基于改进直方图匹配的光学相对辐射定标方法与装置与流程

本发明涉及直方图匹配，尤其涉及基于改进直方图匹配的光学相对辐射定标方法与装置。

背景技术：

1、直方图匹配是可见光遥感图像辐射校正最经典方法之一。基础理论是利用两幅图像灰度重叠部分分布应相同。即设s、c两幅影像，s为标准影像，c为待校正影像。分别计算s和c影像每个重叠灰度值累计概率密度ps、pc，找到pc与ps对应关系，将对应关系形成查找表，根据该表将c影像各像元的灰度值重新映射，生成新的图像辐射质量均匀的影像cnew。

2、图像相对辐射校正消除了各个探元响应度的差异，对卫星遥感器测量的原始电磁信号进行数字(dn值)量化的处理过程。由于遥感器中各个探元特性之间存在一定差异,会导致遥感图像上出现一些明暗相间的条纹。辐射校正的目的就是使用相对辐射校正系数消除这些条纹，使这些条纹的影响降到最低或彻底去除。因此，这种校正又被称为去条纹校正或均匀化校正。

3、相对辐射校正的前提和基础是精确的定标校正系数(偏移值和响应系数)，定标法和统计法即为获取校正系数的两种主要方法。一般而言,定标法使用定标灯作为输入，定标灯包括若干不同辐亮度级的高度均匀的光源，或当光源辐亮度不能满足均匀条件时,其辐亮度的廓线可以精确测量。由于从定标灯数据提取校正系数精度最高，所以卫星发射前一般需要进行实验室和卫星总装后的定标。卫星经过一段时间的运行，卫星携带的传感器性能将发生一定的变化，当星载内定标系统失效或使用困难时，统计法将作为一种替代方法，通过分析和统计直接从图像中提取定标校正系数。统计法依赖图像的选取，具有一定的人为性，而且工作量大，获取的定标系数精度较低。从实现原理分类，统计法包括均匀景统计、直方图均衡、直方图匹配等方法。通过大量图像的统计建立直方图查找表也是一种常用的相对辐射定标方法。直方图匹配法基本解决ccd响应非线性的缺点，对选取的图像景物的位置分布要求较低，从而在内定标系统失效的情况下广为采用。

4、目前尤其是针对光遥感图像条纹问题，传统的累计概率密度直方图的方法，得到的遥感图像辐射质量明显不高。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明的目的在于提出一种基于改进直方图匹配的光学相对辐射定标方法，利用均值加分布因子可以将异常探元灰度值分布拉到均值附近，使所有探元灰度响应基本保持一致，生成的查找表校正图像效果更好，也更具有普适性，以适用于全色和多光谱遥感影像相对辐射校正。

3、本发明的另一个目的在于提出一种基于改进直方图匹配的光学相对辐射定标装置。

4、为达上述目的，本发明一方面提出了一种基于改进直方图匹配的光学相对辐射定标方法，包括：

5、利用探元对大量的原始图像进行统计处理得到每个探元的直方图；

6、基于所述每个探元的直方图得到得所有探元的综合直方图；其中，所述综合直方图包括期望直方图；

7、对所述每个探元的直方图和所述综合直方图进行匹配得到直方图匹配结果；

8、根据所述直方图匹配结果生成探元的直方图查找表，并利用所述直方图查找表对所述原始图像进行相对辐射校正。

9、根据本发明实施例的基于改进直方图匹配的光学相对辐射定标方法还可以具有以下附加技术特征：

10、进一步地，所述方法，还包括：

11、利用统计探元的灰度值个数的累计直方图得到待校直方图；

12、利用探元的分布均匀的灰度统计均值因子得到参考直方图；

13、利用所述待校直方图向所述参考直方图进行映射得到直方图查找表。

14、进一步地，所述根据所述直方图匹配结果生成探元的直方图查找表，包括：

15、计算每个探元直方图的概率密度和期望直方图的概率密度，第i个探元的直方图中像素dn值为k的概率密度函数pi(k)为:

16、

17、将所有探元的直方图相加并归一化得到期望直方图，概率密度函数p(l)为：

18、

19、其中，k,l＝0，1，2，…，l-1；i为探元序号，i＝1，2，…，i，i为探元总数；为第i个探元中的dn值为k的像素数目；ni为第i个探元的直方图总像素数；ml为期望直方图中dn值为l的像素数目；m为期望直方图总像素数。

20、计算每个探元直方图的累计概率密度和期望直方图的累计概率密度，第i个探元的直方图dn值为k对应的累计概率密度为：

21、

22、期望直方图dn值为l对应的累计概率密度vl为：

23、

24、基于第i个探元的任意为k的dn值，在期望直方图上找到一个l，使得如果则用l代替dn值k，如果则用l+1代替dn值k，以得到图像的直方图查找表tik：

25、

26、利用直方图查找表对原始图像进行相对辐射校正，即用直方图查找表中的dn值tik代替原始dn值k。

27、进一步地，所述利用统计探元的灰度值个数的累计直方图得到待校直方图，由下面公式计算得到：

28、

29、其中，x表示灰度值j的统计个数，i表示第i个探元，s表示前i个探元的灰度值(dn)为j的累积统计值。

30、进一步地，所述利用探元的分布均匀的灰度统计均值因子得到参考直方图，由下面公式计算得到：

31、

32、

33、

34、其中，x表示第i个探元dn值为j的统计个数；vi,j表示所有探元dn值为j的统计值的均值；εi,j是调节因子，是所有探元dn值为j的统计值的标准差乘上λ，λ是经验值；基于均值因子的参考累积直方图。

35、为达到上述目的，本发明另一方面提出了一种基于改进直方图匹配的光学相对辐射定标装置，包括：

36、第一直方图获取模块，用于利用探元对大量的原始图像进行统计处理得到每个探元的直方图；

37、第二直方图获取模块，用于基于所述每个探元的直方图得到得所有探元的综合直方图；其中，所述综合直方图包括期望直方图；

38、直方图匹配模块，用于对所述每个探元的直方图和所述综合直方图进行匹配得到直方图匹配结果；

39、辐射校正模块，用于根据所述直方图匹配结果生成探元的直方图查找表，并利用所述直方图查找表对所述原始图像进行相对辐射校正。

40、本发明实施例的基于改进直方图匹配的光学相对辐射定标方法和装置，可以提高校正的图像辐射质量，校正遥感图像辐射质量明显提高，并且适用于全色和多光谱遥感影像相对辐射校正。

41、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于改进直方图匹配的光学相对辐射定标方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述直方图匹配结果生成探元的直方图查找表，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述直方图匹配结果生成探元的直方图查找表，还包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用统计探元的灰度值个数的累计直方图得到待校直方图，由下面公式计算得到：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用探元的分布均匀的灰度统计均值因子得到参考直方图，由下面公式计算得到：

6.一种基于改进直方图匹配的光学相对辐射定标装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述辐射校正模块，还用于：

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述辐射校正模块，还用于：

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述辐射校正模块的利用统计灰度值个数的累计直方图得到待校直方图，由下面公式计算得到：

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述辐射校正模块的利用分布均匀的灰度统计均值因子得到参考直方图，由下面公式计算得到：

技术总结
本发明公开了基于改进直方图匹配的光学相对辐射定标方法与装置，该方法包括：利用探元对大量的原始图像进行统计处理得到每个探元的直方图；基于每个探元的直方图得到得所有探元的综合直方图；其中，综合直方图包括期望直方图；对每个探元的直方图和综合直方图进行匹配得到直方图匹配结果；根据直方图匹配结果生成探元的直方图查找表，利用直方图查找表对原始图像进行相对辐射校正。本发明可以校正遥感图像辐射质量明显提高，并且适用于全色和多光谱遥感影像相对辐射校正。

技术研发人员：曲小飞
受保护的技术使用者：北京市遥感信息研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14