专利名称：一种遥感卫星图像容错显示方法
技术领域：
本发明涉及一种遥感卫星图像容错显示方法。
技术背景
国内遥感卫星与地面间的图像数据传输要按照AOS数据(ADVANCED ORBITING SYSTEMS高级在轨系统)格式对数据进行封装，如图1所示。其数据格式主要包括同步字、 V⑶U主导头和V⑶U数据单元三部分，其中同步字为标志一帧图像数据开始的标志，V⑶U主导头中包含图像数据帧计数(VCDU计数器)，VCDU数据单元中包含有图像数据。同步字和 V⑶U主导头中的图像数据帧计数是遥感图像提取和显示过程中所必需的两种信息。
国内遥感卫星星上数据处理流程主要是相机获取原始图像、图像压缩、图像数据格式编排、格式化数据加扰、加扰后数据编码调制发射。为了在整星研制过程中对卫星进行测试，需要预先研制卫星地面检测系统；卫星发射后需要建立地面应用站接收卫星图像数据，这两者的数据接收处理流程相似，主要是天线接收射频信号、信号下变频、解调信号、 数据解扰、数据去格式、数据解压缩、图像数据存储。在整个星地系统的数据处理中，格式化图像数据会受到设备研制状态、信道状态等多种干扰，形成以下三种异常状态
(1)图像丢失，如图2所示；
(2)异常图像混入，如图3所示；
(3)图像错误，如图4所示。
图像丢失是指星上相机获取原始图像在星地传输过程中部分或全部丢失，造成地面获得图像部分片段或全部片段没有数据，无法观察。
异常图像混入是指地面获得图像相对于星上相机获取原始图像多出部分数据，这部分数据是在星地传输过程中因处理异常而意外增加的，不属于正常数据，应当剔除。
图像错误是指星上相机获取原始图像在星地传输过程中部分数据发生错误，地面获得图像出现不同于原始图像的误码。
目前国内外的遥感卫星基本都携带多台相机，每台相机包含不只一片CCD，所以卫星相机开机后会同时输出多片CCD的图像数据(根据本领域内习惯，本文将每片CCD输出的图像成为一片图像)，在卫星地面检测和卫星地面应用中，为方便操作人员对数据判读， 需要将多片相同类型CCD图像拼接显示。现有接收设备采用较多的多片图像拼接算法是首先搜索图像数据同步字，然后根据VCDU主导头中定义图像数据帧计数进行拼接，将相同帧计数的图像拼接为一帧图像。由于不同CCD输出的具有相同帧计数的图像可以近似看做在同一时刻拍摄，所以这种算法能够在保证处理速度的同时尽可能保证拼接后数据的可判读性，但是当图像数据出现异常状态时，同步字和帧计数可能出现错误，原有的图像拼接算法对异常数据的处理是丢弃，造成拼接后的图像丢失信息。发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种遥感卫星图像容错显示方法。采用本发明可以在图像数据存在异常状态下对多片图像数据进行容错拼接，使拼接后的图像在可判读的同时保留包括异常数据在内的全部数据信息，为卫星地面检测和卫星地面应用过程中存在的问题提供测试手段。
本发明的技术解决方案是
一种遥感卫星图像容错显示方法，包括以下步骤
(1)同步接收从遥感卫星发出经处理后获得的AOS格式化的多幅图像数据，并将图像数据转入步骤O)；
(2)以同步字为起点，按图像数据帧长度截取每幅图像数据中的数据，并将截取的数据帧送入步骤(3)；
(3)对截取数据的内容进行判断，若数据中的不包含同步字，则截取到的数据作为一个图像数据帧送入步骤(5)；并判断该数据帧后的近邻数据是否为同步字，若为同步字， 则返回步骤O)，否则，转入步骤；
若数据帧中包含同步字，则利用补充码字将截取的数据补充为一个图像数据帧送入步骤(5)，同时将包含同步字的数据返回步骤O)中，用于进行下一帧数据的截取；
(4)利用补充码字将将步骤( 送入的数据帧后的紧邻数据补充为一个图像数据帧送入步骤(5)，并将包含同步字的数据返回到步骤O)中，用于下一次数据的截取；
(5)将步骤C3)或步骤中传入的完整的图像数据帧进行存储；若完成全部图像数据帧的存储，则转入步骤(6)；否则，返回步骤O)；
(6)根据存储的图像数据帧的帧序号，对多副图像数据中帧序号相同的图像数据帧进行拼接。
所述的补充码字，根据接收的图像中目标的亮度范围，确定图像像素亮度分布，构建像素值分布表，选取像素值分布表中出现概率最小的像素值构造补充码字。
在所述步骤(6)中对图像数据帧进行拼接时，首先对每幅图像中的图像数据帧进行统计，并图像数据帧按照帧序号进行排序；将各幅图像按照帧序号对齐的形式进行图像数据帧的拼接，并在利用补充码字填充各幅图像帧序号空白处的图像数据帧。
本发明与现有技术相比具有如下优点
(1)本发明提出了对遥感图像进行处理的流程，能够完整显示接收的遥感图像，同时针对遥感卫星图像在星地传输过程中可能出现的三种异常状态，能够分辨判断异常，统计异常数量。
(2)本发明提出的遥感卫星图像处理流程能够实现对多片图像的拼接显示，处理过程能够适应遥感图像在传输过程中可能出现的三种异常状态，通过帧序号对齐和填补补充码字的拼接方式，实现了在不影响判读的前提下，保留了图像数据中异常信息。
(3)本发明对接收的图像中目标的亮度范围进行统计，根据统计结果，选择出现概率小的像素值确定补充码字，用于对图像数据中的丢失或异常混入的数据进行图像数据帧的填充，从而可实现在图像显示，更加清晰的实现对图像数据中异常的定位。
图1为遥感卫星图像AOS格式简图2为遥感卫星图像丢失示意图3为遥感卫星图像混入异常数据的示意图4为遥感卫星图像错误示意图5为本发明流程图6为本发明效果图。
具体实施方式
下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
遥感卫星图像(简称图像)AOS帧格式中的同步字和图像数据帧计数是图像的重要信息。同步字是一帧图像开始的标志，图像数据帧计数表示了图像中的图像帧序号。
对于图像拼接处理，按照同步字同步，依照图像数据帧计数对多片图像进行拼接仍然是目前效率最高的拼接方法，且拼接后的图像可判读性最好。对于图像错误处理，目前已经存在包括前向同步和后向同步在内的可纠错帧同步方法，可以有效避免同步字和帧计数中的误码。
本发明采用基于同步字和图像数据帧计数的传统方法对图像进行拼接，并采用前后向纠错帧同步方法对图像错误进行处理，同时解决了当存在数据丢失和异常数据混入时的图像的多片拼接问题，可以通过对异常数据的截取和智能填补，在拼接多片图像的同时将异常数据在图像中显示，使得异常信息得以保留。
针对图像错误处理过程中遇到图像数据有缺失，需要添补时，本发明采用“补充码字”用于添补图像数据帧中的空缺。补充码字是卫星相机设计人员和用户利用先验经验，综合本台相机的图像输出值域和本次相机拍摄目标亮度范围，确定本次拍摄图像像素亮度的分布，根据分布表确定一个出现概率最小的像素值作为补充码字。在图像处理过程中，针对需要添补的图像位置填充补充码字，由于其取值是本次拍摄结果中出现概率最小的值，所以与正确图像形成鲜明对比，用户在图像判决中可以清晰的分辨正确图像和补充码字，使补充码字的使用不会对图像判读造成影响。
本方法流程图如图5所示，具体步骤如下
(1)同步接收多幅图像数据中的第一个同步字，将同步到的第一个正确帧作为图像显示的起始。经过对多个遥感卫星地面处理系统的调研，接收图像第一个正确帧之前的数据主要是由以下三种原因形成
a:接收处理设备首先开机，卫星相机然后开机，接收设备收到卫星相机为开机时的无效数据；
b 接收处理设备上次操作时残留的缓存数据，不属于新一次处理过程中的数据；
C:星地系统中的某些设备工作流程是先开机后复位，所以接收数据为该设备工作状态未建立时的数据。
上述三种均非图像数据，第一个正确图像数据帧的同步字之前的数据不包含任何有关星地传输系统的有效信息，不显示也不会造成有效信息丢失。
(2)在同步到第一个图像数据帧的同步字后，持续以同步字为每个图像数据的起点，按图像数据帧长度截取数据为单位，进行处理。首先判断截取数据后的近邻数据是否为同步字，若不为同步字，则转入步骤C3)进行处理，否则转入步骤(4)进行处理。
(3)对截取的一帧数据进行数据内容的判断
如果数据帧中不含有同步字，说明截取的数据是一帧正确的图像数据帧，将正确的图像数据帧送入步骤(5)。同时对数据帧后的近邻数据进行判断，若为同步字，则返回步骤O)，否则，将紧邻数据送入步骤
如果数据帧中包含同步字，则说明该帧数据为存在数据丢失的图像数据，如图2 所示。报警并利用上述的确定的补充码字将截取的数据补充为完成的数据帧后，作为一个图像数据帧送入步骤(5)。并将数据帧中的同步字及其后续数据返回到步骤( 进行下一次数据截取。
(4)对于从步骤C3)送入步骤(4)的一个数据帧后的近邻数据，可以表明一个完整的图像数据帧后可能存在混入的图像数据，如图3所示。对于该种情况，上报混入异常数据的错误，然后再次利用补充码字将紧邻数据补充为一个或多个完整的图像数据帧，并将同步字后的数据返回到步骤O)中进行下一次的截取。
(5)对送入的完整的图像数据帧进行存储。在存储完图像数据中的所有图像数据帧后，转入步骤(6)对图像数据帧进行拼接处理。
(6)根据存储的每帧图像数据帧，对图像数据帧的帧序号进行统计，并按照帧序号对齐的方式，对多副图像数据中帧序号相同的帧图像数据进行拼接。
在实际中，若以帧序号对齐的形式对图像进行拼接，则在拼接完成后存在由于某副图像的图像数据帧丢失或异常数据混入造成各副图像图像数据帧不一一对应，或者说不同步，其他副图像在相应位置是空白，或者说没有图像帧。因此，在拼接的同时，利用补充码字对空白位置进行实时填充。根据帧序号的统计结果，每遇到需对齐帧序号的空白位置，就在图像数据中利用补充码字完成图像数据帧的帧序号对齐。重复执行此步骤，完成对所有图像的拼接。
如图6所示，为采用本发明进行图像拼接后得到的效果图。从图6中可以看出，多幅图像拼接成一幅图像后，通过填充的补充码字，实现了各幅图像中图像数据帧的拼接，并可进一步通过灰度值更加明确的定位图像中的异常。
经过大量仿真及工程实践，使用该方法在工程应用实例的处理范围内拼接存在异常状态的多片遥感卫星图像，优于目前卫星图像接收设备的图像拼接算法。
本发明中对于图像拼接显示的处理流程中包括了对单片图像的处理，所以对单片图像按照本发明中提出的处理流程进行的智能容错显示技术也应包括在本专利保护范围内。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
权利要求
1.一种遥感卫星图像容错显示方法，其特征在于包括以下步骤(1)同步接收从遥感卫星发出经处理后获得的AOS格式化的多幅图像数据，并将图像数据转入步骤O)；(2)以同步字为起点，按图像数据帧长度截取每幅图像数据中的数据，并将截取的数据帧送入步骤(3)；(3)对截取数据的内容进行判断，若数据中的不包含同步字，则截取到的数据作为一个图像数据帧送入步骤(5)；并判断该数据帧后的近邻数据是否为同步字，若为同步字，则返回步骤O)，否则，转入步骤(4)；若数据帧中包含同步字，则利用补充码字将截取的数据补充为一个图像数据帧送入步骤(5)，同时将包含同步字的数据返回步骤O)中，用于进行下一帧数据的截取；(4)利用补充码字将将步骤( 送入的数据帧后的紧邻数据补充为一个图像数据帧送入步骤(5)，并将包含同步字的数据返回到步骤O)中，用于下一次数据的截取；(5)将步骤C3)或步骤中传入的完整的图像数据帧进行存储；若完成全部图像数据帧的存储，则转入步骤(6)；否则，返回步骤O)；(6)根据存储的图像数据帧的帧序号，对多副图像数据中帧序号相同的图像数据帧进行拼接。
2.根据权利要求1所述的一种遥感卫星图像容错显示方法，其特征在于所述的补充码字，根据接收的图像中目标的亮度范围，确定图像像素亮度分布，构建像素值分布表，选取像素值分布表中出现概率最小的像素值构造补充码字。
3.根据权利要求1所述的一种遥感卫星图像容错显示方法，其特征在于在所述步骤 (6)中对图像数据帧进行拼接时，首先对每幅图像中的图像数据帧进行统计，并图像数据帧按照帧序号进行排序；将各幅图像按照帧序号对齐的形式进行图像数据帧的拼接，并在利用补充码字填充各幅图像帧序号空白处的图像数据帧。
全文摘要
本发明公开了一种遥感卫星图像容错显示方法，包括以下步骤对接收到的每片图像数据按照同步字和帧长度进行截取；对截取的数据内容判断，存在异常则利用补充码字补充为完整图像数据帧并存储；若图像数据帧为与下一帧同步字间存在混入异常数据，则再次利用补充码字补充为完整数据帧；完成所有图像数据帧存储后，按照帧序号进行同步拼接。采用本发明可以在图像数据存在异常状态下对多片图像数据进行容错拼接，使拼接后的图像在可判读的同时保留包括异常数据在内的全部数据信息，为卫星地面检测和卫星地面应用过程中存在的问题提供测试手段。
文档编号H04N7/64GK102510493SQ201110302868
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月9日 优先权日2011年10月9日
发明者余瑾, 卢成志, 朱翔宇, 杨黎, 郑宏强 申请人:航天恒星科技有限公司