基于特性参数相关性的卫星图像自动判读系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星光学载荷测试领域，具体涉及一种基于特性参数相关性的卫星图 像自动判读系统和应用该判读系统的判读方法。
【背景技术】
[0002] 对于高分辨率遥感卫星来说，系统成像质量是其最核心的指标。整星系统级验证 过程中，通过对图像测试数据的判读来确定系统成像指标是否达到设计预期。因此，图像测 试数据判读是高分辨率遥感卫星研制过程的关键活动之一。
[0003] 随着技术的发展，遥感卫星分辨率越来越高，从而导致图像测试数据并行路数越 来越多，数据速率越来越高，数据量越来越大。目前，典型的遥感卫星图像数据可达8~10 路，每路10分钟成像数据量可达数十GB。另外，由于遥感卫星任务及其星上载荷设计差异， 不同遥感卫星图像数据格式存在一定的差异性。因此，高分辨率遥感卫星图像测试数据判 读需解决高速率、大数据量、多样化格式数据的实时判读问题。
[0004] 目前，遥感卫星图像测试数据自动判读法主要针对特定卫星进行专项开发，不具 备通用性，且受限于判读速度，自动判读多为离线判读，不具有实时性，图像测试数据判读 效率低。以某遥感卫星为例，其采用模板比对法进行图像自动判读，即设置一幅固定模板 图像与接收图像进行逐幅面像元灰度值比对判读，该判读方法存在两个缺陷：第一，遥感卫 星图像数据量大，逐幅面逐像元比对效率低，一般星上下传10分钟图像数据需两个小时才 能完全判读完毕；第二，图像测试数据判读过于依赖模板，当待判读图像数据特性发生变化 时，如相机定标测试、调制传递函数测试时，需更换模板图像。
[0005] 因此，研宄一种通用化的、采用图像测试数据自身特征进行实时自动、全幅面覆盖 判读的高速海量图像数据判读系统，提高遥感卫星图像测试数据整星级的测试判读效率和 判读质量，是非常必要的。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明提供了一种基于特性参数相关性的卫星图像自动判读系统和方 法，通过高速海量图像数据特性参数相关性比对判读方法，实现了遥感卫星图像数据实时 的、自动的、全幅面覆盖判读，同时能够解决多样化格式数据的实时判读问题。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
[0008] 该基于特性参数相关性的卫星图像自动判读系统，包括格式化处理单元、完整性 检测单元、特性参数计算单元、特性参数相关性对比单元、异常诊断单元、判读结果显示单 元、阈值计算单元、特性参数算法库和阈值算法库；
[0009] 该系统实现由两个通用服务器实现，第一通用服务器采用软件实现所述格式化处 理单元和完整性检测单元，第二通用服务器采用软件实现判读结果显示单元，其他组成单 元均在第一通用服务器中采用FPGA硬件实现；
[0010] 所述格式化处理单元，用于将来自前级设备的待判读的图像数据包解包后进行统 一的格式化处理，即打包为通用格式的数据帧，每一帧包含图像数据中的一行，将数据帧发 送给完整性检测单元和判读结果显示单元；每一帧数据依次包含如下字段：帧头、图像数 据载荷标识、图像幅号、图像行计数、图像量化位数、图像幅宽、图像幅高、辅助数据长度、图 像数据长度、辅助数据本身和图像数据本身；所述第一通用服务器中各单元之间交互图像 数据时均采用所述通用格式的数据帧；
[0011] 所述完整性检测单元，用于解析通用格式的数据帧，识别图像数据的完整性，即检 测图像数据的行连续性和幅连续性；当检测出图像幅号或图像行计数不连续时，将完整性 检测结果上报至判读结果显示单元，同时出现异常的整幅图像不参与后续单元的处理；对 于通过完整性检测的图像数据，将对应的数据帧发送给特性参数计算单元和阈值计算单 元，同时将完整性检测结果上报至判读结果显示单元；
[0012] 所述特性参数计算单元，用于接收并暂存当前幅图像的数据帧；解析数据帧，利用 特性参数算法库中存储的算法，计算当前幅图像数据的直方图，将当前幅图像的数据帧和 计算得到的直方图传递给特性参数相关性对比单元；在接收到当前幅图像正常的指示后， 将暂存的当前幅图像的数据帧删除；在接收到当前幅图像异常的指示后，利用暂存的当前 幅图像的数据帧，对异常图像幅面进行各图像像元C的相邻域灰度均值Lp(C)的遍历运算， 将计算结果发送给特性参数相关性对比单元，然后将暂存的当前幅图像的数据帧删除；
[0013] 所述特性参数相关性对比单元，用于接收并存储当前幅图像的数据帧和直方图； 计算当前幅图像数据与前一幅图像数据的直方图相似度，将计算得到的直方图相似度传递 给异常诊断单元；在接收到当前幅图像正常的指示后，将暂存的当前幅图像数据删除；在 接收到当前幅图像异常的指示后，利用存储的当前幅图像的数据帧，对异常图像幅面进行 各图像像元C的灰度值与其相邻域灰度均值Lp(C)的差值err(C)的遍历计算，将计算结果 发送给异常诊断单元，然后将存储的当前幅图像的数据帧删除；
[0014] 所述阈值计算单元，用于接收并暂存当前幅图像的数据帧，利用当前幅图像的数 据帧和阈值算法库中存储的算法，计算用于直方图相似度比对的判读阈值T1，将计算得到 的判读阈值1\传递给异常诊断单元；在接收到当前幅图像正常的指示后，将暂存的当前幅 图像的数据帧删除；在接收到当前幅图像异常的指示后，计算用于图像像元相邻域值比对 的判读阈值T2，并传递给异常诊断单元，然后将暂存的当前幅图像的数据帧删除；
[0015] 所述异常诊断单元，用于将特性参数相关性对比单元计算的直方图相似度与所述 判读阈值1\进行比较，当直方图相似度与判读阈值!\的差值在设定的允许范围AEl以内， 则给出当前幅图像数据正常的指示至特性参数计算单元、特性参数相关性对比单元和阈值 计算单元；进行下一幅图像数据的判读，并输出图像判读结果至判读结果显示单元；
[0016] 当直方图相似度与判读阈值T1的差值不在设定的允许范围AEl以内，则异常诊 断单元给出当前幅图像数据异常的指示至特性参数计算单元、特性参数相关性对比单元和 阈值计算单元，将特性参数相关性对比单元反馈的异常图像幅面内每个像元的差值err(c) 与判读阈值1~2进行比较，当差值err(c)与判读阈值T2的差值在设定的允许范围AE2以 内，则判定图像像元c正常，反之则图像像元c异常，将异常像元的位置输出给判读结果显 示单元；
[0017] 判读结果显示单元，用于将图像数据、完整性检测结果和图像判读结果进行界面 显示；对于图像数据，根据所接收的数据帧将判读系统获取到的全部图像数据进行显示； 对于完整性检测结果和图像判读结果，异常信息包括完整性检测时的图像异常幅号、异常 行计数、以及图像本身内容异常时的异常像元位置。
[0018]优选地，所述特性参数相关性对比单元计算的直方图相似度采用两幅图像的直方 图的相关值Cov来表达：
【主权项】
1. 一种基于特性参数相关性的卫星图像自动判读系统，其特征在于，该系统包括格式 化处理单元、完整性检测单元、特性参数计算单元、特性参数相关性对比单元、异常诊断单 元、判读结果显示单元、阈值计算单元、特性参数算法库和阈值算法库； 该系统实现由两个通用服务器实现，第一通用服务器采用软件实现所述格式化处理单 元和完整性检测单元，第二通用服务器采用软件实现判读结果显示单元，其他组成单元均 在第一通用服务器中采用FPGA硬件实现； 所述格式化处理单元，用于将来自前级设备的待判读的图像数据包解包后进行统一的 格式化处理，即打包为通用格式的数据帧，每一帧包含图像数据中的一行，将数据帧发送给 完整性检测单元和判读结果显示单元；每一帧数据依次包含如下字段：帧头、图像数据载 荷标识、图像幅号、图像行计数、图像量化位数、图像幅宽、图像幅高、辅助数据长度、图像数 据长度、辅助数据本身和图像数据本身；所述第一通用服务器中各单元之间交互图像数据 时均采用所述通用格式的数据帧； 所述完整性检测单元，用于解析通用格式的数据帧，识别图像数据的完整性，即检测图 像数据的行连续性和幅连续性；当检测出图像幅号或图像行计数不连续时，将完整性检测 结果上报至判读结果显示单元，同时出现异常的整幅图像不参与后续单元的处理；对于通 过完整性检测的图像数据，将对应的数据帧发送给特性参数计算单元和阈值计算单元，同 时将完整性检测结果上报至判读结果显示单元； 所述特性参数计算单元，用于接收并暂存当前幅图像的数据帧；解析数据帧，利用特性 参数算法库中存储的算法，计算当前幅图像数据的直方图，将当前幅图像的数据帧和计算 得到的直方图传递给特性参数相关性对比单元；在接收到当前幅图像正常的指示后，将暂 存的当前幅图像的数据帧删除；在接收到当前幅图像异常的指示后，利用暂存的当前幅图 像的数据帧，对异常图像幅面进行各图像像元c的相邻域灰度均值L p(C)的遍历运算，将计 算结果发送给特性参数相关性对比单元，然后将暂存的当前幅图像的数据帧删除； 所述特性参数相关性对比单元，用于接收并存储当前幅图像的数据帧和直方图；计算 当前幅图像数据与前一幅图像数据的直方图相似度，将计算得到的直方图相似度传递给异 常诊断单元；在接收到当前幅图像正常的