本發(fā)明屬于遙感圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及一種根據(jù)行間模糊核相似程度，逐行構(gòu)建尺寸自適應(yīng)的圖像塊用于tdi顫振圖像復原的方法。

背景技術(shù)：

由于國家安全和國防建設(shè)的需求，高分辨對地觀測技術(shù)已經(jīng)作為我國國防科技工業(yè)的重點完成任務(wù)之一，但是衛(wèi)星上的顫振制約高分辨對地觀測能力，已經(jīng)成為影響衛(wèi)星光學成像質(zhì)量的重要因素之一。tdi-ccd相機作為衛(wèi)星上可見光成像的一種重要載荷，其基于對同一目標多次曝光，通過延遲積分的方法增加光能收集。但當衛(wèi)星存在顫振的情況下，曝光時間的增加會加重圖像的模糊效果。同時由于tdi相機采用逐行推掃成像的方法，其獲得的圖像每行模糊核都存在差異。

針對遙感衛(wèi)星中，tdi-ccd相機獲得的圖像模糊不清，且圖像的點擴散函數(shù)(psf)存在空間變化性的問題。目前，已采用根據(jù)顫振路徑獲得模糊核，對模糊圖像實現(xiàn)逐行復原的方法。顫振路徑的探測方面，主要有基于梯度的多幅圖像配準、相位幅角相關(guān)匹配等方法。圖像去模糊方面，主要采用維納濾波、richardson-lucy(rl)算法、全變分方法等。由于維納濾波、rl算法能過對圖像實現(xiàn)快速復原，但會產(chǎn)生大量振鈴，當待復原圖像塊尺寸比較小時，對圖像的復原效果相對不穩(wěn)定；全變分方法能夠確保振鈴有效抑制，但難以恢復圖像細節(jié)。在對圖像進行逐行去模糊的過程中，提取的待復原圖像塊尺寸一般固定不變，如果選擇的尺寸值較大，則圖像復原時間較長；如果選擇的尺寸值較小，則圖像的復原效果可能較差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于圖像塊自適應(yīng)調(diào)整的tdi顫振圖像復原方法，在圖像psf空間變化的情況下，對逐行進行復原的圖像塊實現(xiàn)自適應(yīng)控制尺寸，保證圖像復原效率的同時，提高tdi顫振圖像的復原效果。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種基于圖像塊自適應(yīng)調(diào)整的tdi顫振圖像復原方法，該方法包括以下步驟：

1)獲取顫振路徑，同時根據(jù)顫振路徑計算tdi顫振圖像每行的模糊核；分別將各行模糊核像素信息、模糊核尺寸信息構(gòu)建成矩陣；

2)逐行獲得模糊核沿推掃方向的尺寸，計算模糊核沿推掃方向上的邊緣區(qū)域的像素值與總像素值的比值w；判斷w與閾值w0的大小，w>w0時執(zhí)行步驟3)，否則進入下一行；w0≥0.1；

3)計算行間模糊核相似程度ks，判斷ks與閾值ks0的大小，ks＞ks0時，增加圖像塊尺寸，否則，圖像塊尺寸不變或減??；ks0在0.7到0.9之間；

4)利用圖像塊對顫振圖像實現(xiàn)逐行復原。

進一步地，所述的步驟2)中，所述邊緣區(qū)域為模糊核除中間三行外的區(qū)域，設(shè)待復原行模糊核沿推掃方向的尺寸大小為h，在對顫振圖像進行逐行復原過程中，如果h值小于等于3像素，則表明沿推掃方向上的tdi顫振很小，圖像塊行數(shù)的增加對圖像復原效果無影響，直接取以待復原行為中間行，長度為4h，寬度為顫振圖像列數(shù)的圖像塊；如果h值大于3像素，則計算模糊核中間三行外的像素值與總像素值的比值，如果比值大于0.1，則說明沿推掃方向的顫振較大，需要計算行間模糊核相似程度，判定待復原圖像塊的最佳尺寸；如果比值小于等于0.1，則說明沿推掃方向的顫振較小，直接取以待復原行為中間行，長為4h，寬為顫振圖像列數(shù)的圖像塊用于復原。

進一步地，所述的步驟3)中，行間模糊核相似程度ks的計算公式如下：

其中，k1為待復原行的模糊核，k2為待復原行的鄰近行的模糊核，i、j分別為模糊核中列向、行向的像素位置，r、c分別為k2相對于k1列向、行向的偏移量，表示l2正則化公式；如果矩陣ks(k1,k2)的行、列數(shù)為奇數(shù)，則用其中間值作為k1、k2的相似度程度判定；如果矩陣ks(k1,k2)的行、列數(shù)為偶數(shù)，則取其中間兩行兩列的最大值，作為k1、k2的相似度程度判定。

進一步地，所述的步驟3)中，與待復原行的距離在h以內(nèi)的鄰近行，若其與待復原行之間的模糊核相似程度值小于等于0.7，則說明待復原行與鄰近行之間的模糊核差異較大，設(shè)置與待復原行相距2h大小的行為圖像塊的邊界行；若其與待復原行之間的模糊核相似程度值大于0.7，則不斷擴展圖像塊尺寸，直到圖像塊上下邊界行與待復原行的模糊核相似程度小于0.7，或者圖像塊上下邊界行到待復原行的距離達到3h；若待復原行與其鄰近行的模糊核大小持續(xù)保持在0.95及以上，說明兩者的模糊核非常相似，可以將圖像塊上下邊界行擴展至與待復原行的距離為4h大小。

本發(fā)明的意義是：由于tdi-ccd相機逐行推掃成像的特性，獲得的顫振圖像各行模糊核之間存在差異，需要對顫振圖像進行逐行復原。逐行復原過程中，選取的圖像塊一般以待復原行為中心，模糊核推掃方向上尺寸的四倍為長度，顫振圖像列數(shù)為寬度。但實驗發(fā)現(xiàn)，待復原圖像塊的長度和行間模糊核的差異程度共同影響顫振圖像的復原效果：當行間模糊核非常相似時，適當增加待復原圖像塊的尺寸可以有效提高圖像復原效果；當行間模糊核相差很大時，增加圖像塊尺寸對圖像的恢復效果沒有作用，甚至可能降低圖像復原效果。衛(wèi)星的顫振路徑具有隨機性，因此獲得的顫振圖像行間模糊核的差異程度也存在隨機性，這時就需要構(gòu)建判定行間模糊核相似程度的公式，通過行間模糊核的相似程度，自適應(yīng)調(diào)整待復原圖像塊尺寸，保證在復原效率相對高的情況下，提高tdi顫振圖像復原效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明通過構(gòu)建模糊核相似程度實現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)整待復原圖像塊尺寸的流程圖；

圖2為本發(fā)明選取的tdi顫振路徑圖，(a)為沿推掃方向的顫振路徑圖，(b)為垂直于推掃方向的顫振路徑圖；

圖3為本發(fā)明的遙感圖像清晰圖；

圖4為本發(fā)明的遙感圖像顫振圖；

圖5為本發(fā)明的最終圖像復原圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

本發(fā)明提供的一種基于圖像塊自適應(yīng)調(diào)整的tdi顫振圖像復原方法，該方法包括以下步驟：

1)獲取顫振路徑，同時根據(jù)顫振路徑計算tdi顫振圖像每行的模糊核；分別將各行模糊核像素信息、模糊核尺寸信息構(gòu)建成矩陣；

2)逐行獲得模糊核沿推掃方向的尺寸，計算模糊核沿推掃方向上的邊緣區(qū)域的像素值與總像素值的比值w；判斷w與閾值w0的大小，w>w0時執(zhí)行步驟3)，否則進入下一行；w0≥0.1；

3)對tdi顫振圖像進行逐行去模糊的過程中，計算待復原行的模糊核與其鄰近行的模糊核相似情況，即計算行間模糊核相似程度ks，判斷ks與閾值ks0的大小，ks＞ks0時，增加圖像塊尺寸，否則，圖像塊尺寸不變或減??；ks0在0.7到0.9之間；

4)利用圖像塊對顫振圖像實現(xiàn)逐行復原。

進一步地，所述的步驟2)中，所述邊緣區(qū)域為模糊核除中間三行外的區(qū)域；因為tdi-ccd相機的逐行掃描特性，模糊核沿推掃方向的尺寸大小即為模糊核行數(shù)，設(shè)為h；在對顫振圖像進行逐行復原過程中，如果h值小于等于3像素，則表明沿推掃方向上的tdi顫振很小，圖像塊行數(shù)的增加對圖像復原效果無影響，直接取以待復原行為中間行，長度為4h，寬度為顫振圖像列數(shù)的圖像塊；如果h值大于3像素，則計算模糊核中間三行外的像素值與總像素值的比值，如果比值大于0.1，則說明沿推掃方向的顫振較大，需要計算行間模糊核相似程度，判定待復原圖像塊的最佳尺寸；如果比值小于等于0.1，則說明沿推掃方向的顫振較小，直接取以待復原行為中間行，長為4h，寬為顫振圖像列數(shù)的圖像塊用于復原。

進一步地，所述的步驟3)中，行間模糊核相似程度ks的計算公式如下：

其中，k1為待復原行的模糊核，k2為待復原行的鄰近行的模糊核，i、j分別為模糊核中列向、行向的像素位置，r、c分別為k2相對于k1列向、行向的偏移量，表示l2正則化公式；如果矩陣ks(k1,k2)的行、列數(shù)為奇數(shù)，則用其中間值作為k1、k2的相似度程度判定；如果矩陣ks(k1,k2)的行、列數(shù)為偶數(shù)，則取其中間兩行兩列的最大值，作為k1、k2的相似度程度判定。

進一步地，所述的步驟3)中：

與待復原行的距離在h以內(nèi)的鄰近行，若其與待復原行之間的模糊核相似程度值小于等于0.7，則說明待復原行與鄰近行之間的模糊核差異較大，設(shè)置與待復原行相距2h大小的行為圖像塊的邊界行；

若其與待復原行之間的模糊核相似程度值大于0.7，則不斷擴展圖像塊尺寸，直到圖像塊上下邊界行與待復原行的模糊核相似程度小于0.7，或者圖像塊上下邊界行到待復原行的距離達到3h；

若待復原行與其鄰近行的模糊核相似程度值持續(xù)保持在0.95及以上，說明兩者的模糊核非常相似，可以將圖像塊上下邊界行擴展至與待復原行的距離為4h大小。

進一步地，所述的步驟4)具體為：

(4.1)根據(jù)顫振路徑信息，對顫振圖像逐行消形變；

逐行復原過程中，計算當前行模糊核中心的沿推掃方向(橫向)偏移量和垂直推掃方向(縱向)偏移量，將待復原圖像塊根據(jù)偏移量實現(xiàn)平移。

(4.2)利用去模糊公式，對顫振圖像逐行去模糊。

去模糊公式采用數(shù)值保真項優(yōu)化的tdi遙感圖像復原方法，公式如下：

上述公式中，第一項為數(shù)值保真項，第二項為正則化項。i表示原始清晰圖像，b為模糊圖像，k為卷積核，包含了0階到2階的偏微分算子，μ為正則項權(quán)重因子，為梯度算子，表示0到2階偏微分算子對應(yīng)的的數(shù)值保真項所占的權(quán)重。

實施例1

本實施例中，根據(jù)模糊核相似程度自適應(yīng)控制待復原圖像塊尺寸的具體步驟如圖1所示，應(yīng)用本發(fā)明的方法實現(xiàn)tdi顫振圖像復原的具體步驟如下：

步驟1：根據(jù)顫振路徑獲得圖像每行的模糊核大小。本實施例采用兩種不同正弦函數(shù)組合而成的顫振路徑，對遙感圖像進行顫振。

組合后的顫振路徑公式如下，路徑圖參見圖2。

motionx＝amp1*cos(degree1)*sin(2π*freq1*t*x+phase1)+amp2*cos(degree2)*sin(2π*freq2*t*x+phase2)；

motiony＝amp1*sin(degree1)*sin(2π*freq1*t*x+phase1)+amp2*sin(degree2)*sin(2π*freq2*t*x+phase2)；

motion＝motionx+motiony；

上述公式中，amp1、amp2為顫振振幅,degree1、degree2為兩種正弦函數(shù)運動方向與推掃方向的夾角，freq1、freq2為顫振頻率，phase1、phase2為顫振相位，t為遙感圖像單行積分時間，x為從1到圖像行數(shù)和積分級數(shù)總和的間隔為1的向量，motionx、motiony分別表示垂直于推掃方向和沿推掃方向的顫振路徑，motion為實際顫振路徑。

由于tdi-ccd相機的逐行推掃特性，遙感圖像成像過程中每行受到的顫振模糊都不同，根據(jù)遙感圖像各行的顫振路徑獲得其模糊核信息。

原始清晰遙感圖像和顫振后的遙感圖像參見圖3、圖4。

步驟2：設(shè)模糊核沿推掃方向上的尺寸為h。在對tdi顫振圖像進行逐行復原過程中，判斷顫振圖像模糊核推掃方向上的尺寸h的大?。喝绻鹔小于等于3，則表明沿推掃方向上的顫振很小，待復原圖像塊行數(shù)取4h；如果h大于3，計算推掃方向上除中間三行外的值占總值的比重。如果比值小于0.1，則表明沿推掃方向的顫振較小，可以忽略，待復原圖像塊行數(shù)大小直接取4h。如果比值大于等于0.1，則表明沿推掃方向的顫振不可忽視，待復原圖像塊的行數(shù)大小可能影響圖像的復原效果，進入步驟3。

步驟3：利用構(gòu)建的模糊核相似程度公式測量行間模糊核的差異性情況。行間模糊核相似程度公式如下：

其中，k1、k2為顫振圖像兩行的模糊核，i、j分別為模糊核中列向、行向的像素位置，r、c分別為k2相對于k1列向、行向的偏移量，表示l2正則化公式。設(shè)定k1的行數(shù)、列數(shù)分別為kr1、kc1，k2的行數(shù)、列數(shù)分別為kr2、kc2,ks(k1,k2)矩陣中第(kr1+kr2)/2行到第(kr1+kr2)/2+2行，第(kc1+kc2)/2列到第(kc1+kc2)/2+2列中的最大值，作為模糊核k1、k2之間相似程度判據(jù)。

當復原顫振圖像每一行時，利用上述模糊核相似程度公式計算獲得當前行與鄰近行的模糊核相似程度。先計算當前行以上，與當前行距離為1到2h的臨近行和當前行的模糊核相似情況，如果相似程度值小于等于0.7，則直接采用待復原圖像塊的上行距離當前行為2h；如果相似程度值大于0.7時，不斷向上擴展圖像塊行數(shù)，并計算該行與當前行的模糊核相似程度情況，直到當前行與圖像塊最上行的相似程度值小于0.7或者圖像塊最上行距離當前行為3h；如果相似程度值持續(xù)在0.95以上，則將圖像塊最上行與當前行的距離延伸到4h。待復原圖像塊的最下行選取與其最上行選取一致。

步驟4：利用去模糊算法對顫振圖像實現(xiàn)逐行去模糊，最終的遙感顫振復原圖參見圖5。去模糊方法采用數(shù)值保真項優(yōu)化的tdi遙感圖像復原方法，公式如下：

上述公式中，第一項為數(shù)值保真項，第二項為正則化項。i表示原始清晰圖像，b為模糊圖像，k為卷積核，包含了0階到2階的偏微分算子，μ為正則項權(quán)重因子，為梯度算子，表示0到2階偏微分算子對應(yīng)的的數(shù)值保真項所占的權(quán)重。