一种对地建筑群遥感图像频谱特性约束的去噪方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于数字图像处理技术与航天科技的交叉领域，更具体地，涉及一种对地 建筑群遥感图像频谱特性约束的去噪方法，用于高速飞行器遥感、探测、导航和制导时的图 像预处理过程。
【背景技术】
[0002] 高速飞行器遥感、探测、导航和制导是二十一世纪航空航天事业发展的一个重要 领域，在未来的高科技和国民经济发展中具有重要的科学意义和应用价值。但是由于高速 飞行器成像系统的高帧频特性，成像积分时间短，从而导致传感器噪声强；以高速飞行器为 平台的遥感、探测、导航和制导受到了传感器噪声的严重干扰。
[0003] 对于一般情况下的弱噪声，传统的滤波去噪方法可以较好地实现图像去噪。但是 在动平台条件下，成像积分时间短，导致传感器噪声很强，传统的滤波去噪方法常常无能为 力。
[0004] 传统的频域滤波方法（如高斯低通滤波器、小波去噪等）都没有考虑目标的频谱 特性，仅是通过盲目地滤掉图像的高频成分、保留图像的低频成分来实现图像去噪。但是图 像中的目标及某些部分有一定的方向性，其在一个方向上是低频成分，在另外一个方向上 却表现为高频或中频成分。传统的频域滤波方法盲目地滤掉图像的高频成分，其针对强噪 声的去噪效果不好；在滤除噪声的同时丢失图像的细节信息，使图像更加模糊，增加后续处 理难度。一些流行的空域去噪方法（如非局部均值去噪、奇异值分解去噪）在图像信噪比 较高的条件下去噪效果良好，而对于信噪比较低的强噪声图像，去噪效果明显下降，同时空 域平滑引起图像模糊，丢失了大量图像的边缘细节信息，更重要的是，这类方法计算非常耗 时，实时性不高，无法满足动平台条件下成像系统的高帧频特性。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种对地建筑群遥感图像频 谱特性约束的去噪方法和系统，用于对高速飞行器遥感、探测、导航和制导时获取的地面建 筑群目标实时图像进行去噪，其目的在于，解决现有去噪方法针对强噪声去噪效果差、丢失 图像细节信息造成图像模糊从而增加后续处理难度的技术问题。
[0006] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种对地建筑群遥感图像频谱 特性约束的去噪方法，包括以下步骤：
[0007] (1)从地面建筑群遥感图像库中获取地面建筑群目标参考图像，对该参考图像进 行傅里叶变换得到幅频谱，对其幅频谱结果进行阈值分割、腐蚀、和膨胀操作，以获取地面 建筑群目标频谱二值模板；
[0008] (2)高速飞行器飞行获取地面建筑群目标实时图像，对该实时图像进行傅里叶变 换得到频谱，利用获取的地面建筑群目标频谱二值模板对实时图像的频谱进行频域滤波处 理，再进行傅里叶逆变换以生成滤波后的地面建筑群目标实时图像。
[0009] 优选地，步骤（1)包括以下子步骤：
[0010] (1.1)从地面建筑群遥感图像库中获取地面建筑群目标参考图像P，对参考图像P 进行二维快速傅里叶变换并中心化，得到参考图像P的中心化频谱P;
[0011](1. 2)根据参考图像P的中心化频谱P计算其幅频谱户，即中心化频谱P的模， 户=|尸|;
[0012] (1.3)统计幅频谱P的直方图分布Histp(x)，并对直方图分布Histp(x)进行归一 , /Ustjx) 化，以得到归一化直方图{x) =J\msti：(x)；其中横坐标x为幅频谱戶的幅度值； X
[0013] (1.4)根据归一化直方图Hist/ (x)计算分割阈值T，使其满足条件： &〃叫? = 其中Y是目标频谱模板保留量；
[0014] (1. 5)根据分割阈值T对幅频谱戶进行阈值分割，以得到二值分割结果叭；
[0015](1. 6)对二值分割结果进行腐蚀操作，再进行膨胀操作，以得到处理后的地 面建筑群目标频谱二值模板BW。
[0016] 优选地，步骤（1. 2)具体为，对于中心化频谱P中的每一点P(u,v), (u,v)是点坐 标，满足条件1彡u彡256, 1彡v彡256 ;P(u,v)有如下复数形式P(u,v) =a+bi，a,b为常 数；计算幅频谱.户上每一点厂(W =p(i/, =」(a2 +b2)，得到幅频谱P;
[0017] 优选地，步骤（1. 5)具体为，对于幅频谱户中每一点/^,v)，如果则二 值分割结果BW。中对应的点BWQ(u，v) = 1 ;否则BWQ(u，v) = 0。
[0018] 优选地，步骤（2)包括以下子步骤：
[0019] (2. 1)高速飞行器飞行获取地面建筑群目标实时图像f，对其进行二维快速傅里 叶变换并中心化，以得到实时图像f的中心化频谱F;
[0020] (2. 2)根据步骤（1. 6)中生成的地面建筑群目标频谱二值模板BW构造相应的滤波 器函数H;
[0021] (2. 3)将中心化频谱F与滤波器函数H的对应元素进行点乘，以得到滤波后的实时 图像频谱G，即G=F. *H，从而实现对实时图像f的频域滤波；
[0022] (2. 4)将滤波后的实时图像频谱G进行二维快速傅里叶逆变换（IFFT)，并对变换 结果取模，以得到去噪后的实时图像g;
[0023] 优选地，步骤（2. 2)具体为，首先构造滤波器函数H:
[0024]
【主权项】
1. 一种对地建筑群遥感图像频谱特性约束的去噪方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 从地面建筑群遥感图像库中获取地面建筑群目标参考图像，对该参考图像进行傅 里叶变换得到幅频谱，对其幅频谱结果进行阈值分割、腐蚀、和膨胀操作，以获取地面建筑 群目标频谱二值模板； (2) 高速飞行器飞行获取地面建筑群目标实时图像，对该实时图像进行傅里叶变换得 到频谱，利用获取的地面建筑群目标频谱二值模板对实时图像的频谱进行频域滤波处理， 再进行傅里叶逆变换以生成滤波后的地面建筑群目标实时图像。
2. 根据权利要求1所述的去噪方法，其特征在于，步骤（1)包括以下子步骤： (1. 1)从地面建筑群遥感图像库中获取地面建筑群目标参考图像P，对参考图像P进行 二维快速傅里叶变换并中心化，得到参考图像P的中心化频谱P; (1. 2)根据参考图像p的中心化频谱P计算其幅频谱户，即中心化频谱P的模，P= |P|; (1. 3)统计幅频谱P的直方图分布Histp (x)，并对直方图分布Histp (x)进行归一化，以 得到归一化直方图
：其中横坐标x为幅频谱户的幅度值； (1. 4)根据归一化直方图Hist/ (x)计算分割阈值T，使其满足条件：
，其中Y是目标频谱模板保留量； (1.5)根据分害綱值T对幅频谱P进行阈值分害I]，以得至IJ二值分害I]结果BWq; (1. 6)对二值分割结果进行腐蚀操作，再进行膨胀操作，以得到处理后的地面建 筑群目标频谱二值模板BW。
3. 根据权利要求2所述的去噪方法，其特征在于，步骤（1.2)具体为，对于中心化频谱 P中的每一点P(U,V)，（u,V)是点坐标，满足条件1彡11彡256,Kv；^256 ;P(u,V)有如下复 数形式P(u,v) =a+bi,a,b为常数；计算幅频谱户上每一点
得到幅频谱F。
4. 根据权矛'要求3所述的去噪方法，其特征在于，步骤（1.5)具体为，对于幅频谱P
中每一点Akv)，如果作/.1〇2_「，则二值分割结果BW。中对应的点BWQ(u,v) = 1 ;否则 Bff〇 (u,v) = 0 〇
5. 根据权利要求4所述的去噪方法，其特征在于，步骤（2)包括以下子步骤： (2. 1)高速飞行器飞行获取地面建筑群目标实时图像f，对其进行二维快速傅里叶变 换并中心化，以得到实时图像f的中心化频谱F; (2. 2)根据步骤（1. 6)中生成的地面建筑群目标频谱二值模板BW构造相应的滤波器函 数H; (2. 3)将中心化频谱F与滤波器函数H的对应元素进行点乘，以得到滤波后的实时图像 频谱G，即G=F. *H，从而实现对实时图像f的频域滤波； (2.4)将滤波后的实时图像频谱G进行二维快速傅里叶逆变换（IFFT)，并对变换结果 取模，以得到去噪后的实时图像g。
6. 根据权利要求5所述的去噪方法，其特征在于，步骤（2.2)具体为，首先构造滤波器 函数H:
其中BW(u，v)是BW上任意一点；H(y)是滤波器函数H上任意一点，<y) 表示该点坐标，且（U'，V') = (u,V), 1彡u'彡256, 1彡V'彡256 ;其中A%为滤波 频谱保留比例。
7. 根据权利要求6所述的去噪方法，其特征在于，具体（2.4)具体为，对于中心化频谱 F上任意一点F(u'，v')及滤波器函数H上对应的点H(u'，v')，计算滤波后的实时图 像频谱G上对应的点G(u'，v' )=F(u'，v' )*H(y，v')，得到滤波后的实时图像 频谱G。
8. -种对地建筑群遥感图像频谱特性约束的去噪方法，其特征在于，包括： 第一模块，用于从地面建筑群遥感图像库中获取地面建筑群目标参考图像，对该参考 图像进行傅里叶变换得到幅频谱，对其幅频谱结果进行阈值分割、腐蚀、和膨胀操作，以获 取地面建筑群目标频谱二值模板； 第二模块，用于高速飞行器飞行获取地面建筑群目标实时图像，对该实时图像进行傅 里叶变换得到频谱，利用获取的地面建筑群目标频谱二值模板对实时图像的频谱进行频域 滤波处理，再进行傅里叶逆变换以生成滤波后的地面建筑群目标实时图像。
【专利摘要】本发明公开了一种对地建筑群遥感图像频谱特性约束的去噪方法，其特征在于，包括：从地面建筑群遥感图像库中获取地面建筑群目标参考图像，对该参考图像进行傅里叶变换得到幅频谱，对其幅频谱结果进行阈值分割、腐蚀、和膨胀操作，以获取地面建筑群目标频谱二值模板，高速飞行器飞行获取地面建筑群目标实时图像，对该实时图像进行傅里叶变换得到频谱，利用获取的地面建筑群目标频谱二值模板对实时图像的频谱进行频域滤波处理，再进行傅里叶逆变换以生成滤波后的地面建筑群目标实时图像。本发明能够解决现有去噪方法针对强噪声去噪效果差、丢失图像细节信息造成图像模糊从而增加后续处理难度的技术问题。
【IPC分类】G06T5-10
【公开号】CN104574324
【申请号】CN201410844639
【发明人】张天序, 王正, 何力, 刘立, 候旋, 章川, 凡速飞, 陈一梦
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月30日