一种基于小波变换和Wallis变换的卫星图像色彩平衡方法技术

本发明专利技术为基于小波变换和Wallis变换的卫星图像色彩平衡方法，对原始卫星图像和参考图像进行4层小波分解，获得相应的高频信息和低频信息；通过统计原始卫星图像和参考图像的均值和标准偏差，将原始卫星图像与参考图像的进行色彩匹配，最后进行小波重构，获得均衡后的图像。本发明专利技术在进行图像内的色彩均衡处理时，可以提高图像的对比度，改善地物的“压平”现象；在进行图像间的色彩均衡处理时，可以在整个拼接范围内实现色彩平衡，使整个拼接范围内的图像有一致的色彩表现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及遥感信息
，尤其涉及一种基于小波变换和Wallis变换的卫星图像色彩平衡方法。
技术介绍
在光学卫星遥感图像获取过程中，由于外部环境的干扰，使得一幅图像内不同部分的色调、亮度和反差等存在不同程度差异，这种现象在光学卫星遥感图像上主要表现为色彩和亮度的不均匀分布。造成这种现象的原因是多方面的，比如大气衰减，云层、烟雾影响以及向阳、背阳等造成的亮度条件不同等。这种不均匀亮度现象的存在，直接影响了遥感图像和图像镶嵌的质量，使镶嵌结果呈现出明显的明暗不一，色彩分布不均。图像的色彩平衡处理主要指区域范围内每一图像内部及图与图之间的色彩一致性调整。卫星遥感图像在镶嵌图像生产的过程中，根据生产要求，利用一些图像处理工具软件可以保证图像内色调的连续性，但是，对于区域范围内多幅图像的总体色调，由于在生产过程中很难一致，仍然存在明显的色彩差异，这个问题对建立大范围无缝镶嵌图像来说显得尤为突出。因此，图像间的色彩平衡问题是建立大范围无缝镶嵌图像需要解决的关键问题之一。对于图像内的色彩平衡处理，比较有代表性的处理方法是用数学模型模拟图像亮度变化，然后再对图像不同部分进行不同程度的补偿，从而获得亮度、反差均匀的图像。商业遥感图像处理软件ERDASIMAGINE中的色彩平衡功能采用的就是这种方法，它提供了4种数学模型来模拟图像亮度的变化。但是由于造成图像亮度、反差分布不均匀的原因很多，而且是不规则的，因此图像中一些不规则的亮度变化和孤立的亮度变异经常导致模拟图像亮度变化的不准确，最终严重影响色彩平衡处理的效果。图像间的色彩平衡通常做法是基于相邻图像的重叠区，最为经典的是基于Wallis变换的色彩平衡处理方法。Wallis变换是一种比较特殊的滤波器，实际上，它是一种局部图像变换，该变换使图像在不同位置的灰度方差和均值具有近似相等的数值。目前已经广泛应用到图像处理领域，如图像匹配和图像融合等。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于小波变换和Wallis变换的卫星图像色彩平衡方法。本专利技术至少包括以下步骤：(1)对原始卫星图像和参考图像进行4层小波分解，获得相应的高频信息和低频信息；(2)对步骤(1)获取的低频信息进行规则分块，对每块区域统计相应的均值和标准偏差；(3)利用步骤(2)计算好的每块区域的均值和标准偏差，采用内插算法求取原始卫星图像中每一像素点对应的均值和标准偏差；(4)统计参考图像低频信息部分的均值和标准偏差；(5)将原始卫星图像的低频信息与参考图像的低频信息进行色彩匹配，获得匹配后的灰度值；(6)利用原始卫星图像中的高频信息和步骤(5)中得到的数据，进行小波重构，获得均衡后的图像。上述的一种基于小波变换和Wallis变换的卫星图像色彩平衡方法，其中，所述步骤(2)还包括：设一高亮阈值，高于该阈值的灰度值不列入局部区域均值和标准偏差的统计。上述的一种基于小波变换和Wallis变换的卫星图像色彩平衡方法，其中，所述步骤(2)中，在平衡图像间的色彩时，局部区域选自重叠区域。上述的一种基于小波变换和Wallis变换的卫星图像色彩平衡方法，其中，所述步骤(4)还包括：设置一与步骤(2)相同的高亮阈值，高于该阈值的灰度值不列入参考图像均值和标准偏差的统计。上述的一种基于小波变换和Wallis变换的卫星图像色彩平衡方法，其中，所述步骤(1)采用的公式为：其中，LL4为第四层低频系数，LHi,HLi,HHi分别代表小波分解每层的3个高频系数，即水平方向、垂直方向、对角方向的细节信息部分。上述的一种基于小波变换和Wallis变换的卫星图像色彩平衡方法，其中，所述步骤(5)采用的公式为：式中，g(x，y)和f(x，y)分别为原始图像和Wallis变换结果图像的灰度值；mg和sg分别为原始图像的局部灰度均值与标准偏差；mf和sf分别为参考图像局部灰度均值和标准偏差的目标值；c∈[0，1]，为图像方差的扩展常数；b∈[0，1]，为图像的亮度系数，m是原始图像的全局均值，α是亮度调节量。综上所述，由于采用了上述技术方法，在进行图像内的色彩均衡处理时，可以提高图像的对比度，改善地物的“压平”现象；在进行图像间的色彩均衡处理时，可以在整个拼接范围内实现色彩平衡，使整个拼接范围内的图像有一致的色彩表现。附图说明图1是本专利技术一种基于小波变换和Wallis变换的卫星图像色彩平衡方法的流程图；图2是本专利技术的小波分解示意图；图3为本专利技术图像内的色彩均衡示例图；图4为本专利技术图像间的色彩均衡示例图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细介绍。请参见图1，本专利技术的卫星图像色彩平衡方法基于小波变换和Wallis变换，具体方法为：(1)选择对比度高、色彩近真彩色的图像作为参考图像，对原始卫星图像和参考图像进行4层小波分解，获得相应的高频信息和低频信息，具体包括：基于小波多分辨分析的理论，利用小波变换进行对原始图像及参考图像进行二维小波分解：设任意L2(R2)空间二维信号尺度空间满足：则有分解方程：其中：j代表尺度，k、m代表两个方向的位移，i、l代表二维信号分解后两个方向的位移。令h0和h1分别为小波变换的低通滤波器和高通滤波器，二维影像多分辨率分析快速分解算法可表示为：其中：表示小波分解第j层上的低频系数，它体现的是影像的逼近部分，即影像的主要信息部分；分别表示小波分解第j层上的3个高频系数，它们分别体现影像的垂直方向、水平方向、对角方向的边缘纹理细节部分。小波分解示意图请参见图2，对图像进行4层小波分解，式(1)可表达为：其中，LL4为第四层低频系数，LHi,HLi,HHi分别代表小波分解每层的3个高频系数，即水平方向、垂直方向、对角方向的细节信息部分。除了低频信息为正值外，其他细节影像系数均在零值左右摆动。其中幅度较大的位置对应于影像的灰度突变处，即对应着地物纹理、线状地物和区域的边界等显著特征。利用式(3)得到原始卫星图像及参考图像的LL4和(2)对LL4进行规则分块,，并设一高亮阈值，统计每块局部区域的均值和标准偏差，高于该阈值的灰度值不列入局部区域均值和标准偏差的统计。在图像的色彩平衡时，为了提高图像间统计量的连续性，规则分块后的相邻区域之间有一定重叠。(3)利用计算好的每块图像的均值和标准偏差，采用内插算法求取原始卫星图像中每一像素点的均值和标准偏差。(4)设置一与步骤(2)相同的高亮阈值，统计参考图像的均值和标准偏差，高于该阈值的灰度值不列入参考图像均值和标准偏差的统计。(5)将原始卫星图像的低频信息与参考图像的低频信息进行色彩匹配，获得匹配后的灰度值，具体包括：本方法基于Wallis变换，Wallis变换可以表示为：式中，g(x，y)和f(x，y)分别为原始图像和Wallis变换结果图像的灰度值；mg和sg分别为原始图像的局部灰度均值与标准偏差；mf和sf分别为参考图像局部灰度均值和标准偏差的目标值；c∈[0，1]，为图像方差的扩展常数；b∈[0，1]，为图像的亮度系数。当b→1时，图像均值被强制到mf，当b→0时，图像均值被强制到mg。式(4)也可以表示为：式中，参数r1、r0分别为乘性系数和加性系数。在典型的Wallis变换中，c＝1，b＝1，此时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于小波变换和Wallis变换的卫星图像色彩平衡方法，其特征在于，至少包括以下步骤：(1)对原始卫星图像和参考图像进行4层小波分解，获得相应的高频信息和低频信息；(2)对步骤(1)获取的低频信息进行规则分块，对每块区域统计相应的均值和标准偏差；(3)利用步骤(2)计算好的每块区域的均值和标准偏差，采用内插算法求取原始卫星图像中每一像素点对应的均值和标准偏差；(4)统计参考图像低频信息部分的均值和标准偏差；(5)将原始卫星图像的低频信息与参考图像的低频信息进行色彩匹配，获得匹配后的灰度值；(6)利用原始卫星图像中的高频信息和步骤(5)中得到的数据，进行小波重构，获得均衡后的图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于小波变换和Wallis变换的卫星图像色彩平衡方法，其特征在于，至少包括以下步骤：(1)对原始卫星图像和参考图像进行4层小波分解，获得相应的高频信息和低频信息；(2)对步骤(1)获取的低频信息进行规则分块，对每块区域统计相应的均值和标准偏差；(3)利用步骤(2)计算好的每块区域的均值和标准偏差，采用内插算法求取原始卫星图像中每一像素点对应的均值和标准偏差；(4)统计参考图像低频信息部分的均值和标准偏差；(5)将原始卫星图像的低频信息与参考图像的低频信息进行色彩匹配，获得匹配后的灰度值；(6)利用原始卫星图像中的高频信息和步骤(5)中得到的数据，进行小波重构，获得均衡后的图像。2.根据权利要求1所述的一种基于小波变换和Wallis变换的卫星图像色彩平衡方法，其特征在于，所述步骤(2)还包括：设一高亮阈值，高于该阈值的灰度值不列入局部区域均值和标准偏差的统计。3.根据权利要求1所述的一种基于小波变换和Wallis变换的卫星图像色彩平衡方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在平衡图像间的色彩时，局部区域选自重叠区域。4.根据权利要求1所述的一种基于小波变换和Wallis变换的卫星图像色彩平衡方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙赜，
申请(专利权)人：上海沃韦信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31