一种卫星遥感图像区域条带噪声抑制装置及其方法
【专利摘要】本发明属于卫星应用领域，涉及一种卫星遥感图像区域条带噪声抑制装置及其方法。该装置包括参数设置模块，灰度复原模块和图像信息重建模块；参数设置模块读入待处理图像，并设置处理流程的各项参数；灰度复原模块包含滤波单元，复原系数计算单元和噪声抑制单元，抑制待处理图像中的区域条带噪声，得到灰度复原图像；图像信息重建模块包含参考图像生成单元和重建结果输出单元，在灰度信息复原结果图像基础上，对待处理图像中无噪声区域灰度重建，保持待处理图像无噪声区域辐射信息不变，生成区域条带噪声抑制结果图像。该方法具有保持图像辐射信息，去除区域条带噪声效果好的特点。
【专利说明】一种卫星遥感图像区域条带噪声抑制装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明属于卫星应用领域，涉及一种卫星遥感图像区域条带噪声抑制装置及其方法。该装置针对辐射校正后仍存在区域性条带噪声的遥感图像，通过区域条带噪声邻域信息恢复条带噪声区域的灰度信息，抑制区域条带噪声，同时又对抑噪结果进行灰度信息重建，保持图像无噪声区域的灰度信息不变。该方法具有保持图像辐射信息，去除区域条带噪声效果好的特点。
【背景技术】
[0002]条带噪声是由于推扫成像传感器各CCD在光谱响应区内的响应函数不一致造成的，严重降低了遥感图像的辐射质量和清晰度，影响图像中地貌信息的解译和后续应用。
[0003]目前遥感图像条带噪声消除方法主要是基于星上定标灯的内定标法、直方图统计法及基于图像分析的矩匹配法、直方图匹配法等。星上内定标法和直方图统计法是生成遥感图像辐射校正产品的常用方法。但是星上内定标方法由于星上环境复杂，不能完全去除条带，会有残余现象，而且许多星上并无定标系统。直方图统计法需要大量统计正常图像样本，不同地区地理位置及地物不同需要统计不同的样本，工作量很大，当出现新情况时会校正失败。直方图匹配和矩匹配方法一般是在遥感图像辐射校正之后，解决残余的条带噪声。直方图匹配法和矩匹配法的前提是假设各传感器所探测的地物具有相同均衡的辐射分布。将各传感器图像的直方图调整到参考直方图中，或将所有CCD探元形成的列图像的均值和方差调整到一致。该类方法不适用于复杂地物，同时由于在辐射校正后的一级遥感图像产品上根据图像直方图的概率分布或参考列图像均值和方差进行校正，会改变图像灰度的物理性质，对后续定量应用产生不确定的影响。
[0004]目前对辐射校正后的遥感图像的条带噪声去除方法均为全局性的，会改变整幅遥感图像灰度信息，且主要处理单列的条带噪声，对于多列的宽区域条带噪声如CCD搭接区整体与图像辐射不一致的情况没有考虑。
【发明内容】
[0005]本发明的技术解决问题:克服现有技术的不足，提供一种卫星遥感图像区域条带噪声抑制装置及其方法，该装置首先对待处理图像大范围低通滤波，将区域条带噪声分离出来，根据条带噪声区域与邻域灰度信息的连续性，恢复噪声区域的灰度信息，抑制区域条带噪声，同时对抑噪结果进行灰度重建，保持待处理图像无噪声区域的灰度信息不变。使用该方法抑制区域条带噪声能够在保持图像辐射信息不变的情况下较好的去除区域条带噪声。
[0006]本发明的技术解决方案:一种卫星遥感图像区域条带噪声抑制装置，包括参数设置模块，灰度复原模块和图像信息重建模块；
[0007]参数设置模块读入待处理图像IOTi，并设置流程迭代次数值U、第一平滑滤波器Ii1、第二平滑滤波器h2、第三平滑滤波器h3，和第一灰度复原系数阈值Icth1、第二灰度复原系数阈值kth2，将待处理图像IOT1、第一平滑滤波器h和第一灰度复原系数阈值Icth1、第二灰度复原系数阈值kth2送到灰度复原模块；将待处理图像IOTi和第二平滑滤波器h2、第三平滑滤波器h3送到图像信息重建模块；
[0008]灰度复原模块包含滤波单元，复原系数计算单元和噪声抑制单元；滤波单元根据参数设置模块提供的第一平滑滤波器hi对待处理图像IOTi滤波处理，得到滤波后图像Ilp，待处理图像iOTi与滤波后图像Ilp相减得到差值图像Idif，将滤波后图像Ilp和差值图像Idif输出给复原系数计算单元；复原系数计算单元根据差值图像Idif每一个像素灰度值与第一灰度复原系数阈值社匕之间的大小关系确定该像素对应位置第一复原系数，得到复原系数矩阵ki ;复原系数计算单元计算待处理图像IOTi和滤波后图像Ilp列均值之差，得到数组Colmeandif,计算差值图像Idif每一像素灰度值与该像素所在列在数组Colmeandif中对应值之差，比较该差与第二灰度复原系数阈值kth2之间的大小关系确定该像素对应位置第二复原系数，得到复原系数矩阵k2，将滤波后图像Ilp、差值图像Idif和灰度复原系数矩阵kp k2输出给噪声抑制单元；在噪声抑制单元，差值图像Idif中每一像素灰度值与灰度复原系数矩阵K、k2中对应位置值相乘，再与滤波后图像Ilp中对应位置像素灰度值相加，得到灰度复原图像Idns，将灰度复原图像Idns输出给图像信息重建模块；
[0009]图像信息重建模块包括参考图像生成单元和重建结果输出单元；参考图像生成单元对灰度复原模块提供的灰度复原图像Idns和参数设置模块提供的待处理图像IOTi分别采用参数设置模块提供的第二平滑滤波器h2、第三平滑滤波器h3进行滤波处理，生成第一参
考图像、第二参考图像/,输出给重建结果输出单元；重建结果输出单元比较参数设置模块提供的待处理图像Itffi和参考图像生成单元提供的第一参考图像1 I二参考图
像/ ,对应位置像素灰度值之间的大小关系，生成图像重建结果图像Iresult;在重建结果输
出单元中，当迭代次数大于或者等于参数设置模块提供的迭代次数值it时，输出图像重建结果图像Iresult为区域条带噪`声抑制结果图像，当迭代次数小于参数设置模块提供的迭代次数值it时，令图像重建结果图像Iresult为下一次迭代计算的待处理图像，输出给灰度复原模块继续计算。
[0010]所述的参数设置模块包括图像获取单元和参数准备单元，图像获取单元获取待处理图像IOTi并输出给参数准备单元；参数准备单元根据图像获取单元提供的待处理图像1ri的大小及噪声强度设置流程迭代次数值U、第一平滑滤波器h1、第二平滑滤波器h2、第三平滑滤波器h3，和第一灰度复原系数阈值Iith1、第二灰度复原系数阈值kth2。
[0011]一种卫星遥感图像区域条带噪声抑制方法，由计算准备阶段、灰度复原阶段、图像信息重建阶段和结果输出阶段配合完成，所述计算准备阶段实现步骤如下:
[0012]步骤(1),读取待处理图像1<^和IOTi尺寸大小MXN ；
[0013]步骤(2)，根据步骤(1)读取的IOTi大小MXN及区域噪声强度，设定处理流程迭代次数it，及每次迭代的第一灰度复原系数阈值Icth1、第二灰度复原系数阈值kth2和第一平滑滤波器h、第二平滑滤波器h2、第三平滑滤波器h3。
[0014]所述灰度复原阶段实现步骤如下:
[0015]步骤(3)，使用步骤(2)设定的第一平滑滤波器4对步骤(1)得到的待处理图像Itffi低通滤波，得到滤波后图像Ilp，计算待处理图像Itffi与滤波后图像Ilp的差值图像Idif 1ri Ilp ?
[0016]步骤(4)，计算步骤(1)得到的待处理图像IOTi和步骤(3)得到的滤波后图像Ilp每一列的均值数组ColmeanOTi和Colmeanlp, ColmeanOTi和Colmeanlp对应列相减得到其差数组Co Imeandif=Co Imeanor1-Co Imeanlp ；
[0017]步骤(5)，对步骤(3)得到的差值图像Idif的第i行j列个像素的灰度值Idif(i，j)进行判断，若abs (Idif (Lj)Dkth1，则该像素对应位置第一复原系数&α，]_)=1，否则k^i, j)=abs(Idif(i, j))/Irth1 ；
[0018]步骤(6),步骤(4)得到的差数组CoImeandif第j列的值为CoImeandif (j),若abs (Colmean (j)-1dif (i, j)) >kth2,则该像素对应位置第二复原系数 k2 (i, j)=l,否则 k2(i, j)=abs (Colmean (j) -1dif (i, j)) /kth2 ；
[0019]步骤(7)，根据步骤(3)得到的滤波后图像Ilp、差值图像Idif和步骤(5)、步骤(6)分别得到的复原系数矩阵Vk2,计算灰度复原图像Idns=Ilp+!^ Xk2X Idif ；
[0020]所述图像信息重建阶段实现步骤如下:
[0021]步骤(8)，使用步骤(2)设定的第二平滑滤波器匕对步骤(1)得到的待处理图像IOTi和步骤(7)得到的灰度复原图像Idns低通滤波，得到对待处理图像IOTi和
灰度复原图像Idns的第二平滑滤波器h2滤波后图像和，计算第一参考图像
^ictlu _夏ori 1riih + Idnsh、* ?..?
[0022]步骤(9)，使用滤波器h3对待处理图像IOTi和灰度复原图像Idns低通滤波，得到对待处理图像iOTi和灰度复原图像Idns的h3滤波器滤波后图像和工―，计算第二参考图
{象 Ifeth' 1ri IOrihl + !dm、.[0023]步骤(10)，根据步骤(1)得到的待处理图像IOT1、步骤(8)得到的第一参考图像^ethl、步骤(9)得到的第二参考图像，对图像重建结果图像IMsult的第i行j列个像素的灰度值 Iresult (i，j)进行判断，若 abs^on ^ J) - 1^hl (U j))< abs(1ri (i, j) -1rethi (i, j))，则
^result./) -1 reth:(〗，./)否则 I result (Z.，J) - !reth' 0'? j~)
?O
[0024]所述结果输出阶段实现步骤如下:
[0025]步骤(11)，当迭代次数小于步骤(2)设定的流程迭代次数值it时，令IOTi=I_lt，转入灰度复原阶段，直到迭代结束，输出结果；当迭代次数大于等于步骤(2)设定的流程迭代次数值it时，输出结果IMsult为区域条带抑制结果图像。
[0026]本发明与现有技术相比具有如下优点:
[0027](I)首先对图像大范围低通滤波，将区域条带噪声分离出来，根据条带噪声区域与邻域灰度信息的连续性，恢复噪声区域的灰度信息，抑制区域条带噪声，同时对抑噪结果进行灰度重建，保持待处理图像无噪声区域的灰度信息不变。
[0028](2)使用该方法抑制区域条带噪声能够在保持图像辐射信息不变的情况下较好的去除区域条带噪声。【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为本发明的装置结构示意图；
[0030]图2为本发明的操作流程图；
【具体实施方式】
[0031]本发明的基本思路:针对辐射校正后仍存在区域性条带噪声的卫星遥感图像，通过区域条带噪声邻域信息恢复条带噪声区域的灰度信息，抑制区域条带噪声，同时又对抑噪结果进行灰度重建，保持待处理图像无噪声区域的灰度信息不变。该方法具有保持图像辐射信息，去除区域条带噪声效果好的特点。
[0032]下面结合附图对本发明做进一步详细描述，如图1所示一种卫星遥感图像区域条带噪声抑制装置，包括参数设置模块，灰度复原模块和图像信息重建模块；
[0033]参数设置模块读入待处理图像IOTi，并设置流程迭代次数值U、第一平滑滤波器Ii1、第二平滑滤波器h2、第三平滑滤波器h3，和第一灰度复原系数阈值Icth1、第二灰度复原系数阈值kth2，将待处理图像IOT1、第一平滑滤波器h和第一灰度复原系数阈值Icth1、第二灰度复原系数阈值kth2送到灰度复原模块；将待处理图像IOTi和第二平滑滤波器h2、第三平滑滤波器h3送到图像信息重建模块；
[0034]灰度复原模块包含滤波单元，复原系数计算单元和噪声抑制单元；滤波单元根据参数设置模块提供的第一平滑滤波器hi对待处理图像IOTi滤波处理，得到滤波后图像Ilp，待处理图像iOTi与滤波后图像Ilp相减得到差值图像Idif，将滤波后图像Ilp和差值图像Idif输出给复原系数计算单元；复原系数计算单元根据差值图像Idif每一个像素灰度值与第一灰度复原系数阈值社匕之间的大小关系确定该像素对应位置第一复原系数，得到复原系数矩阵ki ;复原系数计算单元计算待处理图像IOTi和滤波后图像Ilp列均值之差，得到数组Colmeandif,计算差值图像Idif每一像素灰度值与该像素所在列在数组Colmeandif中对应值之差，比较该差与第二灰度复原系数阈值kth2之间的大小关系确定该像素对应位置第二复原系数，得到复原系数矩阵k2，将滤波后图像Ilp、差值图像Idif和灰度复原系数矩阵kp k2输出给噪声抑制单元；在噪声抑制单元，差值图像Idif中每一像素灰度值与灰度复原系数矩阵K、k2中对应位置值相乘，再与滤波后图像Ilp中对应位置像素灰度值相加，得到灰度复原图像Idns，将灰度复原图像Idns输出给图像信息重建模块；
[0035]图像信息重建模块包括参考图像生成单元和重建结果输出单元；参考图像生成单元对灰度复原模块提供的灰度复原图像Idns和参数设置模块提供的待处理图像IOTi分别采用参数设置模块提供的第二平滑滤波器h2、第三平滑滤波器h3进行滤波处理，生成第一参
考图像(吨、第二参考图像1 >输出给重建结果输出单元；重建结果输出单元比较参数设置模块提供的待处理图像IOTi和参考图像生成单元提供的第一参考图像第二参考图
像八?对应位置像素灰度值之间的大小关系，生成图像重建结果图像IMsult;在重建结果输
出单元中，当迭代次数大于或者等于参数设置模块提供的迭代次数值it时，输出图像重建结果图像Iresult为区域条带噪声抑制结果图像，当迭代次数小于参数设置模块提供的迭代次数值it时，令图像重建结果图像Iresult为下一次迭代计算的待处理图像，输出给灰度复原模块继续计算。[0036]所述的参数设置模块包括图像获取单元和参数准备单元，图像获取单元获取待处理图像IOTi并输出给参数准备单元；参数准备单元根据图像获取单元提供的待处理图像1ri的大小及噪声强度设置流程迭代次数值U、第一平滑滤波器h1、第二平滑滤波器h2、第三平滑滤波器h3，和第一灰度复原系数阈值Icth1、第二灰度复原系数阈值kth2。
[0037]本发明优选的处理流程如图2所示，一种卫星遥感图像区域条带噪声抑制方法的实施可以分为四个阶段，计算准备阶段、灰度复原阶段、图像信息重建阶段和结果输出阶段。
[0038]1.计算准备阶段
[0039](I)由参数设置模块图像获取单元读取待处理图像IOTi及IOTi尺寸大小(2867像素X 3036像素)；
[0040](2)根据IOTi大小及区域噪声强度，在参数设置模块参数准备单元设定迭代次数it=2,设定第一次迭代的两个灰度恢复阈值kthfSO、kth2=20，第一次迭代的滤波器Ii1为I X 401的均值滤波器、h2为401 X I的均值滤波器、h3为101 X I的均值滤波器；设定第二次迭代的两个灰度恢复阈值kth/ =200、kth2’ =20，第二次迭代的滤波器h/为1X21的均值滤波器、h2’为101X1的均值滤波器、h3’为401 X I的均值滤波器。
[0041]2.灰度复原阶段
[0042](3)由灰度复原模块调用滤波单元使用滤波器Ii1对IOTi低通滤波，得到Ilp，计算1ri 与 Ilp 的差值图像 Idif=Im1-1lp ；
[0043](4)在灰度复原模块复原系数计算单元计算1_和Ilp每一列的均值数组Colmeanori 和 Colmeanlp, ColmeanOTi 和 Colmeanlp 对应列相减得到其差数组 Colmeandif=Colmeanori_Co Imeanlp ；`
[0044](5)在灰度复原模块复原系数计算单元中，对于Idif的第i行j列个像素的灰度值Idif (i，j)，若abs (Idif (i, j)) >kth1；则该像素对应位置第一复原系数Ic1 (i, j) =1，否则k^i, j)=abs(Idif(i, j))/Irth1 ；
[0045](6)CoImeandif (j)为 Colmeandif 第 j 列的值，若 abs (Colmean (j)-1dif (i, j))>kth2,则该像素对应位置第二复原系数k2(i, j)=l,否贝丨J k2(i, j)=abs (Colmean(j)-1dif (i, j))/kth2 ；
[0046](7)根据滤波后图像Ilp、差值图像Idif和步骤(5)、步骤(6)分别得到的复原系数矩阵Vk2，计算灰度复原图像Idns=Ilp+!^ Xk2X Idif。
[0047]3.图像信息重建阶段
[0048](8)在图像信息重建模块参考图像生成单元，使用滤波器h2对IOTi和Idns低通滤波，得到IOrtlh和I<1—:，计算第一参考图像— 1ii I+ IJndh.[0049](9)在图像信息重建模块调用滤波单元，使用滤波器h3对IOTi和Idns低通滤波，得到对待处理图像IOTi和灰度复原图像Idns的h2滤波器滤波后图像.和1S，计算第二参考图像 Ireth1 -1 ori 1nh' + ^dnshi.[0050](10)在图像信息重建模块调用滤波单元，对于图像重建结果图像IMsult的第i行j 列个像素的灰度值 Iresult (i，j)，若,则
【权利要求】
1.一种卫星遥感图像区域条带噪声抑制装置，其特征在于:包括参数设置模块，灰度复原模块和图像信息重建模块； 参数设置模块读入待处理图像IOTi，并设置流程迭代次数值it、第一平滑滤波器h1、第二平滑滤波器h2、第三平滑滤波器h3，和第一灰度复原系数阈值Icth1、第二灰度复原系数阈值kth2，将待处理图像IOT1、第一平滑滤波器h和第一灰度复原系数阈值Icth1、第二灰度复原系数阈值kth2送到灰度复原模块；将待处理图像IOTi和第二平滑滤波器h2、第三平滑滤波器h3送到图像信息重建模块； 灰度复原模块包含滤波单元，复原系数计算单元和噪声抑制单元；滤波单元根据参数设置模块提供的第一平滑滤波器h对待处理图像IOTi滤波处理，得到滤波后图像Ilp，待处理图像IOTi与滤波后图像Ilp相减得到差值图像Idif，将滤波后图像Ilp和差值图像Idif输出给复原系数计算单元；复原系数计算单元根据差值图像Idif每一个像素灰度值与第一灰度复原系数阈值Icth1之间的大小关系确定该像素对应位置第一复原系数，得到复原系数矩阵h ;复原系数计算单元计算待处理图像IOTi和滤波后图像Ilp列均值之差，得到数组Colmeandif,计算差值图像Idif每一像素灰度值与该像素所在列在数组Colmeandif中对应值之差，比较该差与第二灰度复原系数阈值kth2之间的大小关系确定该像素对应位置第二复原系数，得到复原系数矩阵k2，将滤波后图像Ilp、差值图像Idif和灰度复原系数矩阵kp k2输出给噪声抑制单元；在噪声抑制单元，差值图像Idif中每一像素灰度值与灰度复原系数矩阵K、k2中对应位置值相乘，再与滤波后图像Ilp中对应位置像素灰度值相加，得到灰度复原图像Idns，将灰度复 原图像Idns输出给图像信息重建模块； 图像信息重建模块包括参考图像生成单元和重建结果输出单元；参考图像生成单元对灰度复原模块提供的灰度复原图像Idns和参数设置模块提供的待处理图像IOTi分别采用参数设置模块提供的第二平滑滤波器h2、第三平滑滤波器h3进行滤波处理，生成第一参考图像、第二参考图像/, th输出给重建结果输出单元；重建结果输出单元比较参数设置模块提供的待处理图像Itffi和参考图像生成单元提供的第一参考图像、第二参考图像1对应位置像素灰度值之间的大小关系，生成图像重建结果图像Iresult ;在重建结果输出单元中，当迭代次数大于或者等于参数设置模块提供的迭代次数值it时，输出图像重建结果图像Usult为区域条带噪声抑制结果图像，当迭代次数小于参数设置模块提供的迭代次数值it时，令图像重建结果图像IMsult为下一次迭代计算的待处理图像，输出给灰度复原模块继续计算。
2.根据权利要求1所述的一种卫星遥感图像区域条带噪声抑制装置，其特征在于:所述的参数设置模块包括图像获取单元和参数准备单元，图像获取单元获取待处理图像Itffi并输出给参数准备单元；参数准备单元根据图像获取单元提供的待处理图像Itffi的大小及噪声强度设置流程迭代次数值U、第一平滑滤波器Ii1、第二平滑滤波器h2、第三平滑滤波器h3,和第一灰度复原系数阈值Icth1、第二灰度复原系数阈值kth2。
3.—种卫星遥感图像区域条带噪声抑制方法，其特征在于:由计算准备阶段、灰度复原阶段、图像信息重建阶段和结果输出阶段配合完成，所述计算准备阶段实现步骤如下: 步骤(1),读取待处理图像IOTi和IOTi尺寸大小MXN ；步骤(2)，根据步骤(1)读取的IOTi大小MXN及区域噪声强度，设定处理流程迭代次数it，及每次迭代的第一灰度复原系数阈值Icth1、第二灰度复原系数阈值kth2和第一平滑滤波器h、第二平滑滤波器h2、第三平滑滤波器h3 ； 所述灰度复原阶段实现步骤如下: 步骤(3)，使用步骤(2)设定的第一平滑滤波器Ii1对步骤(1)得到的待处理图像1ri低通滤波，得到滤波后图像Ilp，计算待处理图像IOTi与滤波后图像Ilp的差值图像Idif 1ri Ilp ? 步骤(4)，计算步骤(1)得到的待处理图像IOTi和步骤(3)得到的滤波后图像Ilp每一列的均值数组ColmeanOTi和Colmeanlp, Colmeanori和Colmeanlp对应列相减得到其差数组Colmeandif = Co Imeanor1-Co Imeanlp ； 步骤(5)，对步骤(3)得到的差值图像Idif的第i行j列个像素的灰度值Idif (i，j)进行判断，若abs (Idif (Lj)Dkth1，则该像素对应位置第一复原系数&α，]_)=1，否则k^i, j)=abs(Idif(i, j))/Irth1 ； 步骤(6),步骤(4)得到的差数组Colmeandif第j列的值为Colmeandif (j),若abs (Colmean (j)-1dif (i, j)) >kth2,则该像素对应位置第二复原系数 k2 (i, j)=l,否则 k2(i, j)=abs (Colmean (j) -1dif (i, j)) /kth2 ； 步骤(7)，根据步骤(3)得到的滤波后图像Ilp、差值图像Idif和步骤(5)、步骤(6)分别得到的复原系数矩阵I^k2,计算灰度复原图像Idns=Ilp+!^ Xk2X Idif ； 所述图像信息重建阶段实现步骤如下: 步骤(8)，使用步骤(2)设定的第二平滑滤波器h2对步骤(1)得到的待处理图像IOTi和步骤(7)得到的灰度复原图像Idns低通滤波，得到对待处理图像IOTi和灰度复原图像Idns的第二平滑滤波器h2滤波后图像/ot7,2和，计算第一参考图像=1On-Krihl +Idnshl.步骤(9)，使用滤波器h3对待处理图像IOTi和灰度复原图像Idns低通滤波，得到对待处理图像IOTi和灰度复原图像Idns的h3滤波器滤波后图像和“，计算第二参考图像
【文档编号】G06T5/00GK103761718SQ201410048541
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年2月12日 优先权日:2014年2月12日
【发明者】岳春宇, 何红艳, 王治强, 鲍云飞, 邢坤, 周楠, 齐文雯, 李岩, 李方琦 申请人:北京空间机电研究所