一种高分辨率遥感图像信噪比曲线自适应获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高分辨率遥感图像信噪比曲线自适应获取方法，属于高分辨率遥 感卫星成像质量监测与评价技术领域，特别适用于高分辨率遥感卫星在轨成像质量业务化 监测。
【背景技术】
[0002] 卫星在轨图像的信噪比（SNR)作为光学遥感卫星的关键性能指标之一，特别对于 高分辨率遥感卫星来说，信噪比直接影响了卫星的图像质量，因此，能够准确获得卫星图像 的信噪比具有重要意义。目前，国内外主要通过铺设靶标法和典型目标法定期测量光学遥 感卫星的信噪比。
[0003] (1)铺设靶标法：在地面铺设不同反射率的均匀靶标，在不同的太阳高度角成像 条件下，卫星在轨对靶标多次成像，经过多次测量插值拟合之后得到信噪比曲线。但是，该 方法不可能做到铺设所有反射率的靶标，因此，得不到整个量化灰度范围内的信噪比曲线； 同时，受卫星飞行轨道和天气等条件的限制，很难保证获取靶标图像的有效性，导致了信噪 比的测量周期长。
[0004] (2)典型目标法：对具有典型特征的地物目标（比如马路、河流、桥梁、圆屋顶等） 进行成像，充分利用这些刃边和点目标信息，类似于布设的靶标，通过特征提取分析成像系 统的信噪比。该方法对目标有一定条件的限制，由于地物的非绝对均匀性，因此，比较难找 到满足测量要求的典型目标。
[0005] 总之，铺设靶标与典型目标法只能通过有限数量的反射率靶标和多个典型目标计 算分析得到几个特定灰度值的信噪比值，难以得到整个量化灰度范围内的信噪比曲线。
【发明内容】
[0006] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高分辨率遥感图像信 噪比曲线自适应获取方法，针对任意高分辨率光学遥感卫星图像，不仅能够得到某个灰度 值的信噪比，同时可以准确获取整个灰度值范围内的信噪比曲线。解决了目前光学遥感卫 星信噪比在轨监测依赖铺设靶标或寻找典型目标，而导致的信噪比监测周期长、难以实现 业务化监测以及难以获得信噪比曲线的问题。
[0007] 本发明的技术方案是：一种高分辨率遥感图像信噪比曲线自适应获取方法，步骤 如下：
[0008] 1)在高分辨率遥感图像g(x, y)上建立二维空间直角坐标系；以g(x, y)的左上角 为原点、X轴正方向向下、Y轴正方向向右建立二维空间直角坐标系，X = 0, 1，一,M-Ly = 0, 1，"·，Ν-1，g(x，y)的大小为MXN个像素；M、N为正整数；
[0009] 2)对高分辨率遥感图像g(x，y)进行傅里叶变换，在得到的傅里叶变换上建立二 维频率直角坐标系；以傅里叶变换的左上角为原点、U轴正方向向下、V轴正方向向右建立 二维频率直角坐标系，将g(x，y)的傅里叶变换的零频中心变换到二维频率直角坐标系上 的（M/2，N/2)，得到零频中心平移后的傅里叶变换，表示为G(u，v)，u，v为频率变量，u = 0, 1，…，M_l，V = 0, 1，…，N-1 ;
[0010] 3)在二维频率直角坐标系中构造频谱掩膜核函数一K1 (u，V)和频谱掩膜核函数二 K2(u，V);其中，K1(U1V)表示为：
[0011]
【主权项】
1. 一种高分辨率遥感图像信噪比曲线自适应获取方法，其特征在于步骤如下： 1) 在高分辨率遥感图像g(x, y)上建立二维空间直角坐标系；以g(x, y)的左上角为 原点、X轴正方向向下、Y轴正方向向右建立二维空间直角坐标系，X = 0, 1，"·，Μ-1，y = 0, 1，"·，Ν-1，g(x，y)的大小为MXN个像素；M、N为正整数； 2) 对高分辨率遥感图像g(x，y)进行傅里叶变换，在得到的傅里叶变换上建立二维 频率直角坐标系；以傅里叶变换的左上角为原点、U轴正方向向下、V轴正方向向右建立 二维频率直角坐标系，将g(x，y)的傅里叶变换的零频中心变换到二维频率直角坐标系上 的（M/2，N/2)，得到零频中心平移后的傅里叶变换，表示为G(u，v)，u，v为频率变量，u = 0, 1，…，M_l，V = 0, 1，…，N-1 ; 3) 在二维频率直角坐标系中构造频谱掩膜核函数一 K1(I^v)和频谱掩膜核函数二 K2(u，V);其中，K1(Uj)表示为：
该函数在区间[R1, Rniax]范围内的值为1，称为非零区间一，在其它区间该函数的值为 〇 ； K2 (u, V)表示为：
该函数在区间[R2, Rniax]范围内的值为1，称为非零区间二，在其它区间该函数的值为 〇 ； 非零区间一 [R1, RmJ和非零区间二[R2, RmJ中的R2、Rmax的关系为： - </?,</?,< Rmin < ； 4) 对上述零频中心平移后的傅里叶变换G(u，v)分别与K1(U1V) *K2(U，V)进行点乘 运算，得到掩膜频谱一和掩膜频谱二，分别将掩膜频谱一和掩膜频谱二的高频中心平移到 二维频率直角坐标系的（M/2, N/2)，得到高频中心平移后的掩膜频谱一 N1 (u，V)和掩膜频谱 二N2 (u，V)，分别对N1 (u，V)和N2 (u，V)进行傅里叶反变换，将得到的二维空间直角坐标系上 的反变换结果分别作为掩膜后的噪声图像一 Ii1(Xj)和掩膜后的噪声图像：n2(x，y); 5) 对高分辨率遥感图像g(x，y)进行分块，块大小为mXm个像素，共得到 m m 个图像块，计算所有图像块的灰度平均值mg(x，y)(i)和灰度标准方差〇g(xy)(i)，i = 「iV] Γ η _ 1，2,…，一χ -， 表示上取整； m m 分别对掩膜后的噪声图像一 Ii1Uy)和掩膜后的噪声图像：n2(x，y)进行分块，块 大小为mXm个像素，都得到i X I个噪声图像块，计算所有噪声图像块的噪声均值 mm '(Μ (0、⑴和噪声方差么(Λ,/ (0、4(Λ,.,,2 (屮 将噪声方差<(Λ、,,2 (0与夂(0分别乘以系数λ i、λ 2，得到转化的噪声方差 2 Wffi7Mm2 (0,表示为： 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分别表示掩膜频谱一和掩膜频谱 二中的非零个数；其中m取值为8或16 ; 根据转化得到的噪声方差％J(0和'邮2(0，则图像块的噪声方差〇n(x，y) 2⑴计 算公式如下：
6) 根据上述所得到的所有图像块的灰度平均值％^⑴与灰度标准方差〇 g(x，y) (i)剔 除不满足条件的图像块，通过逐步迭代拟合得到信号与噪声方差的直线方程，进而得到整 个灰度范围内的信噪比曲线，具体步骤如下： (6. 1)遍历所有图像块，判断每个图像块的灰度平均值mg(x，y)⑴与标准方差〇 g(x，y)⑴ 是否满足关系式&u,⑴D，如果不满足则剔除该图像块，否则保留该图像 块； (6.2) 将保留下来的每个图像块的灰度平均值与其对应的噪声图像块的噪声方 差作为一个点，所有图像块的灰度平均值与其对应的噪声图像块的噪声方差构成点 集（mg(x y) (j)，。n(x y)2 (j))，其中，点集中的点个数小于划分的图像块数"1，即 ， ， m m
(6.3) 利用最小二乘法对点集（mg(x，y)(j)，〇n(x，y) 2(j))进行直线拟合，并计算点集中的 各个点到直线的距离，如果距离小于设定的阈值，则保留点集中的该点，否则剔除点集中的 该点，该步骤中剔除的点集中的点个数记为η ; (6. 4)重复步骤（6. 2)、步骤（6. 3)，直到剔除的点集中的点个数Tl = 0,利用点集中的 剩余的点拟合直线方程，P、q为拟合系数，则得到信号S与噪声方差σ 2的关系式可表示为 〇2=pXS+q，信噪比即信号S与噪声标准方差 〇的比值，其计算公式如下：
7) 对于量化级数为L的遥感图像，其对应的灰度值范围为[0,2Μ]之间的整数，将每 一个灰度值作为信号S，通过公式f计算每个灰度值的信噪比，最终得到整个 灰度值范围内的信噪比曲线。
2.根据权利要求1所述的一种高分辨率遥感图像信噪比曲线自适应获取方法，其 特征在于：所述R2、Rniax的取值范围一般为0.52彡R1S 0.56,0. 60彡R2S 0.64， 0. 66 < Rmax^ 0. 7。
【专利摘要】本发明一种高分辨率遥感图像信噪比曲线自适应获取方法，包括以下步骤：对整幅图像进行傅里叶变换，通过不同频率区间的掩膜，求得功率谱密度趋于稳定的频率区间；掩膜后的噪声频谱傅里叶反变换到空间域，对信号图像和噪声图像进行非重叠的小块划分，分别求得每个小块的平均值和方差；去除信号平均值和噪声方差的野值，逐步迭代拟合得到噪声方差与信号平均值的线性关系，求得直线的斜率和截距；整个灰度值范围内的信号除以噪声标准偏差得到信噪比曲线。本发明针对单幅遥感图像本身，高精度获取整个灰度值范围内的信噪比曲线。解决了光学遥感卫星信噪比在轨监测需要的均匀区域数量非常多，耗费时间很长，难以实现业务化监测的难题。
【IPC分类】G06T7-00
【公开号】CN104732531
【申请号】CN201510106719
【发明人】满益云, 李海超
【申请人】中国空间技术研究院
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月11日