本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種遙感圖像的非均勻性校正方法。

背景技術(shù)：

可見光近紅外面陣CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)相機(jī)擁有上萬個(gè)像元。與CCD相機(jī)將感光產(chǎn)生的電荷逐一送到一個(gè)統(tǒng)一的讀出口進(jìn)行讀出的工作原理不同，CMOS相機(jī)的工作原理如下：在每個(gè)像元上完成電平轉(zhuǎn)換，將電荷轉(zhuǎn)化為電壓信號，再通過傳輸線將信號傳輸至每列的列放大器輸出?；谏鲜鯟MOS相機(jī)的工作原理，由于像元轉(zhuǎn)換增益的不一致性以及列放大器的差異，導(dǎo)致CMOS探測器的非均勻性比CCD差，使得CMOS相機(jī)對完全相同的地物成像時(shí)面陣CCD相機(jī)輸出的數(shù)字DN值不同即獲得的遙感圖像數(shù)據(jù)存在相對嚴(yán)重的失真。

為了克服上述問題，需要對可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)獲得的原始遙感圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行非均勻性校正，將面陣CMOS相機(jī)的各像元輸出值調(diào)整到同一基準(zhǔn)，使得各像元對完全相同的地物具有相同的數(shù)字DN輸出值。然而，目前還沒有一種針對積分時(shí)間可變的可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)進(jìn)行非均勻性校正的有效方法。

技術(shù)實(shí)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，提供一種遙感圖像的非均勻性校正方法，針對積分時(shí)間可變的可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)進(jìn)行有效的非均勻性校正，克服了獲得的遙感圖像數(shù)據(jù)失真的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種遙感圖像的非均勻性校正方法，包括：

根據(jù)可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)連續(xù)可變積分時(shí)間下的深海成像結(jié)果和輻射響應(yīng)模型，得到每個(gè)像元的噪聲函數(shù)系數(shù)；

根據(jù)可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)對類均勻源在不同積分時(shí)間下的成像結(jié)果和所述噪聲函數(shù)系數(shù)，得到每個(gè)像元的非均勻性校正系數(shù)；

根據(jù)所述噪聲函數(shù)系數(shù)和所述非均勻性校正系數(shù)，對通過可見光近紅外CMOS相機(jī)獲得的遙感圖像進(jìn)行去噪和非均勻性校正處理，得到可見光近紅外CMOS相機(jī)的非均勻性校正的遙感圖像。

在上述遙感圖像的非均勻性校正方法中，所述方法還包括：

根據(jù)可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)的成像原理，建立積分時(shí)間可變的CMOS相機(jī)的輻射響應(yīng)模型：

DN(i,j)＝f[t,L(i,j)]+n[t,N(i,j)]

其中，i和j為CMOS相機(jī)的像元位置(i∈[1,K]，j∈[1,L])；t∈[1,T]為CMOS相機(jī)可變的積分時(shí)間；DN(i,j)為像元(i,j)的數(shù)字DN值；f[t,L(i,j)]為像元(i,j)在積分時(shí)間t下接收的輻射亮度L(i,j)函數(shù)；n[t,N(i,j)]為像元(i,j)在積分時(shí)間t下的噪聲N(i,j)函數(shù)；K、L和T均為根據(jù)實(shí)際情況確定的常數(shù)值。

在上述遙感圖像的非均勻性校正方法中，所述根據(jù)可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)連續(xù)可變積分時(shí)間下的深海成像結(jié)果和輻射響應(yīng)模型，得到每個(gè)像元的噪聲函數(shù)系數(shù)，包括：

通過可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)在夜晚對深海成像，得到深海遙感圖像；

根據(jù)深海遙感圖像和所述輻射響應(yīng)模型，確定每個(gè)像元的數(shù)字DN值：

DN_t(i,j)＝n[t,N(i,j)]

其中，在通過可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)在夜晚對深海成像時(shí)，f[t,L(i,j)]≡0；DN_t(i,j)為CMOS相機(jī)在積分時(shí)間t下像元(i,j)的數(shù)字DN值；

采用自變量是可變積分時(shí)間t、因變量是遙感圖像DN_t(i,j)值的三次多項(xiàng)式函數(shù)作為噪聲函數(shù)，根據(jù)多次獲得的T景遙感圖像數(shù)字DN值，通過方程①建立矩陣方程②后采用最小范數(shù)解n_t(i,j)＝(T_t^TT_t)^-1T_t^TDN_t(i,j)作為每個(gè)像元(i,j)的噪聲函數(shù)系數(shù)；

其中，方程①如下

DN_t(i,j)＝n[t,N(i,j)]＝n₀(i,j)+n₁(i,j)×t+n₂(i,j)×t²+n₃(i,j)×t³···①

矩陣方程②如下：

其中，n_t(i,j)＝[n₀(i,j) n₁(i,j) n₂(i,j) n₃(i,j)]^T為像元(i,j)的噪聲函數(shù)n[t,N(i,j)]系數(shù)。

在上述遙感圖像的非均勻性校正方法中，所述根據(jù)可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)對類均勻源在不同積分時(shí)間下的成像結(jié)果和所述噪聲函數(shù)系數(shù)，得到每個(gè)像元的非均勻性校正系數(shù)，包括：

從自然目標(biāo)中選擇一個(gè)或多個(gè)作為類均勻源；

通過可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)對類均勻源成像，得到類均勻源遙感圖像；

根據(jù)所述噪聲函數(shù)系數(shù)對所述類均勻源遙感圖像去噪；

確定去噪后的類均勻源遙感圖像的數(shù)字DN值：其中，在通過可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)對類均勻源成像時(shí)，C為常數(shù)；

采用自變量是去噪后的類均勻源遙感圖像值、因變量是去噪后的類均勻源遙感圖像整景均值的三次多項(xiàng)式函數(shù)作為像元(i,j)的非均勻性校正函數(shù)，根據(jù)多次獲得的T景遙感圖像值，通過方程③建立矩陣方程④后采用最小范數(shù)解作為每個(gè)像元(i,j)的非均勻性校正系數(shù)：

其中，方程③如下：

建立的矩陣方程④如下：

其中，R(i,j)＝[R₀(i,j) R₁(i,j) R₂(i,j) R₃(i,j)]^T為像元(i,j)的非均勻性校正系數(shù)。

在上述遙感圖像的非均勻性校正方法中，作為類均勻源的自然目標(biāo)滿足如下條件：

自然目標(biāo)的面積大于面陣CMOS相機(jī)的幅寬；

自然目標(biāo)的均勻性優(yōu)于3％。

在上述遙感圖像的非均勻性校正方法中，所述類均勻源遙感圖像滿足如下條件：

所述類均勻源遙感圖像云量覆蓋小于5％或云量覆蓋大于95％。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明提供一種遙感圖像的非均勻性校正方法，對可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)獲得的原始遙感圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行非均勻性校正，將面陣CMOS相機(jī)的各像元輸出值調(diào)整到同一基準(zhǔn)，使得各像元對完全相同的地物具有相同的數(shù)字DN輸出值，克服了獲得的遙感圖像數(shù)據(jù)失真的問題。

(2)本發(fā)明針對可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)的可變積分時(shí)間特點(diǎn)，建立積分時(shí)間可變的CMOS相機(jī)輻射響應(yīng)函數(shù)模型，通過對噪聲和非均勻性分步進(jìn)行估計(jì)，解決了針對積分時(shí)間可變的可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)無在軌的非均勻性校正的技術(shù)問題。

(3)本發(fā)明充分考慮了可見光近紅外CMOS相機(jī)在不同積分時(shí)間下的線性和非線性噪聲特性，通過多積分時(shí)間下的深海夜晚成像進(jìn)行了有效地去噪；同時(shí)，對類均勻源進(jìn)行了合理可行性的限定，并對類均勻源遙感圖像的選取進(jìn)行了有效地控制，提高了非均勻性估計(jì)的精度，確保了本發(fā)明更具有很強(qiáng)普適性。

(4)本發(fā)明所述的遙感圖像的非均勻性校正方法應(yīng)用于可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)，兼顧了可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)成像特點(diǎn)與可實(shí)行性，對可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)非均勻性校正具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用意義。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中一種遙感圖像的非均勻性校正方法的步驟流程圖。

具體實(shí)施方式

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

參照圖1，示出了本發(fā)明實(shí)施例中一種遙感圖像的非均勻性校正方法的步驟流程圖。在本實(shí)施例中，所述遙感圖像的非均勻性校正方法主要可以應(yīng)用于可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)，對可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)成像進(jìn)行非均勻性校正。

其中，所述遙感圖像的非均勻性校正方法包括：

步驟101，根據(jù)可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)的成像原理，建立積分時(shí)間可變的CMOS相機(jī)的輻射響應(yīng)模型。

在本實(shí)施例中，依據(jù)可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)的成像原理，在充分考慮成像鏈路的噪聲來源的基礎(chǔ)上，可以建立如下積分時(shí)間可變的CMOS相機(jī)的輻射響應(yīng)模型：

DN(i,j)＝f[t,L(i,j)]+n[t,N(i,j)]

其中，i和j為CMOS相機(jī)的像元位置(i∈[1,K]，j∈[1,L])；t∈[1,T]為CMOS相機(jī)可變的積分時(shí)間；DN(i,j)為像元(i,j)的數(shù)字DN值；f[t,L(i,j)]為像元(i,j)在積分時(shí)間t下接收的輻射亮度L(i,j)函數(shù)；n[t,N(i,j)]為像元(i,j)在積分時(shí)間t下的噪聲N(i,j)函數(shù)；K、L和T均為根據(jù)實(shí)際情況確定的常數(shù)值。

步驟102，根據(jù)可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)連續(xù)可變積分時(shí)間下的深海成像結(jié)果和輻射響應(yīng)模型，得到每個(gè)像元的噪聲函數(shù)系數(shù)。

在本實(shí)施例中，可以根據(jù)可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)可變積分時(shí)間的特點(diǎn)，在沒有月光的夜晚對遠(yuǎn)離陸地的大面積的深海進(jìn)行連續(xù)可變積分時(shí)間的成像，通過多次獲得的深海遙感圖像確定每個(gè)像元的噪聲函數(shù)系數(shù)。

優(yōu)選的，所述步驟102可以包括：

子步驟1021，通過可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)在夜晚對深海成像，得到深海遙感圖像。

子步驟1022，根據(jù)深海遙感圖像和所述輻射響應(yīng)模型，確定每個(gè)像元的數(shù)字DN值。

在本實(shí)施例中，在沒有月光的深夜對遠(yuǎn)離陸地的大面積的深海成像時(shí)，可認(rèn)為可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)沒有接收外界的能量，即f[t,L(i,j)]≡0，深海遙感圖像上記錄的數(shù)字DN值完全由面陣CMOS相機(jī)噪聲引起，根據(jù)所述輻射響應(yīng)模型DN(i,j)＝f[t,L(i,j)]+n[t,N(i,j)]，可以確定每個(gè)像元的數(shù)字DN值：DN_t(i,j)＝n[t,N(i,j)]。其中，DN_t(i,j)為CMOS相機(jī)在積分時(shí)間t下像元(i,j)的數(shù)字DN值。

子步驟1023，采用自變量是可變積分時(shí)間t、因變量是遙感圖像DN_t(i,j)值的三次多項(xiàng)式函數(shù)作為噪聲函數(shù)，根據(jù)多次獲得的T景遙感圖像數(shù)字DN值，通過方程①建立矩陣方程②后采用最小范數(shù)解n_t(i,j)＝(T_t^TT_t)^-1T_t^TDN_t(i,j)作為每個(gè)像元(i,j)的噪聲函數(shù)系數(shù)。

在本實(shí)施例中，考慮到可見光近紅外CMOS相機(jī)在不同積分時(shí)間下的線性和非線性噪聲，采用自變量是可變積分時(shí)間t、因變量是遙感圖像DN_t(i,j)值的三次多項(xiàng)式函數(shù)作為噪聲函數(shù)，利用多次獲得的T景遙感圖像數(shù)字DN值，通過方程①建立矩陣方程②后采用最小范數(shù)解n_t(i,j)＝(T_t^TT_t)^-1T_t^TDN_t(i,j)作為每個(gè)像元(i,j)的噪聲函數(shù)系數(shù)。

其中，方程①如下：

DN_t(i,j)＝n[t,N(i,j)]＝n₀(i,j)+n₁(i,j)×t+n₂(i,j)×t²+n₃(i,j)×t³···①

建立的矩陣方程②如下：

其中，n_t(i,j)＝[n₀(i,j) n₁(i,j) n₂(i,j) n₃(i,j)]^T為像元(i,j)的噪聲函數(shù)n[t,N(i,j)]系數(shù)。

需要說明的是，在本實(shí)施例中，將上述子步驟1023得到的每個(gè)像元的噪聲函數(shù)系數(shù)，用于在積分時(shí)間t下獲得的可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)遙感圖像噪聲去除，即可得到無噪聲的遙感圖像數(shù)據(jù)：

且有

步驟103，根據(jù)可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)對類均勻源在不同積分時(shí)間下的成像結(jié)果和所述噪聲函數(shù)系數(shù)，得到每個(gè)像元的非均勻性校正系數(shù)。

在本實(shí)施例中，可以通過可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)對大面積、均勻性好的類均勻源自然目標(biāo)進(jìn)行不同積分時(shí)間t下的成像，并根據(jù)上述步驟102中得到的噪聲函數(shù)系數(shù)對類均勻遙感圖像進(jìn)行去噪處理，基于多次獲得的去噪類均勻遙感圖像計(jì)算得到非均勻性校正系數(shù)。

優(yōu)選的，所述步驟103可以包括：

子步驟1031，從自然目標(biāo)中選擇一個(gè)或多個(gè)作為類均勻源。

在本實(shí)施例中，考慮到面陣CMOS相機(jī)像元的差異性以及成像時(shí)的大氣差異，要求作為類均勻源的自然目標(biāo)的面積大于面陣CMOS相機(jī)的幅寬。

進(jìn)一步的，當(dāng)作為類均勻源的自然目標(biāo)的面積滿足上述大于面陣CMOS相機(jī)的幅寬的要求后，還要求對所選區(qū)域進(jìn)行平均時(shí)地表空間變化對其造成的影響很小，即區(qū)域內(nèi)自然目標(biāo)具有很好均勻性，為了提高無效像元判定的準(zhǔn)確率，要求區(qū)域內(nèi)自然目標(biāo)的均勻性優(yōu)于3％。

子步驟1032，通過可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)對類均勻源成像，得到類均勻源遙感圖像。

為了獲得高精度的校正系數(shù)，在本實(shí)施例中，可以從類均勻源成像結(jié)果中選擇無云的或云量覆蓋小于5％或云量覆蓋大于95％的成像結(jié)果作為最終的類均勻源遙感圖像。

子步驟1033，根據(jù)所述噪聲函數(shù)系數(shù)對所述類均勻源遙感圖像去噪。

子步驟1034，確定去噪后的類均勻源遙感圖像的數(shù)字DN值。

在本實(shí)施例中，可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)在線性工作區(qū)時(shí)，可認(rèn)為積分時(shí)間t下接收的輻射亮度函數(shù)f[t,L(i,j)]與積分時(shí)間成正比，即另外，對類均勻源自然目標(biāo)進(jìn)行成像時(shí)，可認(rèn)為可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)各像元接收外界的能量相同，即(常數(shù))，因此，遙感圖像數(shù)字DN值除以積分時(shí)間t且去除噪聲后的遙感圖像數(shù)字DN值應(yīng)也為常數(shù)，但由于面陣CMOS相機(jī)各像元響應(yīng)的不一致性致使每個(gè)像元的數(shù)字DN值不一致，記為

子步驟1035，采用自變量是去噪后的類均勻源遙感圖像值、因變量是去噪后的類均勻源遙感圖像整景均值的三次多項(xiàng)式函數(shù)作為像元(i,j)的非均勻性校正函數(shù)，根據(jù)多次獲得的T景遙感圖像值，通過方程③建立矩陣方程④后采用最小范數(shù)解作為每個(gè)像元(i,j)的非均勻性校正系數(shù)。

在本實(shí)施例中，考慮到可見光近紅外CMOS相機(jī)在不同積分時(shí)間下的線性和非線性響應(yīng)的不一致性，采用自變量是去噪后的類均勻源遙感圖像值、因變量是去噪后的類均勻源遙感圖像整景均值的三次多項(xiàng)式函數(shù)作為像元(i,j)的非均勻性校正函數(shù)，根據(jù)多次獲得的T景遙感圖像值，通過方程③建立矩陣方程④后采用最小范數(shù)解作為每個(gè)像元(i,j)的非均勻性校正系數(shù)。

其中，方程③如下：

建立的矩陣方程④如下：

其中，R(i,j)＝[R₀(i,j) R₁(i,j) R₂(i,j) R₃(i,j)]^T為像元(i,j)的非均勻性校正系數(shù)。

步驟104，根據(jù)所述噪聲函數(shù)系數(shù)和所述非均勻性校正系數(shù)，對通過可見光近紅外CMOS相機(jī)獲得的遙感圖像進(jìn)行去噪和非均勻性校正處理，得到可見光近紅外CMOS相機(jī)的非均勻性校正的遙感圖像。

在本實(shí)施例中，對可見光近紅外CMOS相機(jī)獲得的遙感圖像數(shù)據(jù)，先后利用步驟102得到的噪聲函數(shù)系數(shù)和步驟103得到的非均勻性校正系數(shù)，進(jìn)行噪聲去除和非均勻性校正，進(jìn)而可以得到可見光近紅外CMOS相機(jī)的非均勻性校正的遙感圖像DN_R(i,j)＝f[t,L(i,j)]。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所述的一種遙感圖像的非均勻性校正方法，實(shí)現(xiàn)了對可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)的非均勻性校正，將面陣CMOS相機(jī)的各像元輸出值調(diào)整到同一基準(zhǔn)，使得各像元對完全相同的地物具有相同的數(shù)字DN輸出值，克服了獲得的遙感圖像數(shù)據(jù)失真的問題。

其次，本發(fā)明實(shí)施例所述的遙感圖像的非均勻性校正方法，針對可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)的可變積分時(shí)間特點(diǎn)，建立積分時(shí)間可變的CMOS相機(jī)輻射響應(yīng)函數(shù)模型，通過對噪聲和非均勻性分步進(jìn)行估計(jì)，解決了針對積分時(shí)間可變的可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)無在軌的非均勻性校正的技術(shù)問題。

再次，本發(fā)明實(shí)施例充分考慮了可見光近紅外CMOS相機(jī)在不同積分時(shí)間下的線性和非線性噪聲特性，通過多積分時(shí)間下的深海夜晚成像進(jìn)行了有效地去噪；同時(shí)，對類均勻源進(jìn)行了合理可行性的限定，并對類均勻源遙感圖像的選取進(jìn)行了有效地控制，提高了非均勻性估計(jì)的精度，確保了本發(fā)明更具有很強(qiáng)普適性。

此外，本發(fā)明實(shí)施例所述的遙感圖像的非均勻性校正方法可以應(yīng)用于可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)，兼顧了可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)成像特點(diǎn)與可實(shí)行性，對可見光近紅外面陣CMOS相機(jī)非均勻性校正具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用意義。

以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)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(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)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)。