑制的方法较少，且在实际应用中没有针对中高分辨率对地观测卫星图像域杂散光抑制的方法。对于中高分辨率遥感图像中辐射校正无法去除的杂散光影响还无法解决。
【发明内容】
[0005]本发明解决的技术问题为:克服现有技术不足，针对图像内部区域有杂散光影响的均匀地物遥感图像，提供一种基于矩匹配的图像区域杂散光消除装置及其方法，根据图像灰度信息的统计规律，由整幅图像的灰度变化趋势，寻找图像矩匹配计算的参考均值和方差，并进行标准矩匹配处理，即将图像的每一列像素的灰度的均值和方差调整为参考均值和方差，解决了中高分辨率对地观测卫星图像图像域杂散光消除问题，提高遥感图像处理结果辐射质量。
[0006]本发明解决的技术方案为:一种基于矩匹配的图像区域杂散光消除装置，包括图像信息统计模块和区域杂散光抑制模块，图像信息统计模块包括数据准备单元和数据分析单元，杂散光抑制模块包括矩匹配单元和结果输出单元；数据准备单元读取待处理图像I的行值R和列值C，及每个像素的灰度值，待处理图像I为中高分辨率遥感图像，根据待处理图像I每一列像素的灰度值计算该待处理图像I每一列像素的灰度值均值与方差，并将待处理图像及其各列灰度值均值与方差传送给数据分析单元；数据分析单元首先设定数据分析单元的参考均值阈值Tc，先将待处理图像I的第一列像素的灰度值均值Hieanci赋给数据分析单元的参考均值meanr与有效均值的和mean.，待处理图像I的第一列像素的灰度值方差σ α赋给数据分析单元的参考方差σ ^与有效方差的和σ ■，再求待处理图像I的第i列灰度值均值加上数据分析单元的参考均值mear^的平均值，将该平均值重新赋给数据分析单元的参考均值mearv若此时的参考均值小于等于参考均值阈值T。，则将待处理图像I的第i列像素的灰度值均值meanM和灰度值方差σ α分别累加到数据分析单元的有效均值的和mean.与有效方差和。■，i为大于等于2的正整数，直至遍历待处理图像的所有列后，并记录除第一列外待处理图像I共有多少列灰度值均值和灰度值方差累加到有效均值和与有效方差和，将该列数记为有效列数；遍历待处理图像I的所有列后的有效均值的和mean.与有效方差和σ ■除以有效列数，得到最终的参考均值与最终的参考方差，将待处理图像1、最终的参考均值与最终的参考方差传送给矩匹配单元；矩匹配单元根据数据分析单元传送来的最终的参考均值与最终的参考方差对待处理图像I进行标准矩匹配计算，得到区域杂散光消除图像，并将区域杂散光消除图像传输给结果输出单元；结果输出单元将区域杂散光消除图像转换成图像文件输出并显示。
[0007]一种基于矩匹配的图像区域杂散光消除方法，步骤如下:
[0008](I)数据准备单元获取待处理图像I，并得到待处理图像I的行值R和列值C及每个像素的灰度值；
[0009](2)数据准备单元计算待处理图像I每一列Icd图像灰度值均值Hieanci与方差σα，i为正整数且i SC;
[0010](3)数据分析单元设定参考均值阈值Tc,令参考均值mear^ = meancl,参考方差σ ^=O Cl ;令有效均值的和mean.= meana,有效方差的和σ ■ = σ C1 ;令有效列数η = I ;
[0011](4)数据分析单元由步骤(2)中计算得到的待处理图像第i列Icd的像素灰度值均值meana,灰度值方差σα，计算新的参考均值meanH = (meanr+meanCi)/2,若fabs (meanr1-meanr)彡Tc,则新的有效均值的和meanusei = meanuse+meanCi,有效方差的和
Ousei = 0 use+ 0 ci，有效列数η值增加I,若fabs (Iiieanr^meaiir) >TC,则选取待处理图像I第Ic(i+1)列Ic(i+1)进行计算，i为大于等于2且小于等于C-1的正整数；
[0012](5)数据分析单元重复步骤(4)，直到待处理图像I中所有列遍历结束，得到有效均值的和meanuseC；、有效方差的和σ useC；与有效列数η值,最终的参考均值Ineanrt = meanuseC/η,最终的参考方差Oic=O useC/n ；
[0013](6)矩匹配单元遍历待处理图像I每一列，由步骤(5)中获得的最终的参考均值meanrc和最终的参考方差σ 根据标准矩匹配算法，重新计算该列图像的灰度值，得到区域杂散光消除图像；
[0014](7)结果输出单元输出由步骤(6)得到的区域杂散光消除图像I’。
[0015]本发明与现有技术相比的优点在于:
[0016](I)在图像域对空间相机在轨运行时由于设计疏漏或复杂空间环境造成的杂散光进行抑制，回避了复杂的空间环境及相机系统在轨运行情况分析；
[0017](2)在数据分析单元逐列遍历待处理图像列灰度均值，分析图像灰度的变化，找到灰度跳变区域，在计算矩匹配参数时不采用该区域的信息，保证图像杂散光抑制时能够较好的去掉杂散光影响区域。
[0018](3)计算矩匹配参数时，参考均值逐列计算，保持图像灰度行方向均匀过渡，能够有效地复原影像，杂散光抑制结果图像中没有灰度跳变现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明实施例的流程示意图；
[0020]图2为本发明的装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]本发明的基本思路为:提供一种基于矩匹配的图像区域杂散光消除装置及其方法，针对图像内部区域有杂散光影响的均匀地物遥感图像根据图像灰度信息的统计规律，由整幅图像的灰度变化趋势，获得图像矩匹配计算的参考均值和方差，并进行标准矩匹配处理，解决了中高分辨率对地观测卫星图像图像域杂散光消除问题，提高遥感图像处理结果辐射质量。
[0022]下面结合附图对本发明做进一步详细描述，如图2所示，一种基于矩匹配的图像区域杂散光消除装置，包括图像信息统计模块和区域杂散光抑制模块，图像信息统计模块包括数据准备单元和数据分析单元，杂散光抑制模块包括矩匹配单元和结果输出单元；数据准备单元读取待处理图像I的行值R和列C值，及每个像素的灰度值，待处理图像I为中高分辨率遥感图像，根据待处理图像I每一列像素的灰度值计算该待处理图像I每一列像素的灰度值均值与方差，并将待处理图像及其各列灰度值均值与方差传送给数据分析单元；数据分析单元首先设定数据分析单元的参考均值阈值T。，先将待处理图像I的第一列像素的灰度值均值meana赋给数据分析单元的参考均值mearir与有效均值的和mean.,待处理图像I的第一列像素的灰度值方差σ α赋给数据分析单元的参考方差σ r与有效方差的和再求待处理图像I的第i列灰度值均值加上数据分析单元的参考均值mear^的平均值，将该平均值重新赋给数据分析单元的参考均值mearv若此时的参考均值小于等于参考均值阈值T。，则将待处理图像I的第i列像素的灰度值均值Hieanci和灰度值方差σ Ci分别累加到数据分析单元的有效均值和mean.与有效方差和σ ■，i为大于等于2的正整数，直至遍历待处理图像的所有列后，并记录除第一列外待处理图像I共有多少列灰度值均值和灰度值方差累加到有效均值和与有效方差和，将该列数记为有效列数；遍历待处理图像I的所有列后的有效均值和mean.与有效方差和σ ■除以有效列数得到最终的参考均值与最终的参考方差，将待处理图像1、最终的参考均值与最终的参考方差传送给矩匹配单元；矩匹配单元根据数据分析单元传送来的最终的参考均值与最终的参考方差对待处理图像I进行标准矩匹配计算，得到区域杂散光消除图像，并将区域杂散光消除图像传输给结果输出单元；结果输出单元将区域杂散光消除图像转换成图像文件输出并显示。
[0023]利用上述一种基于矩匹配的图像区域杂散光消除装置的一种基于矩匹配的图像区域杂散光消除方法，如图1所示，待处理图像为图像内部区域有杂散光影响的均匀地物遥感图像，本方法具体步骤如下:
[0024](I)数据准备单元获取待处理图像I，并得到待处理图像I的行值R = 2865和列值C = 3036及每个像素的灰度值；
[0025](2)数据准备单元计算待处理图像I每一列图像灰度值均值Hieanci与方差。Ci，i为正整数且i彡C ;
[0026](3)数据分析单元设定参考均值阈值Tc = 5，这样对于均匀遥感图像相邻列均值相差较大，即代表灰度信息有突变，不符合实际情况。一般中高分辨率遥感图像杂散光影响区域在图像内部，所以图像边缘的灰度值受影响较小，图像令参考均值mearir = meancl =338.034，参考方差 ％= σ C1 = 15.248 ;令有效均值的和 meanuse = meancl = 338.034，有效方差的和σ ■ = ocl = 15.248 ;由于待处理图像I第一列灰度均值与方差直接加入有效均值的和与有效方差的和，令有效列数η = I ；
[0027](4)数据分析单元由步骤(2)中计算得到的待处理图像第二列Ic2的像素灰度值均值meane2 = 337.965，灰度值方差σ。2 = 15.224，计算新的参考均值Hiear^2 =(meanr+meanC2) /2 = 338.0,若 fabs (meanr2-meanr) = 0.334〈TC = 5,说明该列图像灰度没有突变，对于均匀遥感图像灰度一般沿列方向是平滑过渡，所以该列图像没有受到杂散光的影响，可以用来作为杂散光抑制的参数，则新的有效均值的和meanUSf；2 = meanuse+meanC2=338.034+337.965 = 675.999，有效方差的和 σ use2 = σ use+ σ C2 = 15.248+15.224 =30.472，n值增加1，若否，则选取待处理图像第三列1。3进行计算；
[0028](5)数据分析单元重复步骤(4)，直到待处理图像I中所有列遍历结束，得到有效均值的和Hieanusec = 944899、有效方差的和σ useC = 49788与有效列数η = 2766，最终的参考均值meanr = meanuseC/n = 341.612,最终的参考方差σ r = σ useC/η = 18.0,通过全幅没有受到杂散光影响的各列图像统计得到矩匹配需要的参数。
[0029](6)矩匹配单元遍历待处理图像I每一列，由步骤(5)中获得的最终的参考均值meanrc和最终的参考方差σ 根据标准矩匹配算法，重新计算该列图像的灰度值，得到区域杂散光消除图像。
[0030](7)结果输出单元输出由步骤(6)得到的区域杂散光消除图像I’。
[0031]本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
【权利要求】
1.一种基于矩匹配的图像区域杂散光消除装置，其特征在于:包括图像信息统计模块和区域杂散光抑制模块，图像信息统计模块包括数据准备单元和数据分析单元，杂散光抑制模块包括矩匹配单元和结果输出单元；数据准备单元读取待处理图像I的行值R和列值C，及每个像素的灰度值，待处理图像I为中高分辨率遥感图像，根据待处理图像I每一列像素的灰度值计算该待处理图像I每一列像素的灰度值均值与方差，并将待处理图像及其各列灰度值均值与方差传送给数据分析单元；数据分析单元首先设定数据分析单元的参考均值阈值Tc，先将待处理图像I的第一列像素的灰度值均值Hieana赋给数据分析单元的参考均值meanr与有效均值的和mean.，待处理图像I的第一列像素的灰度值方差σ ei赋给数据分析单元的参考方差σ ^与有效方差的和σ ■，再求待处理图像I的第i列灰度值均值加上数据分析单元的参考均值mear^的平均值，将该平均值重新赋给数据分析单元的参考均值mearv若此时的参考均值小于等于参考均值阈值Tc，则将待处理图像I的第i列像素的灰度值均值meana和灰度值方差σ ei分别累加到数据分析单元的有效均值的和mean.与有效方差和i为大于等于2的正整数，直至遍历待处理图像的所有列后，并记录除第一列外待处理图像I共有多少列灰度值均值和灰度值方差累加到有效均值和与有效方差和，将该列数记为有效列数；遍历待处理图像I的所有列后的有效均值的和mean.与有效方差和σ ■除以有效列数，得到最终的参考均值与最终的参考方差，将待处理图像1、最终的参考均值与最终的参考方差传送给矩匹配单元；矩匹配单元根据数据分析单元传送来的最终的参考均值与最终的参考方差对待处理图像I进行标准矩匹配计算，得到区域杂散光消除图像，并将区域杂散光消除图像传输给结果输出单元；结果输出单元将区域杂散光消除图像转换成图像文件输出并显示。
2.一种基于矩匹配的图像区域杂散光消除方法，其特征在于步骤如下: (1)数据准备单元获取待处理图像I，并得到待处理图像I的行值R和列值C及每个像素的灰度值； (2)数据准备单元计算待处理图像I每一列Icd图像灰度值均值Hieanci与方差。α，i为正整数且i彡C ; (3)数据分析单元设定参考均值阈值T。，令参考均值mear^= Hieana，参考方差=O Cl ;令有效均值的和Kieanuse = meana,有效方差的和σ ■ = σ C1 ;令有效列数η = I ; (4)数据分析单元由步骤(2)中计算得到的待处理图像第i列Icd的像素灰度值均值meana,灰度值方差σα，计算新的参考均值meanH = (meanr+meanCi)/2,若fabs (meanr1-meanr)彡Tc,则新的有效均值的和meanusei = meanuse+meanCi,有效方差的和O usei = 0 use+ 0 ci，有效列数η值增加I,若fabs (Iiieanr^meaiir) >TC,则选取待处理图像I第Ic(i+1)列Ic(i+1)进行计算，i为大于等于2且小于等于C-1的正整数； (5)数据分析单元重复步骤(4)，直到待处理图像I中所有列遍历结束，得到有效均值的和meanuseC；、有效方差的和σ useC；与有效列数η值,最终的参考均值Ineanrt = meanuseC；/n,最终的参考方差σ Λ = σ useC/n ； (6)矩匹配单元遍历待处理图像I每一列，由步骤(5)中获得的最终的参考均值meanrc和最终的参考方差σ ，根据标准矩匹配算法，重新计算该列图像的灰度值，得到区域杂散光消除图像； (7)结果输出单元输出由步骤(6)得到的区域杂散光消除图像I’。
【文档编号】G06T5/00GK104200430SQ201410413131
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月20日 优先权日:2014年8月20日
【发明者】岳春宇, 何红艳, 邢坤, 刘爽, 鲍云飞, 周楠 申请人:北京空间机电研究所