一种可见光遥感图像合成方法技术

本发明专利技术公开了一种可见光遥感图像合成方法，合成的仿真数据可作为云检测、阴影检测和质量评价等遥感图像研究的验证数据。所述方法包括：通过纹理合成方法，利用不同海况最高分辨率图像切片形成大幅宽的背景数据；通过在海面背景数据上添加目标样本及对应的尾迹，获得带尾迹的舰船目标图像；通过添加不同形状和透明度的云模板，产生不同云量和云层厚度的效果；通过设置太阳光照角，改变图像的整体灰度分布，产生云的阴影；通过添加模糊和噪声模拟不同的成像条件；通过图像降采样的方法，获得所需的不同分辨率图像。本发明专利技术提出的图像合成方法可根据不同任务，模拟海况、云遮挡以及光照等因素，准确、快速地合成指定目标的遥感图像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像处理
，尤其涉及一种可见光遥感图像合成方法。
技术介绍
遥感图像舰船目标检测技术在海事安全、交通管理、非法捕鱼控制等方面具有至关重要的作用，但是由于舰船目标图像包含的因素较为复杂，获取复杂情况的真实数据存在难度，如不同航行方向的情况，船只编队航行的情况，受到云雾阴影遮挡的情况以及不同航速下不同船只的尾迹情况等。验证数据的缺乏给相关算法的研究带来困难，同时也很难出现标准的数据集对多种不同算法进行比较。研究此类问题的学者大多自行建立数据集，这些数据集的数目、分辨率、尺寸、复杂程度都存在较大的差异，在方法对比时，无法对各个算法进行统一标准下的评测。海洋背景的可见光遥感图像主要受到海况和云况的影响。不同的海况等级决定了目标与背景的关系，如0级海况时海面光滑如镜，舰船目标十分显著；而3级海况时波浪具有很明显的形状，到处形成白浪，对目标的特征提取造成干扰。云况可分为无云、薄云和厚云三种情况：无云最利于目标检测，薄云会对目标的灰度值产生影响，而厚云会对目标造成遮挡。同时，光照角度会造成图像灰度的变化和阴影的产生，也会对遥感图像造成一定的影响。上述问题均存在于真实遥感图像中，但是，目前还没有实用的可以将海况和云况等因素根据需求进行添加的遥感图像仿真合成软件，在包含目标的真实
图像难以获取的前提下，通过遥感图像合成方法生成仿真图像数据成为一个十分重要的研究问题。同时，此类方法获得的数据还可作为云检测、阴影检测和质量评价等遥感图像研究的验证数据。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术期望提出一种可见光遥感图像合成方法，以根据不同任务，模拟海况、云遮挡以及光照等因素，准确、快速地合成指定目标的遥感图像。本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供了一种可见光遥感图像合成方法，包括以下步骤：通过纹理合成方法，利用不同海况最高分辨率图像切片形成背景图像；通过第一合成规则在所述背景图像上添加目标样本及对应的尾迹，获得带尾迹的舰船目标图像；通过第二合成规则再添加不同形状和透明度的云模板，产生不同云量和云层厚度的效果；通过设置太阳光照角，改变经上一步处理后图像的整体灰度分布，产生云的阴影；通过添加模糊和噪声模拟不同的成像条件；通过图像降采样的方法，获得所需的不同分辨率图像。上述方案中，所述的通过第一合成规则在所述背景图像上添加目标样本及尾迹获得带尾迹的舰船目标图像，过程为：将目标样本或尾迹模板中心置于背景图像上的所选位置，模板图像像素完全覆盖背景图像像素，得到初始合成图；对所述初始合成图的模板边缘进行均值滤波，得到平滑后的图像，即为合成得到的舰船目标图像。上述方案中，所述的通过第二合成规则添加不同形状和透明度的云模板，产生不同云量和云层厚度的效果，过程为：将云模板中心置于所述舰船目标图像上的所选位置，以透明度为权重，计算得到初始合成图，公式为：其中，为本步骤输入图像，为云模板图像，为本步骤输出图像，为云模板透明度；对初始合成图的模板边缘进行均值滤波，得到平滑后的图像，即为合成图。上述方案中，所述通过设置太阳光照角，改变图像的整体灰度分布，产生云的阴影，过程为：将输入图像的太阳光照角视为90°，给定所需合成图像太阳光照角，计算合成图像各像素灰度值，公式如下：其中，为本步骤输入图像，为本步骤输出图像。上述方案中，所述通过图像降采样的方法，获得所需的不同分辨率图像，过程为：使用双线性法对经上一步处理后的图像进行降采样，得到指定分辨率图像。本专利技术在分析可见光遥感图像舰船目标检测存在的难点的前提下，建立了可见光遥感图像海面背景库、舰船目标库、舰船尾迹库、云数据库，形成可见光遥感图像太阳光照和图像亮度的关系，最终生成符合各种任务要求的图像。利用经典的舰船目标检测方法和图像质量评价指标对仿真图像和真实图像进行测试
和评价，验证了仿真图像的真实性和有效性。本专利技术主要关注全色光波段的海面航行的具有检测价值的舰船目标，因为全色光波段具有最高的分辨率，港口中的舰船目标图像容易获取。本专利技术提出的图像合成方法可根据不同任务，模拟海况、云遮挡以及光照等因素，准确、快速地合成指定目标的遥感图像。附图说明图1显示了本专利技术实施例可见光遥感图像合成方法的合成过程及各个阶段的图像；图2和图3为利用本专利技术得到的可见光遥感图像合成图像结果。为了能明确实现本专利技术的实施例的结构，在图中标注了特定的尺寸、结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本专利技术限定在该特定尺寸、结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。具体实施方式在以下的描述中，将描述本专利技术的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本专利技术的一些或者全部结构或者流程来实施本专利技术。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本专利技术。在其他情况下，为了不混淆本专利技术，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。为了解决目前存在的技术问题，如图1所示，本专利技术实施例期望提供一种可见光遥感图像合成方法，所述方法包括以下步骤：(1)通过基于块缝合的纹理合成方法，合成包含不同海况的背景图像；(2)通过第一合成规则在所述背景图像上添加目标样本及对应的尾迹，获
得带尾迹的舰船目标图像；(3)通过第二合成规则添加不同形状和透明度的云模板，产生不同云量和云层厚度的效果；(4)通过设置太阳光照角，改变图像的整体灰度分布，产生云的阴影；(5)通过添加模糊和噪声模拟不同的成像条件；(6)通过图像降采样的方法，获得所需的不同分辨率图像。具体地，步骤(1)包括：(1a)利用不同海况下最高分辨率的图像切片，制作海况纹理样本，作为大幅宽背景数据纹理合成的基础材料；(1b)利用基于块缝合的非固定纹理合成方法进行海况合成，得到背景数据。具体步骤为：对样本进行随机分块，将这些块相互重叠地安放到新图像上；利用动态规划法找出覆盖边界的最优路径，最小化覆盖边界的误差，找到合理的纹理。具体地，步骤(2)包括：(2a)将目标样本或尾迹模板中心置于背景图像上的所选位置，模板图像像素完全覆盖背景图像像素，得到初始合成图；(2b)对上述初始合成图的模板边缘进行均值滤波，得到平滑后的图像，即为合成得到的舰船目标图像。具体地，步骤(3)包括：(3a)将云模板中心置于舰船目标图像上的所选位置，以透明度为权重，计算得到初始合成图，公式为：其中，为本步骤输入图像，为云模板图像，为本步骤输出图像，为云模板
透明度；(3b)对上述初始合成图的模板边缘进行均值滤波，得到平滑后的图像，即为合成得到的具有不同云量和云层厚度的图像。具体地，步骤(4)包括：将输入图像的太阳光照角视为90°，给定所需合成图像太阳光照角，计算合成图像各像素灰度值，公式如下：其中，为本步骤输入图像(为已添加舰船目标、尾迹或云层的背景图像)，为本步骤输出图像，即为添加太阳光照角因素后的合成图像，为像素点坐标值。具体地，步骤(5)包括：(5a)在合成图上根据需求进行高斯模糊处理，公式为：其中，为像素点相对坐标，将中心点坐标设置为(0,0)，领域内像素相对坐标取与中心点坐标的相对位置；为方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可见光遥感图像合成方法，其特征在于，包括以下步骤：通过纹理合成方法，利用不同海况最高分辨率图像切片形成背景图像；通过第一合成规则在所述背景图像上添加目标样本及对应的尾迹，获得带尾迹的舰船目标图像；通过第二合成规则再添加不同形状和透明度的云模板，产生不同云量和云层厚度的效果；通过设置太阳光照角，改变经上一步处理后图像的整体灰度分布，产生云的阴影；通过添加模糊和噪声模拟不同的成像条件；通过图像降采样的方法，获得所需的不同分辨率图像。

【技术特征摘要】
1.一种可见光遥感图像合成方法，其特征在于，包括以下步骤：通过纹理合成方法，利用不同海况最高分辨率图像切片形成背景图像；通过第一合成规则在所述背景图像上添加目标样本及对应的尾迹，获得带尾迹的舰船目标图像；通过第二合成规则再添加不同形状和透明度的云模板，产生不同云量和云层厚度的效果；通过设置太阳光照角，改变经上一步处理后图像的整体灰度分布，产生云的阴影；通过添加模糊和噪声模拟不同的成像条件；通过图像降采样的方法，获得所需的不同分辨率图像。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的通过第一合成规则在所述背景图像上添加目标样本及尾迹获得带尾迹的舰船目标图像，过程为：将目标样本或尾迹模板中心置于背景图像上的所选位置，模板图像像素完全覆盖背景图像像素，得到初始合成图；对所述初始合成图的模板边缘进行均值滤波，得到平滑后的图像，即为合成得到的舰船目标图像。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜志国，张浩鹏，姚远，黄洁，罗晓燕，谢凤英，赵丹培，史振威，尹继豪，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11