探测器长曝光图像的噪声抑制方法

本发明涉及图像处理，尤其涉及一种探测器长曝光图像的噪声抑制方法。

背景技术：

1、随着航天技术的不断发展，空间信息在政治、军事、经济等领域的战略地位日益提高。目前，获取空间信息的主要方式为：利用空间相机对空间目标进行监视，获得对航天系统构成威胁的航天器的重要参数，包括航天器的任务、尺寸、形状、轨道参数等，为了探测更多微弱的空间信息，通常会提高探测器的曝光时间，以累积更多微弱的空间目标的光能量。然而，当曝光时间提高到秒级以上时，探测器的暗电流噪声和非均匀背景噪声将会严重影响图像质量。

2、现有的非均匀背景噪声的抑制方法主要分为两类：基于标定的方法和基于场景的方法。基于标定的方法具有计算简单、修正精度高的特点，但是随着探测器的工作时间不断增加，探测器的温漂和时漂以及复杂的空间目标背景将使得修正参数不再适用。基于场景的方法为基于目标和背景之间的差异来估计噪声，而不考虑时间相关性。主要有两种处理方法，频域滤波和空间域滤波。然而，频域滤波虽然可以消除噪声，但是同样会使得目标产生一定的失真，对于星图背景的图像而言，经过频域滤波的图像的目标边缘易出现振荡。空域滤波是一种邻域处理方法，通过直接在图像空间中对邻域内像素进行处理，达到平滑或锐化图像的作用，但这两种方法对复杂背景噪声的处理比较敏感，去噪效果并不理想。

技术实现思路

1、本发明为解决现有的长曝光图像的噪声抑制方法对复杂背景噪声的处理比较敏感，去噪效果不理想的问题，提供一种探测器长曝光图像的噪声抑制方法，能够准确估计并替换受暗电流噪声影响的像素，且采用全变分法对非均匀背景噪声进行抑制，去噪效果较好。

2、本发明提供的探测器长曝光图像的噪声抑制方法，用于抑制探测器长曝光图像的暗电流噪声和非均匀背景噪声，具体包括如下步骤：

3、s1、滤除暗电流噪声：通过改进的最大值滤波算法滤除原始图像中受暗电流噪声污染的像素点，获得预处理图像；

4、步骤s1具体包括如下步骤：

5、s11、通过下式计算原始图像的所有像素点处的8邻域像素的灰度均值：

6、

7、其中，m(x,y)为(x,y)像素点处的8邻域像素的灰度均值，hi为(x,y)像素点处的8邻域像素灰度值，m为原始图像的第m行像素，n为原始图像的第n列像素；

8、s12、结合式(1)并通过下式逐个计算原始图像的所有像素点的局部对比度：

9、

10、其中，c(x,y)为(x,y)像素点的局部对比度，i(x,y)为(x,y)像素点的灰度值；

11、s13、采用改进的基于8邻域的自适应方法，获得所有像素点各自对应的阈值：

12、

13、

14、thc(x,y)＝μc(x,y)+ασc(x,y)x∈[1,m],y∈[1,n]  (5)；

15、其中，μc(x,y)为(x,y)像素点处的8邻域像素的局部对比度的均值，σc(x,y)为(x,y)像素点处的8邻域像素的局部对比度的标准差，α为系数，α＝1.5，n＝8；

16、s14、将单像素点的局部对比度大于单像素点的阈值的单像素点作为受暗电流噪声污染的像素点，通过改进的最大值滤波算法滤除所有的受暗电流噪声污染的像素点，获得预处理图像slcm(x,y)：

17、

18、其中，w为3×3最大值滤波模板；

19、s2、抑制非均匀背景噪声：利用全变分算法滤除预处理图像的非均匀背景噪声。

20、优选地，步骤s2具体包括如下步骤：

21、s21、通过全变分法建立约束方程e[f(x,y)]：

22、

23、

24、其中，f(x,y)为无污染图像在(x,y)像素点的灰度值，为污染图像在(x,y)像素点的灰度值，为全变分项，为正则项，λ为正则系数，为(x,y)像素点与邻域像素点的绝对差值；

25、s22、采用梯度投影算法对约束方程进行求解，平滑预处理图像的背景。

26、优选地，步骤s22具体包括如下步骤：

27、s221、将式(7)的积分项中的多项式定义为泛函f：

28、

29、s222、利用欧拉-拉格朗日方程对式(9)进行推导可得：

30、

31、其中，fn+1为预处理图像的第n+1次图像灰度值，fn为预处理图像的第n次图像灰度值，为预处理图像，δt为时间辅助参数，δt＝1，λ取0.03；

32、s223、将式(10)迭代100次获得迭代结果，迭代结果即为约束方程的计算结果。

33、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

34、本发明通过改进的最大值滤波算法可以准确估计并替换受暗电流噪声影响的像素，与此同时，本发明采用全变分法抑制图像残留的热噪声、探测器读出噪声等非均匀背景噪声，平滑图像背景，去噪效果较好。

技术特征：

1.一种探测器长曝光图像的噪声抑制方法，用于抑制探测器长曝光图像的暗电流噪声和非均匀背景噪声，其特征在于，具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的探测器长曝光图像的噪声抑制方法，其特征在于，所述步骤s2具体包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的探测器长曝光图像的噪声抑制方法，其特征在于，所述步骤s22具体包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种探测器长曝光图像的噪声抑制方法，用于抑制探测器长曝光图像的暗电流噪声和非均匀背景噪声，具体包括如下步骤：S1、滤除暗电流噪声：通过改进的最大值滤波算法滤除原始图像中受暗电流噪声污染的像素点，获得预处理图像；S2、抑制非均匀背景噪声：利用全变分算法滤除预处理图像的非均匀背景噪声。本发明能够准确估计并替换受暗电流噪声影响的像素，且采用全变分法对非均匀背景噪声进行抑制，去噪效果较好。

技术研发人员：周鹏骥,吴迪,王晓东,颜昌翔
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22