本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無效像元的補償方法。

背景技術(shù)：

可見光近紅外面陣CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導(dǎo)體)相機擁有上萬個像元，

可以直接獲取像素陣列式的目標反射太陽光能量的數(shù)字圖像，但是由于工藝的限制以及由于衛(wèi)星發(fā)射過程和發(fā)射后空間環(huán)境變化、元器件老化等因素，面陣COMS相機存在一個不可回避的問題，即無效像元的存在，無效像元在圖像中表現(xiàn)為無法反映目標真實特性的暗點和亮點，如果不加以補償校正將嚴重影響圖像的質(zhì)量。

目前對于紅外焦平面CMOS相機的無效像元補償校正已形成了多種有效的方法，而對于可見光近紅外CMOS相機常采用無效像元周邊領(lǐng)域的濾波法或相鄰領(lǐng)域替代法。

然而，采用的可見光近紅外CMOS相機無效像元的補償校正方法均是從空間處理角度考慮對無效像元進行補償，未考慮不同相機的輻射響應(yīng)特性差異，也沒有考慮孤立的無效像元和連通的無效像元的差別，因此，在通過現(xiàn)有的補償校正方案對無效像元進行補償校正時，補償校正精度有限，對圖像質(zhì)量的提高有限，嚴重影響地物分類等其他后續(xù)定量化產(chǎn)品的精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無效像元的補償方法，旨在實現(xiàn)對可見光近紅外面陣COMS相機無效像元的補償校正，提高補償校正精度。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種無效像元的補償方法，包括：

根據(jù)無效像元間的位置關(guān)系，對無效像元進行粗分類，確定孤立無效像元V_iso(i,j)和連通無效像元

根據(jù)圖像分類法，對遙感圖像進行粗分類，得到粗分類結(jié)果，記為Class(k)，其中k∈[1,K]，表示分類數(shù)；

根據(jù)無效像元在遙感圖像中的位置，結(jié)合無效像元的粗分類和遙感圖像的粗分類，對所述無效像元進行二次分類，確定單調(diào)區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_mono-iso(i,j)、單調(diào)區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_mono-con(i,j)、邊緣區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_edge-iso(i,j)和邊緣區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_edge-con(i,j)；

依次對所述單調(diào)區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_mono-iso(i,j)、單調(diào)區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_mono-con(i,j)、邊緣區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_edge-iso(i,j)和邊緣區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_edge-con(i,j)對應(yīng)的數(shù)字值進行補償。

在所述無效像元的補償方法中，所述根據(jù)無效像元在遙感圖像中的位置，結(jié)合無效像元的粗分類和遙感圖像的粗分類，對所述無效像元進行二次分類，確定單調(diào)區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_mono-iso(i,j)、單調(diào)區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_mono-con(i,j)、邊緣區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_edge-iso(i,j)和邊緣區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_edge-con(i,j)，包括：

若孤立無效像元V_iso(i,j)滿足且在N×N的領(lǐng)域內(nèi)滿足則確定孤立無效像元V_iso(i,j)為單調(diào)區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_mono-iso(i,j)；其中，

GSD為可見光近紅外面陣CMOS相機的地面采樣分辨率；

若連通無效像元集內(nèi)的任一連通無效像元都滿足且在N×N的領(lǐng)域內(nèi)滿足則確定連通無效像元V_con(i,j)為單調(diào)區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_mono-con(i,j)；

若孤立無效像元在N×N的領(lǐng)域內(nèi)滿足且至少滿足則確定孤立無效像元V_iso(i,j)為邊緣區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_edge-iso(i,j)，其中(k,l)∈([1,K]∩(k≠l))；

若連通無效像元集內(nèi)的任一連通無效像元在N×N的領(lǐng)域內(nèi)都滿足且至少滿足則確定連通無效像元V_con(i,j)為邊緣區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_edge-con(i,j)。

在所述無效像元的補償方法中，所述依次對所述單調(diào)區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_mono-iso(i,j)、單調(diào)區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_mono-con(i,j)、邊緣區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_edge-iso(i,j)和邊緣區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_edge-con(i,j)對應(yīng)的數(shù)字值進行補償，包括：

利用單調(diào)區(qū)域中像元與周圍像元之間的高度相關(guān)性，采用漸變權(quán)重方法，分別對單調(diào)區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_mono-iso(i,j)和單調(diào)區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_mono-con(i,j)對應(yīng)的數(shù)字值進行補償；

在對所有單調(diào)區(qū)域內(nèi)的無效像元進行補償后，利用邊緣區(qū)域內(nèi)像元的混合像元特性，采用線性混合光譜模型方法，分別對邊緣區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_edge-iso(i,j)和邊緣區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_edge-con(i,j)對應(yīng)的數(shù)字值進行補償。

在所述無效像元的補償方法中，所述利用單調(diào)區(qū)域中像元與周圍像元之間的高度相關(guān)性，采用漸變權(quán)重方法，分別對單調(diào)區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_mono-iso(i,j)和單調(diào)區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_mono-con(i,j)對應(yīng)的數(shù)字值進行補償，包括：

根據(jù)如下公式1，分別對單調(diào)區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_mono-iso(i,j)和單調(diào)區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_mono-con(i,j)對應(yīng)的數(shù)字值DN_mono(i,j)進行補償：

其中：

flag(i+m,j+n)為N×N領(lǐng)域內(nèi)位置(i+m,j+n)處的無效像元判別指示：若某一像元是無效像元，則flag(i+m,j+n)＝0；若某一像元不是無效像元，則flag(i+m,j+n)＝1；

表示漸變權(quán)重因子；

DN(i+m,j+n)為N×N領(lǐng)域內(nèi)位置(i+m,j+n)處的遙感圖像的數(shù)值字。

在所述無效像元的補償方法中，在根據(jù)公式1對單調(diào)區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_mono-con(i,j)對應(yīng)的數(shù)字值DN_mono(i,j)進行補償時，所述方法還包括：

根據(jù)所述公式1對單調(diào)區(qū)域內(nèi)的所有連通無效像元，按照從外向內(nèi)層層補償?shù)姆绞?，逐層進行補償。

在所述無效像元的補償方法中，所述利用邊緣區(qū)域內(nèi)像元的混合像元特性，采用線性混合光譜模型方法，分別對邊緣區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_edge-iso(i,j)和邊緣區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_edge-con(i,j)對應(yīng)的數(shù)字值進行補償，包括：

根據(jù)如下公式2，分別對邊緣區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_edge-iso(i,j)和邊緣區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_edge-con(i,j)對應(yīng)的數(shù)字值DN_edge(i,j)進行補償：

其中：

和為無效像元(i,j)在類Class(k)和Class(l)的非無效像元行平均值；

p＝[p(k) p(l) p(0)]^T，表示線性混合光譜因子。

在所述無效像元的補償方法中，所述方法還包括：

確定N×N領(lǐng)域內(nèi)與無效像元(i,j)到邊緣距離相等的q∈[1,Q]個非無效像元；

根據(jù)確定的q∈[1,Q]個非無效像元和所述公式2，建立如下矩陣方程1：

將根據(jù)最小范數(shù)解解算得到的矩陣方程1的最優(yōu)解作為所述線性混合光譜因子。

在所述無效像元的補償方法中，在根據(jù)公式2對邊緣區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_edge-con(i,j)對應(yīng)的數(shù)字值DN_edge(i,j)進行補償時，所述方法還包括：

根據(jù)所述公式2對邊緣區(qū)域內(nèi)的所有連通無效像元，按照從外向內(nèi)層層補償?shù)姆绞?，逐層進行補償。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明利用可見光近紅外面陣CMOS相機無效像元的空間位置特點，結(jié)合遙感圖像的分類性質(zhì)，對無效像元依次進行粗分類、細分類，針對不同類別的無效像元可以采用不同補償方法進行補充，實現(xiàn)了對可見光近紅外面陣CMOS相機無效像元的補償，提高了補償校正精度。

(2)本發(fā)明同時考慮了可見光近紅外面陣CMOS相機無效像元所處的位置差異和無效像元所處的區(qū)域差異，通過像元的空間相關(guān)性與區(qū)域輻射的相似性，有效地解決了周邊領(lǐng)域濾波法或相鄰領(lǐng)域替代法的不足，提高了圖像的質(zhì)量，確保了本發(fā)明所述的無效像元的補償方法具有很高的補償精度。

(3)本發(fā)明所述的無效像元的補償方法可以應(yīng)用于可見光近紅外面陣CMOS相機，兼顧了補償校正的精度問題和可實行性，對可見光近紅外面陣CMOS相機無效像元補償具有很強的工程應(yīng)用意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中一種無效像元的補償方法的步驟流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明公共的實施方式作進一步詳細描述。

參照圖1，示出了本發(fā)明實施例中一種無效像元的補償方法的步驟流程圖。在本實施例中，所述無效像元的補償方法主要可以應(yīng)用于可見光近紅外面陣CMOS相機，對可見光近紅外面陣CMOS相機的無效像元進行補償。

其中，所述無效像元的補償方法具體可以包括：

步驟101，根據(jù)無效像元間的位置關(guān)系，對無效像元進行粗分類，確定孤立無效像元V_iso(i,j)和連通無效像元

在本實施例中，為了對各無效像元進行有針對性的補償校正，可以依據(jù)無效像元間的位置關(guān)系，將無效像元粗分為：與其它無效像元不鏈接的孤立無效像元V_iso(i,j)和與其他無效像元相鏈接的連通無效像元

步驟102，根據(jù)遙感圖像分類法，對遙感圖像進行粗分類，得到粗分類結(jié)果，記為Class(k)，其中k∈[1,K]，表示為分類數(shù)。

在本實施例中，為了實現(xiàn)高質(zhì)量的無效像元的補償校正，可以采用任意一種適當(dāng)?shù)膱D像分類法對遙感圖像進行粗分類，優(yōu)選的，可以采用監(jiān)督分類或非監(jiān)督分類或其他有效的分類方法，對遙感圖像進行粗分類，用Class(k)表示不同分類的遙感圖像，其中k∈[1,K]，表示分類數(shù)。

步驟103，根據(jù)無效像元在遙感圖像中的位置，結(jié)合無效像元的粗分類和遙感圖像的粗分類，對所述無效像元進行二次分類，確定單調(diào)區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_mono-iso(i,j)、單調(diào)區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_mono-con(i,j)、邊緣區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_edge-iso(i,j)和邊緣區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_edge-con(i,j)。

在本實施例中，考慮到臨近像元和大氣輻射的影響，以及無效像元的位置和遙感圖像分類的位置關(guān)系，可以將無效像元進一步分為單調(diào)區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_mono-iso(i,j)、單調(diào)區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_mono-con(i,j)、邊緣區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_edge-iso(i,j)和邊緣區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_edge-con(i,j)。

其中，四類無效像元的分辨依據(jù)可以如下：

若孤立無效像元V_iso(i,j)滿足且在N×N的領(lǐng)域內(nèi)滿足則確定孤立無效像元V_iso(i,j)為單調(diào)區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_mono-iso(i,j)；其中，

GSD為可見光近紅外面陣CMOS相機的地面采樣分辨率。

若連通無效像元集內(nèi)的任一連通無效像元都滿足且在N×N的領(lǐng)域內(nèi)滿足則確定連通無效像元V_con(i,j)為單調(diào)區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_mono-con(i,j)。

若孤立無效像元在N×N的領(lǐng)域內(nèi)滿足且至少滿足則確定孤立無效像元V_iso(i,j)為邊緣區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_edge-iso(i,j)，其中(k,l)∈([1,K]∩(k≠l))。

若連通無效像元集內(nèi)的任一連通無效像元在N×N的領(lǐng)域內(nèi)都滿足且至少滿足則確定連通無效像元V_con(i,j)為邊緣區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_edge-con(i,j)。

步驟104，依次對所述單調(diào)區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_mono-iso(i,j)、單調(diào)區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_mono-con(i,j)、邊緣區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_edge-iso(i,j)和邊緣區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_edge-con(i,j)對應(yīng)的數(shù)字值進行補償。

在本實施例中，可以利用單調(diào)區(qū)域中某一像元與該某一像元周圍的其他像元之間的高度相關(guān)性，利用漸變權(quán)重方法實現(xiàn)對單調(diào)區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元以及連通無效像元對應(yīng)的數(shù)字值的補償。在對所有單調(diào)區(qū)域內(nèi)的無效像元進行補償后，利用邊緣區(qū)域內(nèi)像元的混合像元特性，采用線性混合光譜模型方法實現(xiàn)對邊緣區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元以及連通無效像元對應(yīng)的數(shù)字值的補償。

下面分別對單調(diào)區(qū)域內(nèi)的無效像元的具體補償流程和邊緣區(qū)域內(nèi)的無效像元的具體補償流程分別進行說明。

1、單調(diào)區(qū)域內(nèi)的無效像元的具體補償流程可以如下：

在本實施例中，在對單調(diào)區(qū)域內(nèi)的無效像元進行補償時，可以利用單調(diào)區(qū)域中像元與周圍像元之間的高度相關(guān)性，采用下述公式1漸變權(quán)重方法，分別對單調(diào)區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_mono-iso(i,j)和單調(diào)區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_mono-con(i,j)對應(yīng)的數(shù)字值DN_mono(i,j)進行補償，具體的：

根據(jù)如下公式1，分別對單調(diào)區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_mono-iso(i,j)和單調(diào)區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_mono-con(i,j)對應(yīng)的數(shù)字值DN_mono(i,j)進行補償：

其中，flag(i+m,j+n)為N×N領(lǐng)域內(nèi)位置(i+m,j+n)處的無效像元判別指示：若某一像元是無效像元，則flag(i+m,j+n)＝0；若某一像元不是無效像元，則flag(i+m,j+n)＝1；表示漸變權(quán)重因子；DN(i+m,j+n)為N×N領(lǐng)域內(nèi)位置(i+m,j+n)處的遙感圖像的數(shù)值字。

在本實施例中，對于單調(diào)區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_mono-iso(i,j)，可直接采用公式1進行補償；對于單調(diào)區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_mono-con(i,j)，可以先對單調(diào)區(qū)域外圍的無效像元采用公式1進行補償，然后再對單調(diào)區(qū)域內(nèi)部的無效像元采用公式1進行補償，從而實現(xiàn)對單調(diào)區(qū)域內(nèi)所有連通無效像元從外向內(nèi)的層層補償。換而言之，在對單調(diào)區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_mono-con(i,j)進行補償時，具體可以：根據(jù)所述公式1對單調(diào)區(qū)域內(nèi)的所有連通無效像元，按照從外向內(nèi)層層補償?shù)姆绞?，逐層進行補償。

2、邊緣區(qū)域內(nèi)的無效像元的具體補償流程可以如下：

在本實施例中，在對所有單調(diào)區(qū)域內(nèi)的無效像元進行補償后，可以利用邊緣區(qū)域內(nèi)像元的混合像元特性，采用下述公式2線性混合光譜模型方法，分別對邊緣區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_edge-iso(i,j)和邊緣區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_edge-con(i,j)對應(yīng)的數(shù)字值DN_edge(i,j)進行補償，具體的：

根據(jù)如下公式2，分別對邊緣區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_edge-iso(i,j)和邊緣區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_edge-con(i,j)對應(yīng)的數(shù)字值DN_edge(i,j)進行補償：

其中：和為無效像元(i,j)在類Class(k)和Class(l)的非無效像元行平均值；p＝[p(k) p(l) p(0)]^T，表示線性混合光譜因子。

在本實施例中，線性混合光譜因子p＝[p(k) p(l) p(0)]^T的獲取方式可以如下：確定N×N領(lǐng)域內(nèi)與無效像元(i,j)到邊緣距離相等的q∈[1,Q]個非無效像元；根據(jù)確定的q∈[1,Q]個非無效像元和所述公式2，建立下述矩陣方程1，將根據(jù)最小范數(shù)解解算得到的矩陣方程1的最優(yōu)解作為所述線性混合光譜因子。其中，矩陣方程1如下：

在本實施例中，對于邊緣區(qū)域內(nèi)的孤立無效像元V_edge-iso(i,j)，可直接采用公式2進行補償；對于邊緣區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_edge-con(i,j)，可以先對邊緣區(qū)域外圍的無效像元采用公式2進行補償，然后再對邊緣區(qū)域內(nèi)部的無效像元采用公式2進行補償，從而實現(xiàn)對邊緣區(qū)域內(nèi)所有連通無效像元從外向內(nèi)的層層補償。換而言之，在對邊緣區(qū)域內(nèi)的連通無效像元V_edge-con(i,j)進行補償時，具體可以：根據(jù)所述公式2對邊緣區(qū)域內(nèi)的所有連通無效像元，按照從外向內(nèi)層層補償?shù)姆绞剑饘舆M行補償。

綜上所述，本發(fā)明利用可見光近紅外面陣CMOS相機無效像元的空間位置特點，結(jié)合遙感圖像的分類性質(zhì)，對無效像元依次進行粗分類、細分類，針對不同類別的無效像元可以采用不同補償方法進行補充，實現(xiàn)了對可見光近紅外面陣CMOS相機無效像元的補償，提高了補償校正精度。

其次，本發(fā)明同時考慮了可見光近紅外面陣CMOS相機無效像元所處的位置差異和無效像元所處的區(qū)域差異，通過像元的空間相關(guān)性與區(qū)域輻射的相似性，有效地解決了周邊領(lǐng)域濾波法或相鄰領(lǐng)域替代法的不足，提高了圖像的質(zhì)量，確保了本發(fā)明所述的無效像元的補償方法具有很高的補償精度。

此外，本發(fā)明所述的無效像元的補償方法可以應(yīng)用于可見光近紅外面陣CMOS相機，兼顧了補償校正的精度問題和可實行性，對可見光近紅外面陣CMOS相機無效像元補償具有很強的工程應(yīng)用意義。

以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。