一种高光谱图像的修补方法
【专利说明】一种高光谱图像的修补方法 【技术领域】
[0001] 本发明涉及遥感图像处理领域，具体涉及一种高光谱图像的修补方法。 【【背景技术】】
[0002] 高光谱分辨率（简称为高光谱）遥感或成像光谱遥感技术的发展是过去20多年 中人类在对地观测方面所取得的重大技术突破之一，是当前遥感的前沿技术。近些年来， 随着光谱采集及处理大量光谱数据的能力显著提升，高光谱成像已经变得越来越重要。高 光谱图像除了表示普通图片的长宽域外，还有一维波段域，每个波段域内的二维矩阵表示 该波段的反射光。因此，高光谱图像相比于普通图像包含了更多的信息，比如在灰度图或彩 色图中，仅仅依靠一个像素点几乎不可能确定其材料成分，而高光谱图像中，依靠像素点在 整个波段域的信息组合成的光谱曲线能准确定位其主要信息。也因此，针对高光谱数据处 理的研宄越来越多。
[0003] 但是，在拍摄高光谱图像的过程中，会出现一些信息丢失的情况。 【
【发明内容】
】
[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种高光谱图像的修补方法，以提高高 光谱图像的修补效果。
[0005] -种高光谱图像的修补方法，若在拍摄高光谱图像的过程中因被遮挡而导致所述 高光谱图像的某一区域缺失，则所述修补方法包括如下步骤：
[0006] S1，获得所述高光谱图像对应的各个波段上的光谱图像；
[0007] S2,在某个波段上的光谱图像中确定缺失区域的边界旁的、且位于未缺失区域的 第一像素点，对以所述第一像素点为中心的待修补块，在所述某个波段上的光谱图像中找 到最匹配的图像块；其中，所述待修补块与所述缺失区域具有交集；
[0008] S3,依次在每个波段上的光谱图像中，找到与所述待修补块相同位置的图像块的 最匹配的图像块；
[0009] S4,选择作为最匹配的图像块次数最多的图像块位置，依次在每个波段上的光谱 图像中，用所述图像块位置的图像块替换待修补块中对应缺失的部分。
[0010] 在一个实施例中，
[0011] 在步骤S2之前，还包括如下步骤：
[0012] S11，对于某个波段上的光谱图像I的缺失的区域Ω，确定缺失的区域Ω以外的已 知区域I- Ω，计算以像素点P为中心的像素块Ψ#可信度C (P)、结构信息D (P)，得到修复 的优先级P(P):
【主权项】
1. 一种高光谱图像的修补方法，其特征是，若在拍摄高光谱图像的过程中因被遮挡而 导致所述高光谱图像的某一区域缺失，则所述修补方法包括如下步骤： S1，获得所述高光谱图像对应的各个波段上的光谱图像； 52, 在某个波段上的光谱图像中确定缺失区域的边界旁的、且位于未缺失区域的第一 像素点，对以所述第一像素点为中心的待修补块，在所述某个波段上的光谱图像中找到最 匹配的图像块；其中，所述待修补块与所述缺失区域具有交集； 53, 依次在每个波段上的光谱图像中，找到与所述待修补块相同位置的图像块的最匹 配的图像块； 54, 选择作为最匹配的图像块次数最多的图像块位置，依次在每个波段上的光谱图像 中，用所述图像块位置的图像块替换待修补块中对应缺失的部分。
2. 如权利要求1所述的高光谱图像的修补方法，其特征是： 在步骤S2之前，还包括如下步骤： S11，对于某个波段上的光谱图像I的缺失的区域Ω，确定缺失的区域Ω以外的已知区 域I- Ω，计算以像素点p为中心的像素块Ψ#可信度C (p)、结构信息D (p)，得到修复的优 先级P (P):
P (p) = C (P) D (P); S12,选择最大的优先级P(p)对应的像素点p和像素块Ψρ分别作为所述步骤S2中的 第一像素点和待修补块； 其中，像素点P位于所述已知区域I-Ω内、且位于所述缺失的区域Ω的边界旁，I Ψρ| 是像素块Ψρ的面积，q是像素块Ψ ρ的已知像素点，c(q)表示像素点q的可信度，修补过 程开始时初始化使缺失区域Ω内的像素点的可信度置为〇,已知区域I-Ω内的像素点的 可信度置为1 ; α是输入的光谱图像I的灰度级数，np是垂直于缺失区域Ω的边界的单位 向量，▽、是像素点P的图像梯度，丄是正交算子，表示等照度线到达缺失区域Ω 的边界时的强度。
3. 如权利要求2所述的高光谱图像的修补方法，其特征是，在步骤S12之后还包括如下 步骤： 对作为所述待修补块的像素块Ψρ中的缺失区域内的像素点P'，更新可信度c(p'）：
其中，c(p'）表示像素点ρ'的可信度，Ψ丨表示替代作为所述待修补块的像素块 像素块表示所述待修补块的像素块屯1)与Y之间的匹配代价。
4. 如权利要求1所述的高光谱图像的修补方法，其特征是，若拍摄得到的高光谱图像 的某一波段的部分信息缺失，则所述修补方法包括如下步骤： 获得所述高光谱图像对应的各个波段上的光谱图像； 在部分信息缺失的波段C的光谱图像I。中确定缺失信息区域Ω的边界旁的、且位于 缺失信息区域Ω的第二像素点p ; 通过如下步骤在波段C的光谱图像I。中确定与所述第二像素点p光谱最匹配的像素 点y :
其中，q为波段C的光谱图像I。中的任意一个像素点，qi为波段i的光谱图像中与像 素点q相同位置像素点的光谱值，η为波段数，Pi为第二像素点p在波段i光谱图像的光谱 值，d(p，q)表示第二像素点p与像素点q的匹配代价； 将最匹配的像素点g的光谱值赋值到第二像素点P。
5. 如权利要求1所述的高光谱图像的修补方法，其特征是，若拍摄得到的高光谱图像 的整个波段m的光谱图像Im丢失，则所述修补方法包括如下步骤： 依次选择光谱图像Im上的像素点P，确定波段m以外的波段i的光谱图像中与像素点 P相同位置的光谱值Pi,确定拟合曲线的阶数k :
I (η)是在阶数η确定的情况下通过最小二乘法估计出的η阶曲线参数，WaveLength (i) 是波段i的光谱图像中与像素点P相同位置对应的波长，polyval (I (n, Wavelength⑴））表 示计算波段i的光谱图像中与像素点P相同位置对应的光谱值； 计算光谱图像Im上的像素点P的光谱值P m: Pm= polyval (I (k), WaveLength (m))； 其中，Wavelength (m)表示是已知的波段m的光谱图像中像素点p的波长。
6. 如权利要求5所述的高光谱图像的修补方法，其特征是，2 < η < 5。
【专利摘要】本发明公开了一种高光谱图像的修补方法，针对不同的高光谱图像信息丢失情况，充分利用高光谱图像的特性，进行相对最优的修补。本发明的优点在于：1.对由于部分遮挡需要移除后修补的情况，相比于简单的插值处理，块修补方法能更好的恢复纹理信息。同时充分考虑波段图像间空间信息一致，在每个波段分别搜索最匹配块，投票选出最优块并修补至所有波段；2.对单波段内的部分信息丢失，由于其他波段信息完整且该丢失波段有其他信息可参照，采用光谱曲线匹配能最大化利用已知信息最优的修补；3.对整波段信息丢失，其他波段信息完整但该波段无信息可参照，故利用曲线拟合估计出光谱曲线并用来修补该波段值。
【IPC分类】G06T5-00
【公开号】CN104766282
【申请号】CN201510173442
【发明人】王好谦, 李政芝, 宣慧明, 张永兵, 王兴政, 戴琼海
【申请人】清华大学深圳研究生院
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月13日