一种高分辨率光学遥感卫星相机最佳焦面确定方法技术

一种高分辨率光学遥感卫星相机最佳焦面确定方法，选取参考图像和待检测图像，分别计算参考图像和待检测图像的分块标准差和梯度，据此计算图像指标比例因子，根据该比例因子确定卫星相机是否处于最佳焦面。确定卫星相机离焦后，启动离焦工作，在调焦过程中每个焦面下选择待检测图像，再采用本发明专利技术方法计算图像指标比例因子，当某个焦面下图像指标比例因子大于0.9，即认为此时的焦面为最佳焦面。本发明专利技术方法采用分块标准差及图像梯度精确获取图像的纹理细节，综合分块标准差与图像梯度两个指标判断最佳焦面，科学可靠，针对性强，保证了参考图像和待检测图像对比结果的可信度，提高了最佳焦面确定的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在轨高分辨率光学遥感卫星相机最佳焦面确定方法，属于航天遥感图像处理

技术介绍
高分辨率卫星显著的特点是长焦距，分辨率优于1米的遥感卫星等效焦距一般接近10米，例如美国研制的IKONOS、QuickBird卫星、中国研制的高分二号卫星等效焦距分别达到10米、8.8米及7.8米。卫星完成在轨测试交付用户时，卫星焦面处于最佳位置，获取的图像质量达到最优水平。由于长焦相机焦深浅，卫星在轨运行期间，更容易受到温度、大气压力以及应力释放等因素的影响，引起相机成像面偏离焦面，即造成离焦。高分辨率卫星相机焦距越长，焦深越浅，越容易离焦。离焦图像数字值(DigitalNumber，DN)趋于单一灰度，纹理模糊，信息含量减少。为了避免高分辨率卫星相机离焦工作，卫星在轨运行期间，需要定期监测图像质量，通过分析图像清晰度判读相机是否离焦。一旦离焦即启动相机调焦程序，调焦的目的是通过调整焦平面的位置，保证相机工作在最佳焦面上，获取清晰度最高的图像。可以在地面采用图像判读、分析的技术分析卫星在轨图像清晰度，以判断相机是否离焦并进一步确定最佳焦面。目前分析卫星在轨图像清晰度的算法没有针对性，一般采用图像标准差、峰值信噪比等算法，上述算法均针对整幅图像，当包含2-3种反差大的均匀地物时，纹理信息缺乏，图像标准差或峰值信噪比很大，不能精确反映地物的真实纹理特征，降低了参考图像和待检测图像对比结果的可信度，另外，现有技术采用相对独立的指标对最佳焦面进行确定，没有综合利用各指标综合评价，降低了最佳焦面确定的准确性。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种高分辨率光学遥感卫星相机最佳焦面确定方法，保证了待检测图像和参考图像对比结果的可信度，提高了最佳焦面确定的准确性。本专利技术的技术方案是：一种高分辨率光学遥感卫星相机最佳焦面确定方法，包括如下步骤：(1)在光学遥感卫星相机处于最佳焦面时，从某区域地面站接收的图像中选择纹理清晰的经过正射校正的正视图像作为参考图像；(2)在光学遥感卫星相机在轨运行期间过程中，从该区域地面站接收的图像中选择与参考图像同样位置的图像作为待检测图像，所述待检测图像是经过正射校正的正视图像或侧摆角度小于5度的图像，且能够与参考图像几何配准；(3)判断待检测图像和参考图像亮度是否一致，如果一致，进入步骤(4)；如果不一致，依据参考图像对待检测图像进行亮度归一化处理，使待检测图像平均亮度与参考图像一致，进入步骤(4)；(4)计算参考图像的分块标准差及梯度；(5)计算待检测图像的分块标准差及梯度；(6)确定待检测图像和参考图像的分块标准差比值σscale以及梯度比值gscale，利用公式计算图像指标比例因子r；(7)当r大于0.9，即认为光学遥感卫星相机处于最佳焦面；当0.75≤r≤0.9时，需要继续选择待检测图像进行确定；当r小于0.75时，光学遥感卫星相机处于离焦状态，启动调焦工作，进入步骤(8)；(8)在调焦经历的每个焦面下，从该区域地面站接收的图像中选择与参考图像同样位置的图像作为待检测图像，执行步骤(4)—(6)，计算每个焦面下待检测图像和参考图像的图像指标比例因子，直到图像指标比例因子大于0.9时，认为该图像指标比例因子对应的焦面为最佳焦面。所述步骤(3)中依据参考图像对待检测图像进行亮度归一化处理的方法为：(2.1)计算参考图像的亮度均值f‾=lM*NΣi=0M-1Σj=0N-1f(i,j)]]>f(i,j)为参考图像坐标(i,j)处的图像亮度，M*N为参考图像整幅图像尺寸；(2.2)计算待检测图像的亮度均值g‾=1M*NΣi=0M-1Σj=0N-1g(i,j)]]>g(i,j)为待检测图像坐标(i,j)处的图像亮度；(2.3)利用参考图像的亮度均值和待检测图像的亮度均值对待检测图像中的每个点进行亮度归一化：g′(i,j)=g(i,j)*f‾/g‾]]>g'(i,j)为待检测图像坐标(i,j)处归一化后的图像亮度。所述步骤(4)或步骤(5)中计算分块标准差的方法为：(3.1)利用以下公式计算分块后第p块图像的亮度均值μpμp=1m*nΣi=0m-1Σj=0n-1fp(i,j)]]>m*n为分块后每一子块的尺寸，fp(i,j)为第p块图像中坐标(i,j)处的图像亮度；(3.2)利用以下公式计算第p块图像的标准差σpσp=1m*nΣi=0m-1Σj=0n-1[μp-fp(i,j)]2]]>(3.3)计算整幅图像各子块标准差的均值即为整幅图像的分块标准差σ‾=Σp=1kσp/k]]>k为子块总数，即k＝[M/m]*[N/n]，其中，[M/m]为M/m四舍五入后的整数值，[N/n]为N/n四舍五入后的整数值，M*N为整幅图像尺寸。所述步骤(4)或步骤(5)中利用如下公式计算图像梯度g：g=(Δxf)2+(Δyf)2=[f(i,j)-f(i,j-1)]2+[f(i,j)-f(i-1,j)]2]]>其中，f(i,j)为坐标(i,j)处的图像亮度，f(i,j-1)为坐标(i,j-1)处的图像亮度，f(i-1,j)为坐标(i-1,j)处的图像亮度。本专利技术与现有技术相比的优点如下：(1)本专利技术方法采用分块标准差及图像梯度精确获取图像的纹理细节，综合分块标准差与图像梯度两个指标判断最佳焦面，相较于现有技术中针对整幅图像的图像标准差、峰值信噪比等算法以及各指标独立评价的方法，本专利技术方法科学可靠，针对性强，保证了待检测图像和参考图像对比结果的可信度，提高了最佳焦面确定的准确性。(2)利用本专利技术方法既能够在卫星在轨运行过程中确定相机是否处于最佳焦面或离焦，又可以在离焦后调焦过程中确定最佳焦面，方法简单可靠，能够有效保证光学遥感卫星相机工作在最佳焦面上，获取清晰度高的图像。(3)本专利技术在卫星运行过程中确定相机是否处于最佳焦面或离焦，以及在离焦后调焦过程中确定最佳焦面时，利用待检测图像和参考图像的亮度均值，对待检测图像中的每个点进行亮度归一化，从而抑制甚至消除不同季节太阳光照的影响，使待检测图像与参考图像亮度一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分辨率光学遥感卫星相机最佳焦面确定方法，其特征在于包括如下步骤：(1)在光学遥感卫星相机处于最佳焦面时，从某区域地面站接收的图像中选择纹理清晰的经过正射校正的正视图像作为参考图像；(2)在光学遥感卫星相机在轨运行期间过程中，从该区域地面站接收的图像中选择与参考图像同样位置的图像作为待检测图像，所述待检测图像是经过正射校正的正视图像或侧摆角度小于5度的图像，且能够与参考图像几何配准；(3)判断待检测图像和参考图像亮度是否一致，如果一致，进入步骤(4)；如果不一致，依据参考图像对待检测图像进行亮度归一化处理，使待检测图像平均亮度与参考图像一致，进入步骤(4)；(4)计算参考图像的分块标准差及梯度；(5)计算待检测图像的分块标准差及梯度；(6)确定待检测图像和参考图像的分块标准差比值σscale，以及梯度比值gscale，利用公式计算图像指标比例因子r；(7)当r大于0.9，即认为光学遥感卫星相机处于最佳焦面；当0.75≤r≤0.9时，需要继续选择待检测图像进行确定；当r小于0.75时，光学遥感卫星相机处于离焦状态，启动调焦工作，进入步骤(8)；(8)在调焦经历的每个焦面下，从该区域地面站接收的图像中选择与参考图像同样位置的图像作为待检测图像，执行步骤(4)—(6)，计算每个焦面下待检测图像和参考图像的图像指标比例因子，直到图像指标比例因子大于0.9时，认为该图像指标比例因子对应的焦面为最佳焦面。...

【技术特征摘要】
1.一种高分辨率光学遥感卫星相机最佳焦面确定方法，其特征在于包括如
下步骤：
(1)在光学遥感卫星相机处于最佳焦面时，从某区域地面站接收的图像中
选择纹理清晰的经过正射校正的正视图像作为参考图像；
(2)在光学遥感卫星相机在轨运行期间过程中，从该区域地面站接收的图
像中选择与参考图像同样位置的图像作为待检测图像，所述待检测图像是经过
正射校正的正视图像或侧摆角度小于5度的图像，且能够与参考图像几何配准；
(3)判断待检测图像和参考图像亮度是否一致，如果一致，进入步骤(4)；
如果不一致，依据参考图像对待检测图像进行亮度归一化处理，使待检测图像
平均亮度与参考图像一致，进入步骤(4)；
(4)计算参考图像的分块标准差及梯度；
(5)计算待检测图像的分块标准差及梯度；
(6)确定待检测图像和参考图像的分块标准差比值σscale，以及梯度比值
gscale，利用公式计算图像指标比例因子r；
(7)当r大于0.9，即认为光学遥感卫星相机处于最佳焦面；当0.75≤r≤0.9
时，需要继续选择待检测图像进行确定；当r小于0.75时，光学遥感卫星相机处
于离焦状态，启动调焦工作，进入步骤(8)；
(8)在调焦经历的每个焦面下，从该区域地面站接收的图像中选择与参考
图像同样位置的图像作为待检测图像，执行步骤(4)—(6)，计算每个焦面
下待检测图像和参考图像的图像指标比例因子，直到图像指标比例因子大于0.9
时，认为该图像指标比例因子对应的焦面为最佳焦面。
2.根据权利要求1所述的一种高分辨率光学遥感卫星相机最佳焦面确定方
法，其特征在于：所述步骤(3)中依据参考图像对待检测图像进行亮度归一化
处理的方法为：
(2.1)计算参考图像的亮度均值f‾=1M*NΣi=0M-1Σj=0N-1f(i,j)]]>f(i,j)为参考图像坐标(i,j)处的图像亮度，M*N为参考图像整幅图像尺寸；
(2.2)计算待检测图像的亮度均值g&Ov...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾湧，易维，李庆鹏，王奇，原征，
申请(专利权)人：中国资源卫星应用中心，
类型：发明
国别省市：北京;11