序列遥感影像的色调一致性校正方法及系统技术方案

一种序列遥感影像的色调一致性校正方法及系统，包括将彩色的序列影像从RGB颜色空间转到Lαβ颜色空间，进行色调传递预处理，亮度通道的全局增益补偿；颜色通道的直方图映射，在颜色通道α和β分别独立地对影像灰度作调整；将所有影像从Lαβ颜色空间转至RGB颜色空间，输出并保存处理结果。本发明专利技术利用相邻影像间重叠区域的色调对应关系，能有效地抑制或消除影像间存在的亮度和颜色差异；能够很大程度减少由于通道间相关性带来的图像失真，采取搜索最大一致图像子集的方式自动选取参考颜色，避免了人工选取标准参考颜色的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于遥感影像处理
，特别是涉及序列遥感影像的色调一致性校正方法及系统。
技术介绍
遥感影像在地理制图、灾害监测、资源调查和城市规划等方面有着越来越广泛的应用。作为遥感影像快速拼接流程中的一环，相比其他模块而言，序列影像的匀光匀色处理方面的研究成果较少，且主要集中在对影像亮度方面的匀光处理，主要包括：MASK匀光算法、Wallis滤波匀光算法等。对于影像之间存在的色偏色差等颜色差异问题没有比较经典和主流的处理方法。对于大范围的测量区域，由于光照角度和云层遮挡等方面的影响，影像之间的亮度和颜色差异很难避免，这点对于多时相的遥感影像更是如此。序列遥感影像的匀光匀色处理涉及到几种关键技术：彩色影像亮度通道和颜色通道的分离技术，影像的色调传递技术，序列影像的最优一致颜色参照子集搜索技术；亮度和颜色通道的分离技术：目前描述色彩的颜色空间有很多，用于设备显示的就是经典的RGB空间。由于RBG三个通道之间存在着较大的相关性，这对分通道的影像处理算法带来不便，因此很多影像算法现将影像转到通道间相关性很低的空间，处理完成后再转回RGB空间。将彩色影像按亮度通道和颜色为通道分开的颜色空间主要有HSV空间和Lαβ空间。其中，Lαβ空间中各通道间的相关性最低，L通道表示亮度通道，α和β通道表示两个正交的颜色通道，是一个理想的影像处理的颜色空间。影像的色调传递技术：影像的色调传递技术是指将参考影像的色调特征传递给待处理的影像，使待处理影像在保持原有影像内容的前提下具有参考影像的色调。主要方法有两类：基于灰度统计参数(均值和方差)的变换和基于灰度直方图映射的变换。目前还没有公开的基于序列影像的一致颜色参考子集搜索理论。匀光匀色的最终目的是让拼接后的遥感影像呈现出统一的色调。当序列遥感影像中存在多种不一致的色调时，很难确定哪一种是最佳的标准色调。
技术实现思路
本专利技术针对序列遥感影像在拼接时可能出现的色调不一致问题，提出序列遥感影像的色
调一致性校正方法及系统。本专利技术提供一种序列遥感影像的色调一致性校正方法，包括以下步骤：步骤1，将彩色的序列影像从RGB颜色空间转到Lαβ颜色空间；步骤2，色调传递预处理，包括基于参考影像，利用带权的Wallis滤波公式对影像的所有像素在通道Lαβ分别进行色调传递；步骤3，亮度通道的全局增益补偿，包括执行以下子步骤在亮度通道L对影像灰度作调整，步骤3.1，统计所有相邻影像对在相互重叠的公共区域的灰度均值μ(Iij)，其中，Iij表示影像i中与影像j的重叠部分；步骤3.2，根据增益补偿的能量，优化每张影像的灰度增益系数ai,i∈[1,N]，其中N是影像数量；步骤3.3，根据步骤3.2所得最优的增益补偿系数，对每张影像的亮度通道做增益补偿如下， I ^ i ( p ) = a i I i ( p ) ]]>其中，Ii(p)和分别表示影像i上任一像素p在增益补偿前后的灰度值；步骤4，颜色通道的直方图映射，包括执行以下子步骤在颜色通道α和β分别独立地对影像灰度作调整，步骤4.1，构建无向带权图，包括将单张影像视为一个节点，将具有重叠区域的影像节点之间以边相连，边权设为该影像对在重叠区域的灰度差异值DH；步骤4.2，设定阈值TD，当DH(Ii,Ij)≤TD，则Ii和Ij影像节点之间的边为色调一致边，否则，为色调非一致边；步骤4.3，搜索最优的参考影像集合，包括在无向带权图中搜索具有色调一致边的最大连通子图，以该子图的影像节点集合作为颜色通道直方图映射的参考影像集合；步骤4.4，确定每张影像的直接参考影像，包括将无向带权图中的参考影像节点之间的权值设为0，任取其中一个节点作为根节点；利用最短路径算法确定每个影像节点到根节点的最短路径，得到二叉树，每个影像节点的父节点就是其进行灰度直方图映射的直接参考影像；步骤4.5，确定影像序列的灰度映射顺序，包括对步骤4.4中得到的二叉树，从根节点按广度优先或者深度优先的方式遍历二叉树，实际访问的影像节点顺序就是进行像对间灰度映射的
执行顺序；步骤4.6，根据搜索出的执行顺序，每张影像建立与其参考影像之间的直方图映射关系，并调整影像中各像素的灰度；步骤5，将所有影像从Lαβ颜色空间转至RGB颜色空间，输出并保存处理结果。而且，相邻影像对之间灰度差异值的计算过程如下，步骤4.1.1，针对影像对Ii和Ij，分别统计Ii和Ij在重叠区域的灰度累积概率分布图CDF，在主要区间等间隔地选取K个概率值pk,k∈[1,K]对应的影像灰度值作为样本点，记为和K为预设的取值；步骤4.1.2，以Ii的样本点和Ij的样本点为坐标轴建立平面直角坐标系ovivj，得到K个离散点，用二次B样条拟合出得到实曲线；步骤4.1.3，计算实线曲线段与基准线之间面积，记为As，则Ii和Ij的灰度差异值DH(Ii,Ij)＝As/(pK-p1)。本专利技术提供一种序列遥感影像的色调一致性校正系统，包括以下模块：第一模块，用于将彩色的序列影像从RGB颜色空间转到Lαβ颜色空间；第二模块，用于色调传递预处理，包括基于参考影像，利用带权的Wallis滤波公式对影像的所有像素在通道Lαβ分别进行色调传递；第三模块，用于亮度通道的全局增益补偿，包括设置以下单元在亮度通道L对影像灰度作调整，统计单元，用于统计所有相邻影像对在相互重叠的公共区域的灰度均值μ(Iij)，其中，Iij表示影像i中与影像j的重叠部分；优化单元，用于根据增益补偿的能量，优化每张影像的灰度增益系数ai,i∈[1,N]，其中N是影像数量；补偿单元，用于根据优化单元所得最优的增益补偿系数，对每张影像的亮度通道做增益补偿如下， I ^ i ( p ) = a i I i ( p ) ]]>其中，Ii(p)和分别表示影像i上任一像素p在增益补偿前后的灰度值；第四模块，用于颜色通道的直方图映射，包括设置以下单元在颜色通道α和β分别独立地对影像灰度作调整，初始单元，用于构建无向带权图，包括将单张影像视为一个节点，将具有重叠区域的影像节点之间以边相连，边权设为该影像对在重叠区域的灰度差异值DH；判断单元，用于设定阈值TD，当DH(Ii,Ij)≤TD，则Ii和Ij影像节点之间的边为色调一致边，否则，为色调非一致边；搜索单元，用于搜索最优的参考影像集合，包括在无向带权图中搜索具有色调一致边的最大连通子图，以该子图的影像节点集合作为颜色通道直方图映射的参考影像集合；参考单元，用于确定每张影像的直接参考影像，包括将无向带权图中的参考影像节点之间的权值设为0，任取其中一个节点作为根节点；利用最短路径算法确定每个影像节点到根节点的最短路径，得到二叉树，每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种序列遥感影像的色调一致性校正方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将彩色的序列影像从RGB颜色空间转到Lαβ颜色空间；步骤2，色调传递预处理，包括基于参考影像，利用带权的Wallis滤波公式对影像的所有像素在通道Lαβ分别进行色调传递；步骤3，亮度通道的全局增益补偿，包括执行以下子步骤在亮度通道L对影像灰度作调整，步骤3.1，统计所有相邻影像对在相互重叠的公共区域的灰度均值μ(Iij)，其中，Iij表示影像i中与影像j的重叠部分；步骤3.2，根据增益补偿的能量，优化每张影像的灰度增益系数ai,i∈[1,N]，其中N是影像数量；步骤3.3，根据步骤3.2所得最优的增益补偿系数，对每张影像的亮度通道做增益补偿如下，I^i(p)=aiIi(p)]]>其中，Ii(p)和分别表示影像i上任一像素p在增益补偿前后的灰度值；步骤4，颜色通道的直方图映射，包括执行以下子步骤在颜色通道α和β分别独立地对影像灰度作调整，步骤4.1，构建无向带权图，包括将单张影像视为一个节点，将具有重叠区域的影像节点之间以边相连，边权设为该影像对在重叠区域的灰度差异值DH；步骤4.2，设定阈值TD，当DH(Ii,Ij)≤TD，则Ii和Ij影像节点之间的边为色调一致边，否则，为色调非一致边；步骤4.3，搜索最优的参考影像集合，包括在无向带权图中搜索具有色调一致边的最大连通子图，以该子图的影像节点集合作为颜色通道直方图映射的参考影像集合；步骤4.4，确定每张影像的直接参考影像，包括将无向带权图中的参考影像节点之间的权值设为0，任取其中一个节点作为根节点；利用最短路径算法确定每个影像节点到根节点的最短路径，每个影像节点的父节点就是其进行灰度直方图映射的直接参考影像；步骤4.5，确定影像序列的灰度映射顺序，包括对步骤4.4中得到的二叉树，从根节点按广度优先或者深度优先的方式遍历二叉树，实际访问的影像节点顺序就是进行像对间灰度映射的执行顺序；步骤4.6，根据搜索出的执行顺序，每张影像建立与其参考影像之间的直方图映射关系，并调整影像中各像素的灰度；步骤5，将所有影像从Lαβ颜色空间转至RGB颜色空间，输出并保存处理结果。...

【技术特征摘要】
1.一种序列遥感影像的色调一致性校正方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，将彩色的序列影像从RGB颜色空间转到Lαβ颜色空间；步骤2，色调传递预处理，包括基于参考影像，利用带权的Wallis滤波公式对影像的所有像素在通道Lαβ分别进行色调传递；步骤3，亮度通道的全局增益补偿，包括执行以下子步骤在亮度通道L对影像灰度作调整，步骤3.1，统计所有相邻影像对在相互重叠的公共区域的灰度均值μ(Iij)，其中，Iij表示影像i中与影像j的重叠部分；步骤3.2，根据增益补偿的能量，优化每张影像的灰度增益系数ai,i∈[1,N]，其中N是影像数量；步骤3.3，根据步骤3.2所得最优的增益补偿系数，对每张影像的亮度通道做增益补偿如下， I ^ i ( p ) = a i I i ( p ) ]]>其中，Ii(p)和分别表示影像i上任一像素p在增益补偿前后的灰度值；步骤4，颜色通道的直方图映射，包括执行以下子步骤在颜色通道α和β分别独立地对影像灰度作调整，步骤4.1，构建无向带权图，包括将单张影像视为一个节点，将具有重叠区域的影像节点之间以边相连，边权设为该影像对在重叠区域的灰度差异值DH；步骤4.2，设定阈值TD，当DH(Ii,Ij)≤TD，则Ii和Ij影像节点之间的边为色调一致边，否则，为色调非一致边；步骤4.3，搜索最优的参考影像集合，包括在无向带权图中搜索具有色调一致边的最大连通子图，以该子图的影像节点集合作为颜色通道直方图映射的参考影像集合；步骤4.4，确定每张影像的直接参考影像，包括将无向带权图中的参考影像节点之间的权值设为0，任取其中一个节点作为根节点；利用最短路径算法确定每个影像节点到根节点的最短路径，每个影像节点的父节点就是其进行灰度直方图映射的直接参考影像；步骤4.5，确定影像序列的灰度映射顺序，包括对步骤4.4中得到的二叉树，从根节点按广度
\t优先或者深度优先的方式遍历二叉树，实际访问的影像节点顺序就是进行像对间灰度映射的执行顺序；步骤4.6，根据搜索出的执行顺序，每张影像建立与其参考影像之间的直方图映射关系，并调整影像中各像素的灰度；步骤5，将所有影像从Lαβ颜色空间转至RGB颜色空间，输出并保存处理结果。2.根据权利要求1所述序列遥感影像的色调一致性校正方法，其特征在于：相邻影像对之间灰度差异值的计算过程如下，步骤4.1.1，针对影像对Ii和Ij，分别统计Ii和Ij在重叠区域的灰度累积概率分布图CDF，在主要区间等间隔地选取K个概率值pk,k∈[1,K]对应的影像灰度值作为样本点，记为和K为预设的取值；步骤4.1.2，以Ii的样本点和Ij的样本点为坐标轴建立平面直角坐标系ovivj，得到K个离散点，用二次B样条拟合出得到实曲线；步骤4.1.3，计算实线曲线段与基准线之间面积，记为As，则Ii和Ij的灰度差异值DH(Ii,Ij)＝As/(pK-p1...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚剑，夏孟涵，李礼，刘亚辉，谢仁平，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42