专利名称：一种基于刃边图像的高光谱遥感系统mtf检测方法
技术领域：
本发明涉及一种基于刃边图像的高光谱遥感系统MTF检测方法，属于高光谱遥感 系统成像质量评价领域，特别适合于高光谱遥感系统的MTF检测。
背景技术：
调制传递函数(MTF，Modulation Transfer Function)是评价遥感系统成像品质 的重要因素。在实验室测试阶段，采用专门仪器测量其MTF，是目前精度最高、可靠性最好 的方法。但是，这种方法无法对正在运行的遥感器的MTF进行计算。对于在运行中的遥感 器，综合国内外研究情况来看，从遥感图像信息中获取MTF是较为普遍的做法，即利用人工 布设的地面靶标或选取自然的地面标志物在遥感图像上的成像信息来计算MTF。目前，遥感 图像MTF的测试方法主要有点源法、脉冲法、刀刃法和样本对比法等，但相关的工作大都是 围绕普通全色遥感展开。点源法当获取点光源像的亮度分布函数PSF(x，y)后，对其进行二维傅里叶变换 即可得MTF。因此，倘若给成像系统加上一个像素大小的点脉冲输入(比如人工铺设的反光 镜组)，那么，其输出脉冲图像就是PSF。对PSF作二维傅里叶变换即可得MTF。脉冲法脉冲法是以线状地物(如图像中的桥梁)为观测目标，该线状地物位于 宽广均勻的背景上，且与背景反差较大。其输入脉冲是宽度相当于目标实际宽度的方形脉 冲，其输出脉冲是图像上灰度值的拟合曲线；输入输出脉冲都经过傅立叶变换，相除并归一 化得到MTF。刀刃法刀刃法是在图像上选择具有一定反差的两块相邻的均勻亮暗地物的边 界，通过测定成像系统对这一边界的扩展状况来确定系统在各种空间频率上的响应，从而 得到该成像系统的MTF曲线。具体算法是首先找到“刃边”，即具有一定反差的两块相邻的 均勻亮暗地物的边界，在垂直于刃边的方向上计算图像的边缘扩展函数，得到一条离散的 刃边，并用三次样条插值等方法拟合连续的边缘函数，并对拟合的边缘做滤波处理。然后对 平滑后的边缘求导，得到线扩展函数。最后对线扩展函数进行傅立叶变换就能得到调制传 递函数。样本对比法样本对比法是用已知MTF的样本图像与卫星遥感图像进行比较和判 读，从而确定遥感卫星的MTF的方法。该方法要求将样本区域选择在地表纹理具有较高空 间频率的地区。此外，样本区域的航空或航天数据源的采集时间，要求与所测的卫星图像数 据同步或准同步，而且需要采用航空多光谱对样本区进行数据采集。由于在实际遥感图像中，刃边状地物较之点状和线状地物更为常见和易于获得， 且受噪声影响较小，所以在以上几种方法之中刀刃法在遥感系统MTF检测中应用的最为广 泛。但在高光谱遥感系统信噪比较低的情况下，传统刀刃法数据处理过程受噪声影响严重， 经常导致无法得到正确而稳定的检测结果，另外由于高光谱遥感系统相比全色遥感具有波 段众多的特点，选择什么样的刃边区域才能较好地满足每个波段的检测要求，这个问题在 现有方法中也无法得到很好的解决，无法满足对高光谱遥感系统MTF检测的要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是针对高光谱遥感系统波段众多，刀刃法MTF检测区域 难以选择，高光谱遥感图像信噪比一般较低，MTF检测过程易受噪声影响的问题，给出一种 基于刃边图像的高光谱遥感系统MTF检测方法。本发明的技术解决方案为一种基于刃边图像的高光谱遥感系统MTF检测方法， 通过对刃边调制度的计算，实现了对刃边区域的选择，通过对线扩展函数进行高斯拟合，实 现了对噪声不敏感的MTF提取。具体步骤如下(1)读取高光谱图像；(2)从步骤(1)读取的图像中选择用于MTF检测的水平刃边区域和竖直刃边区 域；(3)计算步骤⑴所读取图像每个波段的信噪比；(4)对步骤(2)所选择水平刃边区域和竖直刃边区域进行中值滤波预处理；(5)计算步骤(2)所选水平刃边区域和竖直刃边区域每个波段的刃边调制度；(6)如果步骤(5)中计算出的刃边调制度在各个波段的值均大于设定的阈值，则 对步骤(4)得到的水平刃边区域和竖直刃边区域垂直方向的每一列和每一行做差分计算 得到线扩展函数，否则返回步骤(2)重新选择刃边区域；(7)对步骤(6)中由每一列和每一行所求出的线扩展函数分别进行高斯函数最小 二乘拟合得到标准差；(8)对步骤(7)中求得的每一列和每一行的所有标准差分别取中值作为遥感器竖 直方向和水平方向高斯型线扩展函数标准差的最终取值；(9)对步骤(8)中得到的线扩展函数进行采样，经过离散傅立叶变换求出高光谱 遥感系统各个波段的在图像竖直方向和水平方向上的MTF ；(10)将竖直方向MTF作为列向量，水平方向MTF作为行向量，两者相乘得出系统的 MTF矩阵，即MTF (U，ν) = MTF (u) X MTF (ν)其中，步骤(3)中计算信噪比的方法如下选取整个图像内相对比较平坦的区域，将该区域每波段图像分割成4X4，5X5··· 等子块，分别求出每一块的均值与标准差m> = Σχ lN Si = ^Z(x「m')2 jN其中Xij为子块内每个像素的灰度值，N为字块内的像素个数,Hii为子块均值，Si为 子块标准差。一般认为图像中大多数的子块对应均勻的区域，所以，选定一个合适的等级值，将 各子块标准差最大值与最小值之间划分为等间隔的区域，统计在这些区域中标准差的灰度 直方图，找出出现频率最大的标准差LSDm，作为噪声的估计，用选取图像的灰度平均值与 LSDm的比值来表示信噪比SNR。其中，步骤(4)中中值滤波模板可以选择3X 3或5X 5大小。其中，步骤(5)中计算刃边调制度的公式为
权利要求
一种基于刃边图像的高光谱遥感系统MTF检测方法，包括以下步骤(1)读取高光谱图像；(2)从步骤(1)读取的图像中选择用于MTF检测的水平刃边区域和竖直刃边区域；(3)计算步骤(1)所读取图像每个波段的信噪比；(4)对步骤(2)所选水平刃边区域和竖直刃边区域进行中值滤波预处理；(5)计算步骤(2)所选水平刃边区域和竖直刃边区域每个波段的刃边调制度；(6)如果步骤(5)中计算出的刃边调制度在各个波段的值均大于设定的阈值，则对步骤(4)得到的水平刃边区域和竖直刃边区域垂直方向的每一列和每一行做差分计算得到线扩展函数，否则返回步骤(2)重新选择刃边区域；(7)对步骤(6)中由每一列和每一行所求出的线扩展函数分别进行高斯函数最小二乘拟合得到标准差；(8)对步骤(7)中求得的每一列和每一行的所有标准差分别取中值作为遥感器竖直方向和水平方向高斯型线扩展函数标准差的最终取值；(9)对步骤(8)中得到的线扩展函数进行采样，经过离散傅立叶变换求出高光谱遥感系统各个波段的在图像竖直方向和水平方向上的MTF；(10)将竖直方向MTF作为列向量，水平方向MTF作为行向量，两者相乘得出系统的MTF矩阵，即MTF(u，v)＝MTF(u)×MTF(v)。
2.根据权利要求1所述的一种基于刃边图像的高光谱遥感系统MTF检测方法，其特征 在于步骤(5)中所述的刃边调制度的计算公式为
3.根据权利要求1所述的一种基于刃边图像的高光谱遥感系统MTF检测方法，其特征 在于步骤(6)中所述的刃边调制度选择判据为
4.根据权利要求1所述的一种基于刃边图像的高光谱遥感系统MTF检测方法，其特征 在于步骤(7)中所述的以高斯函数拟合的方法求解线扩展函数，所选择高斯函数的表达 式为
全文摘要
本发明涉及一种基于刃边图像的高光谱遥感系统MTF检测方法。该方法考虑到图像噪声的影响，通过计算高光谱遥感图像各波段刃边调制度来选择水平和竖直方向的刃边区域，对刃边区域进行差分运算得到线扩展函数，对线扩展函数进行高斯函数最小二乘拟合得到标准差，取竖直方向和水平方向线扩展函数标准差的中值计算出系统竖直和水平方向线扩展函数，离散傅立叶变换得到两个方向的MTF曲线，相乘构建系统二维MTF矩阵。本发明可以在高光谱遥感图像波段众多的情况下选择合适的刃边区域，在图像信噪比不高的情况下实现对系统MTF的提取。
文档编号G06T7/00GK101980293SQ20101027129
公开日2011年2月23日 申请日期2010年9月2日 优先权日2010年9月2日
发明者李娜, 秦宝龙, 贾国瑞, 赵慧洁 申请人:北京航空航天大学