一种用于航天光学遥感图像的量子优化方法技术

本发明专利技术提供了一种用于航天光学遥感图像的量子优化方法：(1)、卫星过境对地成像，获取观测目标的光学遥感图像，并进行归一化处理；(2)、将归一化的光学遥感图像转换到量子空间，分解到n个量子比特面上，得到光学遥感图像量子化信息在各量子比特面上的量子态向量；(3)、基于光学遥感成像系统模型，采用范数优化的方法，将光学遥感图像量子化信息在各量子比特面上的量子态向量进行滤波；(4)、将滤波后的光学遥感图像量子化信息在各量子比特面上的量子态向量，进行增强处理，得到增强化的在各量子比特面上的量子态向量；(5)、将增强化的在各量子比特面上的量子态向量重构转换为高清晰光学遥感图像。本发明专利技术能够有效提高评价指标。

【技术实现步骤摘要】
一种用于航天光学遥感图像的量子优化方法
本专利技术提供了一种光学遥感图像量子化滤波方法，属于光学遥感信息处理

技术介绍
目前光学遥感器在轨成像阶段，由于探测器尺寸受限，造成地面分辨率很低，且因空间环境变化等多种复杂因素造成探测元器件性能退化在焦面出现大量随机噪声，如光子噪声、热噪声等，导致所获取图像中出现斑点噪声和系统模糊；再加上探测器件本身固有特性，对信号连续的自然地物信号实施下采样而造成图像整体能量不足，成像质量严重退化。目前，卫星在轨阶段，由于其处理能力有限，难以有效提升成像质量，采用传统均值滤波去噪的同时丢失大量的有效信息，难以取得理想效果，噪声估计不够准确。因此，需要采用新手段进一步提升光学传感器成像质量。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种光学遥感图像量子化滤波方法，提升光学传感器成像质量。本专利技术的技术解决方案是：一种用于航天光学遥感图像的量子优化方法，该方法包括如下步骤：(1)、卫星过境对地成像，采用光学遥感成像系统，获取观测目标的光学遥感图像，并进行归一化处理；(2)、将归一化的光学遥感图像转换到量子空间，分解到n个量子比特面上，得到光学遥感图像量子化信息在各量子比特面上的量子态向量；(3)、基于光学遥感成像系统模型，采用范数优化的方法，将光学遥感图像量子化信息在各量子比特面上的量子态向量进行滤波；(4)、将滤波后的光学遥感图像量子化信息在各量子比特面上的量子态向量，进行增强处理，得到增强化的在各量子比特面上的量子态向量；(5)、将增强化的在各量子比特面上的量子态向量重构转换为高清晰光学遥感图像。所述光学遥感图像量子化信息在各量子比特面上的量子态向量表示如下：pk(u,v)|ψk(u,v)><ψk(u,v)|,k∈[1,n]式中，pk代表光学遥感图像对应的量子化信息在第k个量子比特面的概率幅，|ψk(μ,ν)>为光学遥感图像对应的量子化信息在第k个量子比特面中量子态向量的右矢，<ψk(μ,ν)|为光学遥感图像对应的量子化信息在第k个量子比特面中量子态向量的左矢，为|ψk(μ,ν)>的共轭转置，(μ,ν)代表量子态向量在量子比特面上的位置坐标。所述图像对应的量子化信息在第k个量子比特面中量子态向量的右矢|ψk(μ,ν)>表达式为：式中，|0>和|1>分别表示为图像量子比特中的两个基态，f为归一化后的光学遥感图像，f(m,n)∈[0,1]。当图像像素值按照指数分布概率分布的情况下，所述图像对应的量子化信息在第k个量子比特面中量子态向量的右矢|ψk(μ,ν)>表达式为：式中，θ和φ分别表示量子比特空间上对应向量与笛卡尔积坐标系z轴夹角；对应向量投影在笛卡尔积坐标系XOY面与X轴之间的夹角。所述步骤(2)采用“2+p”范数优化方法，将光学遥感图像量子化信息在各量子比特面上的量子态向量进行滤波。所述“2+p”范数优化方法为：寻求理想光学遥感图像I在第k个量子比特面量子态向量的右矢使之满足下式：从而将理想光学遥感图像I在第k个量子比特面量子态向量的右矢作为滤波后的光学遥感图像I在第k个量子比特面量子态向量的右矢，之后再计算的共轭转置，得到滤波后的光学遥感图像I在第k个量子比特面量子态向量的左矢；式中，为光学遥感成像系统点扩展函数对应的矩阵H在第k个量子比特面量子态向量的右矢；为步骤(1)获取到的归一化的光学遥感图像在第k个量子比特面上的量子态向量的右矢；表示光学遥感成像系统噪声N对应第k个量子比特面上的量子态向量的右矢；λk为每个比特面的调整系数，这里取0～1之间；表示求2范数最小化，||·||p表示p范数，0<p<1,ρk为调整因子，0<ρk<1，Dk为梯度值，且公式如下：式中，|Fk(μ,ν)>为光学遥感图像(μ,ν)处的像素点在第k个比特面上相应的量子比特值。所述步骤(4)采用双边滤波方法将图像进行增强。信息重构方法为：其中，为增强后的光学遥感图像对应的量子化信息在第k个量子比特面中量子态向量的右矢，为增强后的光学遥感图像对应的量子化信息在第k个量子比特面中量子态向量的左矢，为的共轭转置；f'(m,n)为转换后的光学遥感图像。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)、本专利技术从信息量子化角度考虑，考虑到叠加态的信息并进行量子比特面内范数优化，因而能够更有效的去除噪声，提升图像的有效信息量。(2)、本专利技术将图像信息转换到量子空间，利用“2+p范数”优化特性将噪声和信号在量子空间内分开，然后将信息从量子空间转换回图像信息，得到质量增强的图像，适于在星上无法处理或地面难以去噪的图像。(3)、本专利技术方法与传统处理方法相比具有更好的细节保真度，能得到更清晰的图像，提升像质。(4)、本专利技术方法通过量子空间滤波增强，能够有效提升空间相机在轨成像像质，加强对目标的感知能力。(5)、本专利技术可用于光学遥感图像，尤其适用于红外、太赫兹谱段弱目标、强背景噪声的去除。附图说明图1为本专利技术光学遥感图像量子化滤波方法流程图；图2为本专利技术实施例图像在Qbit各个面上的投影；其中：图2(a)～图2(h)分别为第1层～第8层分解图；图3本专利技术方法与传统方法处理结果比较；其中：图3(a)为本专利技术光学遥感器获取图像；图3(b)为采用均值滤波处理方法得到的光学遥感图像；图3(c)为采用本专利技术处理方法(量子滤波)得到的光学遥感图像。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术提出了一种基于量子化图像滤波方法，本专利技术从信息量子态角度出发，考虑到了叠加态信息，通过在量子空间滤波实现去噪，再采用增强滤波，最终提升系统获取的信息量。由于信息是通过量子比特的形式表达的，能够表示出信息基态之间的叠加态，这种存在于叠加态的噪声是传统图像处理方法无法处理的，同时采用量子空间内的“2+P范数”优化实现更好的去噪效果。由于该方法在量子空间实现信息优化，噪声分离效果更好。本专利技术方法总体流程如下：(1)、卫星过境对地成像，采用光学遥感成像系统，获取观测目标的光学遥感图像，并进行归一化处理；具体实现为：卫星过境对地成像，相机开机获取光学遥感卫星对应目标观测信息；结合光学遥感成像系统信息，对成像系统建模，得到光学遥感图像。(2)、将归一化的光学遥感图像转换到量子空间，分解到n个量子比特面上，得到光学遥感图像量子化信息在各量子比特面上的量子态向量；光学遥感图像的像数值经过归一化后，每个像素的灰度值在[0,1]区间。光学遥感成像系统可视为线性系统，表示如下：式中，(m,l)代表像素点在光学遥感图像中的位置坐标。0<m<M,0<l<L，为获取到图像数据的尺寸，s为PSF在一个方向的尺寸，I(m,l)为理想场景信息，Noise为噪声项，H代表光学遥感成像系统的点扩展函数(PSF)，可由测量得到。测量方法有两种，一种是实验室通过点源靶标，实现对系统点扩展函数(PSF)的精确测量。第二种是在卫星过境星下点铺设地面靶标，实现对卫星动态点扩展函数(PSF)的测量。总本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于航天光学遥感图像的量子优化方法，其特征在于包括如下步骤：(1)、卫星过境对地成像，采用光学遥感成像系统，获取观测目标的光学遥感图像，并进行归一化处理；(2)、将归一化的光学遥感图像转换到量子空间，分解到n个量子比特面上，得到光学遥感图像量子化信息在各量子比特面上的量子态向量；(3)、基于光学遥感成像系统模型，采用范数优化的方法，将光学遥感图像量子化信息在各量子比特面上的量子态向量进行滤波；(4)、将滤波后的光学遥感图像量子化信息在各量子比特面上的量子态向量，进行增强处理，得到增强化的在各量子比特面上的量子态向量；(5)、将增强化的在各量子比特面上的量子态向量重构转换为高清晰光学遥感图像。

【技术特征摘要】
1.一种用于航天光学遥感图像的量子优化方法，其特征在于包括如下步骤：(1)、卫星过境对地成像，采用光学遥感成像系统，获取观测目标的光学遥感图像，并进行归一化处理；(2)、将归一化的光学遥感图像转换到量子空间，分解到n个量子比特面上，得到光学遥感图像量子化信息在各量子比特面上的量子态向量；(3)、基于光学遥感成像系统模型，采用范数优化的方法，将光学遥感图像量子化信息在各量子比特面上的量子态向量进行滤波；(4)、将滤波后的光学遥感图像量子化信息在各量子比特面上的量子态向量，进行增强处理，得到增强化的在各量子比特面上的量子态向量；(5)、将增强化的在各量子比特面上的量子态向量重构转换为高清晰光学遥感图像。2.根据权利要求1所述的一种用于航天光学遥感图像的量子优化方法，其特征在于所述光学遥感图像量子化信息在各量子比特面上的量子态向量表示如下：pk(u,v)|ψk(u,v)><ψk(u,v)|,k∈[1,n]式中，pk代表光学遥感图像对应的量子化信息在第k个量子比特面的概率幅，|ψk(μ,ν)>为光学遥感图像对应的量子化信息在第k个量子比特面中量子态向量的右矢，<ψk(μ,ν)|为光学遥感图像对应的量子化信息在第k个量子比特面中量子态向量的左矢，为|ψk(μ,ν)>的共轭转置，(μ,ν)代表量子态向量在量子比特面上的位置坐标。3.根据权利要求2所述的一种用于航天光学遥感图像的量子优化方法，其特征在于所述图像对应的量子化信息在第k个量子比特面中量子态向量的右矢|ψk(μ,ν)>表达式为：式中，|0>和|1>分别表示为图像量子比特中的两个基态，f为归一化后的光学遥感图像，f(m,n)∈[0,1]。4.根据权利要求2所述的一种用于航天光学遥感图像的量子优化方法，其特征在于当图像像素值按照指数分布概率分布的情况下，所述图像对应的量子化信息在第k个量子比特面中量子态向量的右...

【专利技术属性】
技术研发人员：张智，林栩凌，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11