基于序列遥感影像的调制传递函数补偿方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于序列遥感影像的调制传递函数补偿方法及装置，通过多帧序列卫星影像建立MTF降质模型，结合帧间配准求取MTF降质模型的几何变形扭曲矩阵，对MTF降质模型进行近似求解。进一步地，通过对近似求解结果执行数学变换，并根据数学变换结果建立先验概率模型以进行影像重建，以迭代计算对重建的影像结果进行算法优化，获得最终的MTF补偿结果影像。基于此，在不改变序列卫星影像成像系统硬件环境的基础上，通过改进的MTF补偿后整体提升，提升序列卫星影像的清晰度和信噪比，有效地控制噪声，改善序列卫星影像的成像质量，弥补传统MTF补偿方式的不足。MTF补偿方式的不足。MTF补偿方式的不足。

【技术实现步骤摘要】
基于序列遥感影像的调制传递函数补偿方法及装置


[0001]本专利技术涉及
，特别是涉及一种基于序列遥感影像的调制传递函数补偿方法及装置。

技术介绍

[0002]地球静止轨道光学卫星采用凝视成像模式，可实现对全球热点区域进行分钟级的重复观测。然而，地球静止轨道光学成像系统从地面物体到像面成像的过程中，受到轨道高度、姿态稳定度、传感器振动、大气散射与吸收、大气湍流、运动等环节的影响，系统的MTF(Modulation Transfer Function调制传递函数)被衰减，造成场景辐射的中高频信息丢失，导致图像产生模糊。但由于地球静止轨道的轨道高度很高，大气湍流对卫星成像的质量影响不是很大。一些对卫星成像质量影响的分析得出，当卫星平台的姿态稳定度为5
×
10
‑
4(
°
/s)时，MTF下降6％，卫星平台的振动对MTF的影响最大，严重时可使MTF下降近30％。因此，需要采用调制传递函数补偿(Modulation Transfer Function Compensation,MTFC)进行成像处理，以满足遥感光学系统成像的基本要求。
[0003]传统的调制传递函数补偿方式包括基于傅立叶变换的频域逆滤波法、维纳滤波法、空域迭代法和信息熵最大法等。这类调制传递函数补偿方式是先利用地物特征测量出在轨遥感成像系统的MTF或PSF(point spread function点扩散函数)，然后在地面利用数字图像后处理技术对图像进行处理，实现MTF补偿，达到改善遥感图像质量的目的。然而，由于遥感图像的数据量很大，对每帧影像都进行MTF补偿计算，会产生大量的计算需求，限制补偿技术在实际处理领域的应用。另一方面，在轨遥感成像系统完整、精确的MTF或PSF很难获得，导致在重建图像中引入新的高频噪声，并且MTF补偿的越高，引入的噪声越大，从而降低了图像的整体质量和图像的动态范围。同时，均匀化辐射校正和动态范围调制等预处理以及量化位数、压缩算法、压缩比的选择对实现图像MTF补偿的影响也很大。由此可见，传统的调制传递函数补偿方式还存在以上不足。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对传统的调制传递函数补偿方式还存在的不足，提供一种基于序列遥感影像的调制传递函数补偿方法及装置。
[0005]一种基于序列遥感影像的调制传递函数补偿方法，包括步骤：
[0006]获取多帧序列卫星影像，并根据序列卫星影像的降质过程构建MTF降质模型；其中，降质过程用于表征高分辨率影像至低分辨率影像的降质；
[0007]通过多帧序列卫星影像的帧间配准，获得帧间配准后的MTF降质模型的几何变形扭曲矩阵；
[0008]根据参考影像与帧间配准后的几何变形扭曲矩阵对MTF降质模型进行近似求解；其中，参考影像为帧间配准过程中选取的一帧序列卫星影像；
[0009]对近似求解结果执行数学变换，并根据数学变换结果建立先验概率模型；
[0010]根据先验概率模型的迭代计算，获得最终的MTF补偿结果影像。
[0011]上述的基于序列遥感影像的调制传递函数补偿方法，通过多帧序列卫星影像建立MTF降质模型，结合帧间配准求取MTF降质模型的几何变形扭曲矩阵，对MTF降质模型进行近似求解。进一步地，通过对近似求解结果执行数学变换，并根据数学变换结果建立先验概率模型以进行影像重建，以迭代计算对重建的影像结果进行算法优化，获得最终的MTF补偿结果影像。基于此，在不改变序列卫星影像成像系统硬件环境的基础上，通过改进的MTF补偿后整体提升，提升序列卫星影像的清晰度和信噪比，有效地控制噪声，改善序列卫星影像的成像质量，弥补传统MTF补偿方式的不足。
[0012]在其中一个实施例中，MTF降质模型如下式：
[0013]g
k
＝H
k
M
k
z+n
k
[0014]其中，H
k
表示第k帧序列卫星影像的成像系统的MTF和辐射失真的模糊矩阵，M
k
表示第k帧序列卫星影像的几何变形扭曲矩阵，n
k
表示第k帧序列卫星影像含有的零均值高斯分布的加性噪声，g
k
表示第k帧序列卫星影像，z表示多帧序列卫星影像经MTF补偿后的高分辨率影像。
[0015]在其中一个实施例中，通过多帧序列卫星影像的帧间配准，获得MTF降质模型的几何变形扭曲矩阵的过程，包括步骤：
[0016]对多帧序列卫星影像进行特征点提取；
[0017]根据提取的特征点计算特征描述符，以获得粗配准的结果影像；
[0018]根据结果影像与基准影像构建金字塔，计算结果影像与基准影像的互相关信息；其中，基准影像为多帧序列卫星影像中的一帧影像；
[0019]平移微调结果影像与基准影像的局部图像块间像素，执行全局循环迭代；
[0020]根据全局循环迭代的变换矩阵执行图像变换，完成多帧序列卫星影像的精配准影像，确定对应的MTF降质模型中的几何变形扭曲矩阵。
[0021]在其中一个实施例中，对近似求解结果执行数学变换，并根据数学变换结果建立先验概率模型的过程，包括步骤：
[0022]对近似求解结果执行正交小波变换，获得数学变换结果；
[0023]根据小波域uHMT模型引入到数学变换结果的信号处理中，构建先验概率模型。
[0024]在其中一个实施例中，在根据小波域uHMT模型，构建先验概率模型的过程之前，还包括步骤：
[0025]对数学变换结果中的向量表达式进行数学估计。
[0026]在其中一个实施例中，数学估计包括MAP估计或MLE估计。
[0027]在其中一个实施例中，根据先验概率模型的迭代计算，获得最终的MTF补偿结果影像的过程，包括步骤：
[0028]通过一阶优化算法，对先验概率模型中的小波系数执行预设迭代计数内的迭代计算，获得最终的MTF补偿结果影像。
[0029]一种基于序列遥感影像的调制传递函数补偿装置，包括：
[0030]影像获取模块，用于获取多帧序列卫星影像，并根据序列卫星影像的降质过程构建MTF降质模型；其中，降质过程用于表征高分辨率影像至低分辨率影像的降质；
[0031]帧间配准模块，用于通过多帧序列卫星影像的帧间配准，获得帧间配准后的MTF降
质模型的几何变形扭曲矩阵；
[0032]近似求解模块，用于根据参考影像与帧间配准后的几何变形扭曲矩阵对MTF降质模型进行近似求解；其中，参考影像为帧间配准过程中选取的一帧序列卫星影像；
[0033]模型建立模块，用于对近似求解结果执行数学变换，并根据数学变换结果建立先验概率模型；
[0034]结果补偿模块，用于根据先验概率模型的迭代计算，获得最终的MTF补偿结果影像。
[0035]上述的基于序列遥感影像的调制传递函数补偿装置，通过多帧序列卫星影像建立MTF降质模型，结合帧间配准求取MTF降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于序列遥感影像的调制传递函数补偿方法，其特征在于，包括步骤：获取多帧序列卫星影像，并根据所述序列卫星影像的降质过程构建MTF降质模型；其中，所述降质过程用于表征高分辨率影像至低分辨率影像的降质；通过所述多帧序列卫星影像的帧间配准，获得帧间配准后的所述MTF降质模型的几何变形扭曲矩阵；根据参考影像与所述帧间配准后的几何变形扭曲矩阵对所述MTF降质模型进行近似求解；其中，所述参考影像为所述帧间配准过程中选取的一帧序列卫星影像；对所述近似求解结果执行数学变换，并根据所述数学变换结果建立先验概率模型；根据所述先验概率模型的迭代计算，获得最终的MTF补偿结果影像。2.根据权利要求1所述的基于序列遥感影像的调制传递函数补偿方法，其特征在于，所述MTF降质模型如下式：g
k
＝H
k
M
k
z+n
k
其中，H
k
表示第k帧序列卫星影像的成像系统的MTF和辐射失真的模糊矩阵，M
k
表示第k帧序列卫星影像的几何变形扭曲矩阵，n
k
表示第k帧序列卫星影像含有的零均值高斯分布的加性噪声，g
k
表示第k帧序列卫星影像，z表示多帧序列卫星影像经MTF补偿后的高分辨率影像。3.根据权利要求1所述的基于序列遥感影像的调制传递函数补偿方法，其特征在于，所述通过所述多帧序列卫星影像的帧间配准，获得所述MTF降质模型的几何变形扭曲矩阵的过程，包括步骤：对所述多帧序列卫星影像进行特征点提取；根据提取的特征点计算特征描述符，以获得粗配准的结果影像；根据所述结果影像与基准影像构建金字塔，计算所述结果影像与所述基准影像的互相关信息；其中，所述基准影像为所述多帧序列卫星影像中的一帧影像；平移微调所述结果影像与所述基准影像的局部图像块间像素，执行全局循环迭代；根据所述全局循环迭代的变换矩阵执行图像变换，完成所述多帧序列卫星影像的精配准影像，确定对应的MTF降质模型中的几何变形扭曲矩阵。4.根据权利要求1至3所述的基于序列遥感影像的调制传递函数补偿方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雪，李峰，鲁啸天，辛蕾，鹿明，梁亮，田家，田庆久，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：