基于TTP准则的影像质量解译尺度表征方法

本发明属于遥感影像处理，具体涉及一种基于ttp准则的影像质量解译尺度表征方法。

背景技术：

1、随着遥感卫星技术的不断发展，高分辨率卫星遥感影像的应用也拓展到了更多的领域，同时提升解读遥感系统的影像解译能力和对作战效能的支持能力就显得尤为重要。现有的遥感影像质量评价方法包括主观评价和客观评价两种方式。主观评价方法是通过人的主观感受来评定影像质量。这种方法侧重于感知质量，缺点是评分不够客观，易受个体感受差异和评估者主观因素的影响。客观评价方法则是利用计算机算法对影像进行自动化评估。目前广泛应用的遥感影像质量评价方法主要是美国影像分辨率评估和报告标准(irars)委员会开发的niirs(national imagery interpretability rating scale，美国国家影像解译度分级标准)标准方法，即通过对影像分辨率、空间分辨率、光谱分辨率、几何精度等方面的评估，给出一个0到9的niirs分数，从而评价遥感影像质量。

2、giqe(the general image quality equation，通用影像质量方程)是针对niirs所开发出来的质量评估模型，它起到了联系影像客观评价结果与主观评价结果间的桥梁作用，能够利用影像本身的系统成像参数(客观评价指标)来对影像的niirs(主观评价指标)进行评估。

3、giqe有三个已知的版本：giqe 3、giqe 4和giqe 5，应用最为广泛的是giqe4。2020年，武汉大学的赵鹏针对giqe模型中gsd(ground sample distance，地面采样距离)的权重过高的问题，引入mtf(modulation transfer function，调制传递函数)性能参数来改进giqe模型，通过研究mtf与影像质量的关系，选择3种mtf分别作为影像mtf参数替换giqe模型中的归一化响应的斜率参数来构建影像质量评价改进模型，强化了影像质量参数对模型评价结果的影响，提升了预测准确性。

4、然而，针对已有基于niirs的giqe评估模型，包括在此基础上做过修正的计算模型，仍然存在以下问题：已有的模型未充分考虑到人类对图像的感知，造成模型预估等级缺乏可靠性和真实性；已有的模型无法捕捉大气衰减和图像显示引起的图像退化，导致模型准确度和适应性有待提高。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于ttp准则的影像质量解译尺度表征方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明提供一种基于ttp准则的影像质量解译尺度表征方法，包括：

3、根据光学系统焦距、光学系统中探测器像素中心间距、观测距离和观测角度，计算地面采样距离gsd；

4、计算目标背景对比度函数ctgt；

5、获取人眼对比度阈值函数ctfeye；

6、基于所述人眼对比度阈值函数ctfeye、预设校准参量以及系统调制传递函数和所述目标背景对比度函数ctgt，计算目标任务性能ttp准则；

7、根据所述地面采样距离gsd、目标场景的信噪比和所述ttp准则，计算遥感影像质量解译度。

8、在本发明的一个实施例中，根据光学系统焦距、光学系统中探测器像素中心间距、观测距离和观测角度，按照如下公式计算地面采样距离gsd：

9、

10、式中，p表示成像系统中探测器像素中心间距，f为成像系统中光学系统焦距，d为观测距离，θ为观测角度。

11、在本发明的一个实施例中，按照如下公式计算目标背景对比度函数ctgt：

12、

13、式中，ρt表示目标反射率，ρb表示背景反射率，γa表示观测距离对应的大气透过率。

14、在本发明的一个实施例中，基于所述人眼对比度阈值函数ctfeye、预设校准参量以及系统调制传递函数和所述目标背景对比度函数ctgt，计算目标任务性能ttp准则的步骤，包括：

15、基于所述人眼对比度阈值函数ctfeye、预设校准参量以及系统调制传递函数，计算成像系统的对比度阈值函数ctfsys；

16、基于所述对比度阈值函数ctfsys和所述目标背景对比度函数ctgt，计算目标任务性能ttp准则。

17、在本发明的一个实施例中，基于所述人眼对比度阈值函数ctfeye、预设校准参量以及系统调制传递函数，按照如下公式计算成像系统的对比度阈值函数ctfsys：

18、

19、式中，mtfsys表示所述系统调制传递函数。

20、在本发明的一个实施例中，基于所述对比度阈值函数ctfsys和所述目标背景对比度函数ctgt，按照如下公式计算目标任务性能ttp准则：

21、

22、式中，ξ表示空间频率，ξl表示积分起始频率，ξh为积分截止频率，所述积分起始频率ξl、所述积分截止频率ξh分别由目标背景对比度函数ctgt与对比度阈值函数ctfsys对应的两条曲线的第一个交点及第二个交点确定。

23、在本发明的一个实施例中，根据所述地面采样距离gsd、目标场景的信噪比和所述ttp准则，计算遥感影像质量解译度的步骤之前，还包括：

24、按照如下公式计算目标场景的信噪比：

25、

26、式中，ρt表示目标反射率，ρb表示背景反射率，l(ρt)表示目标亮度，l(ρb)表示背景亮度，n表示目标场景的噪声。

27、在本发明的一个实施例中，所述遥感影像质量解译度为：

28、niirs＝4.6366-3.2058lggsd+0.5996lgttp+3.5611lgsnr。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

30、本发明提供一种基于ttp准则的影像质量解译尺度表征方法，该方法考虑了人类对图像的感知，将人眼视觉特性引入到影像质量解译尺度表征中，通过ttp准则将遥感影像质量主观评价与客观评价高效的结合在一起，从而构建了更加可靠、真实的遥感影像质量解译尺度表征模型。此外，本发明构建的遥感影像质量解译尺度表征方法能够捕捉到大气衰减和图像显示引起的图像退化，完善了giqe计算模型，提高了计算准确度。

31、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种基于ttp准则的影像质量解译尺度表征方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于ttp准则的影像质量解译尺度表征方法，其特征在于，根据光学系统焦距、光学系统中探测器像素中心间距、观测距离和观测角度，按照如下公式计算地面采样距离gsd：

3.根据权利要求1所述的基于ttp准则的影像质量解译尺度表征方法，其特征在于，按照如下公式计算目标背景对比度函数ctgt：

4.根据权利要求1所述的基于ttp准则的影像质量解译尺度表征方法，其特征在于，基于所述人眼对比度阈值函数ctfeye、预设校准参量以及系统调制传递函数和所述目标背景对比度函数ctgt，计算目标任务性能ttp准则的步骤，包括：

5.根据权利要求4所述的基于ttp准则的影像质量解译尺度表征方法，其特征在于，基于所述人眼对比度阈值函数ctfeye、预设校准参量以及系统调制传递函数，按照如下公式计算成像系统的对比度阈值函数ctfsys：

6.根据权利要求5所述的基于ttp准则的影像质量解译尺度表征方法，其特征在于，基于所述对比度阈值函数ctfsys和所述目标背景对比度函数ctgt，按照如下公式计算目标任务性能ttp准则：

7.根据权利要求1所述的基于ttp准则的影像质量解译尺度表征方法，其特征在于，根据所述地面采样距离gsd、目标场景的信噪比和所述ttp准则，计算遥感影像质量解译度的步骤之前，还包括：

8.根据权利要求1所述的基于ttp准则的影像质量解译尺度表征方法，其特征在于，所述遥感影像质量解译度为：

技术总结
本发明公开了一种基于TTP准则的影像质量解译尺度表征方法，包括：根据光学系统焦距、探测器像素中心间距、观测距离和观测角度，计算地面采样距离；计算目标背景对比度函数；获取人眼对比度阈值函数；基于人眼对比度阈值函数、预设校准参量以及系统调制传递函数和目标背景对比度函数，计算目标任务性能TTP准则；根据地面采样距离、目标场景的信噪比和TTP准则，计算遥感影像质量解译度。本发明将人眼视觉特性引入到影像质量解译尺度表征中，通过TTP准则将遥感影像质量主观评价与客观评价高效的结合在一起，构建了更加可靠、真实的遥感影像质量解译尺度表征模型。此外，本发明能够捕捉到大气衰减和图像显示引起的图像退化，提高了计算准确度。

技术研发人员：刘鑫,王晓蕊,李玥,陈言,袁影,郭金坤,凌进中
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15