一種對地建筑群遙感圖像頻譜特性約束的去噪方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)字圖像處理技術(shù)與航天科技的交叉領(lǐng)域，更具體地，涉及一種對地 建筑群遙感圖像頻譜特性約束的去噪方法，用于高速飛行器遙感、探測、導(dǎo)航和制導(dǎo)時(shí)的圖 像預(yù)處理過程。
【背景技術(shù)】
[0002] 高速飛行器遙感、探測、導(dǎo)航和制導(dǎo)是二十一世紀(jì)航空航天事業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要 領(lǐng)域，在未來的高科技和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。但是由于高速 飛行器成像系統(tǒng)的高幀頻特性，成像積分時(shí)間短，從而導(dǎo)致傳感器噪聲強(qiáng)；以高速飛行器為 平臺(tái)的遙感、探測、導(dǎo)航和制導(dǎo)受到了傳感器噪聲的嚴(yán)重干擾。
[0003] 對于一般情況下的弱噪聲，傳統(tǒng)的濾波去噪方法可以較好地實(shí)現(xiàn)圖像去噪。但是 在動(dòng)平臺(tái)條件下，成像積分時(shí)間短，導(dǎo)致傳感器噪聲很強(qiáng)，傳統(tǒng)的濾波去噪方法常常無能為 力。
[0004] 傳統(tǒng)的頻域?yàn)V波方法（如高斯低通濾波器、小波去噪等）都沒有考慮目標(biāo)的頻譜 特性，僅是通過盲目地濾掉圖像的高頻成分、保留圖像的低頻成分來實(shí)現(xiàn)圖像去噪。但是圖 像中的目標(biāo)及某些部分有一定的方向性，其在一個(gè)方向上是低頻成分，在另外一個(gè)方向上 卻表現(xiàn)為高頻或中頻成分。傳統(tǒng)的頻域?yàn)V波方法盲目地濾掉圖像的高頻成分，其針對強(qiáng)噪 聲的去噪效果不好；在濾除噪聲的同時(shí)丟失圖像的細(xì)節(jié)信息，使圖像更加模糊，增加后續(xù)處 理難度。一些流行的空域去噪方法（如非局部均值去噪、奇異值分解去噪）在圖像信噪比 較高的條件下去噪效果良好，而對于信噪比較低的強(qiáng)噪聲圖像，去噪效果明顯下降，同時(shí)空 域平滑引起圖像模糊，丟失了大量圖像的邊緣細(xì)節(jié)信息，更重要的是，這類方法計(jì)算非常耗 時(shí)，實(shí)時(shí)性不高，無法滿足動(dòng)平臺(tái)條件下成像系統(tǒng)的高幀頻特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種對地建筑群遙感圖像頻 譜特性約束的去噪方法和系統(tǒng)，用于對高速飛行器遙感、探測、導(dǎo)航和制導(dǎo)時(shí)獲取的地面建 筑群目標(biāo)實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行去噪，其目的在于，解決現(xiàn)有去噪方法針對強(qiáng)噪聲去噪效果差、丟失 圖像細(xì)節(jié)信息造成圖像模糊從而增加后續(xù)處理難度的技術(shù)問題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種對地建筑群遙感圖像頻譜 特性約束的去噪方法，包括以下步驟：
[0007] (1)從地面建筑群遙感圖像庫中獲取地面建筑群目標(biāo)參考圖像，對該參考圖像進(jìn) 行傅里葉變換得到幅頻譜，對其幅頻譜結(jié)果進(jìn)行閾值分割、腐蝕、和膨脹操作，以獲取地面 建筑群目標(biāo)頻譜二值模板；
[0008] (2)高速飛行器飛行獲取地面建筑群目標(biāo)實(shí)時(shí)圖像，對該實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行傅里葉變 換得到頻譜，利用獲取的地面建筑群目標(biāo)頻譜二值模板對實(shí)時(shí)圖像的頻譜進(jìn)行頻域?yàn)V波處 理，再進(jìn)行傅里葉逆變換以生成濾波后的地面建筑群目標(biāo)實(shí)時(shí)圖像。
[0009] 優(yōu)選地，步驟（1)包括以下子步驟：
[0010] (1.1)從地面建筑群遙感圖像庫中獲取地面建筑群目標(biāo)參考圖像P，對參考圖像P 進(jìn)行二維快速傅里葉變換并中心化，得到參考圖像P的中心化頻譜P;
[0011](1. 2)根據(jù)參考圖像P的中心化頻譜P計(jì)算其幅頻譜戶，即中心化頻譜P的模， 戶=|尸|;
[0012] (1.3)統(tǒng)計(jì)幅頻譜P的直方圖分布Histp(x)，并對直方圖分布Histp(x)進(jìn)行歸一 , /Ustjx) 化，以得到歸一化直方圖{x) =J\msti：(x)；其中橫坐標(biāo)x為幅頻譜戶的幅度值； X
[0013] (1.4)根據(jù)歸一化直方圖Hist/ (x)計(jì)算分割閾值T，使其滿足條件： &〃叫? = 其中Y是目標(biāo)頻譜模板保留量；
[0014] (1. 5)根據(jù)分割閾值T對幅頻譜戶進(jìn)行閾值分割，以得到二值分割結(jié)果叭；
[0015](1. 6)對二值分割結(jié)果進(jìn)行腐蝕操作，再進(jìn)行膨脹操作，以得到處理后的地 面建筑群目標(biāo)頻譜二值模板BW。
[0016] 優(yōu)選地，步驟（1. 2)具體為，對于中心化頻譜P中的每一點(diǎn)P(u,v), (u,v)是點(diǎn)坐 標(biāo)，滿足條件1彡u彡256, 1彡v彡256 ;P(u,v)有如下復(fù)數(shù)形式P(u,v) =a+bi，a,b為常 數(shù)；計(jì)算幅頻譜.戶上每一點(diǎn)廠(W =p(i/, =」(a2 +b2)，得到幅頻譜P;
[0017] 優(yōu)選地，步驟（1. 5)具體為，對于幅頻譜戶中每一點(diǎn)/^,v)，如果則二 值分割結(jié)果BW。中對應(yīng)的點(diǎn)BWQ(u，v) = 1 ;否則BWQ(u，v) = 0。
[0018] 優(yōu)選地，步驟（2)包括以下子步驟：
[0019] (2. 1)高速飛行器飛行獲取地面建筑群目標(biāo)實(shí)時(shí)圖像f，對其進(jìn)行二維快速傅里 葉變換并中心化，以得到實(shí)時(shí)圖像f的中心化頻譜F;
[0020] (2. 2)根據(jù)步驟（1. 6)中生成的地面建筑群目標(biāo)頻譜二值模板BW構(gòu)造相應(yīng)的濾波 器函數(shù)H;
[0021] (2. 3)將中心化頻譜F與濾波器函數(shù)H的對應(yīng)元素進(jìn)行點(diǎn)乘，以得到濾波后的實(shí)時(shí) 圖像頻譜G，即G=F. *H，從而實(shí)現(xiàn)對實(shí)時(shí)圖像f的頻域?yàn)V波；
[0022] (2. 4)將濾波后的實(shí)時(shí)圖像頻譜G進(jìn)行二維快速傅里葉逆變換（IFFT)，并對變換 結(jié)果取模，以得到去噪后的實(shí)時(shí)圖像g;
[0023] 優(yōu)選地，步驟（2. 2)具體為，首先構(gòu)造濾波器函數(shù)H:
[0024]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種對地建筑群遙感圖像頻譜特性約束的去噪方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 從地面建筑群遙感圖像庫中獲取地面建筑群目標(biāo)參考圖像，對該參考圖像進(jìn)行傅 里葉變換得到幅頻譜，對其幅頻譜結(jié)果進(jìn)行閾值分割、腐蝕、和膨脹操作，以獲取地面建筑 群目標(biāo)頻譜二值模板； (2) 高速飛行器飛行獲取地面建筑群目標(biāo)實(shí)時(shí)圖像，對該實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行傅里葉變換得 到頻譜，利用獲取的地面建筑群目標(biāo)頻譜二值模板對實(shí)時(shí)圖像的頻譜進(jìn)行頻域?yàn)V波處理， 再進(jìn)行傅里葉逆變換以生成濾波后的地面建筑群目標(biāo)實(shí)時(shí)圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的去噪方法，其特征在于，步驟（1)包括以下子步驟： (1. 1)從地面建筑群遙感圖像庫中獲取地面建筑群目標(biāo)參考圖像P，對參考圖像P進(jìn)行 二維快速傅里葉變換并中心化，得到參考圖像P的中心化頻譜P; (1. 2)根據(jù)參考圖像p的中心化頻譜P計(jì)算其幅頻譜戶，即中心化頻譜P的模，P= |P|; (1. 3)統(tǒng)計(jì)幅頻譜P的直方圖分布Histp (x)，并對直方圖分布Histp (x)進(jìn)行歸一化，以 得到歸一化直方圖
：其中橫坐標(biāo)x為幅頻譜戶的幅度值； (1. 4)根據(jù)歸一化直方圖Hist/ (x)計(jì)算分割閾值T，使其滿足條件：
，其中Y是目標(biāo)頻譜模板保留量； (1.5)根據(jù)分害綱值T對幅頻譜P進(jìn)行閾值分害I]，以得至IJ二值分害I]結(jié)果BWq; (1. 6)對二值分割結(jié)果進(jìn)行腐蝕操作，再進(jìn)行膨脹操作，以得到處理后的地面建 筑群目標(biāo)頻譜二值模板BW。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的去噪方法，其特征在于，步驟（1.2)具體為，對于中心化頻譜 P中的每一點(diǎn)P(U,V)，（u,V)是點(diǎn)坐標(biāo)，滿足條件1彡11彡256,Kv；^256 ;P(u,V)有如下復(fù) 數(shù)形式P(u,v) =a+bi,a,b為常數(shù)；計(jì)算幅頻譜戶上每一點(diǎn)
得到幅頻譜F。
4. 根據(jù)權(quán)矛'要求3所述的去噪方法，其特征在于，步驟（1.5)具體為，對于幅頻譜P
中每一點(diǎn)Akv)，如果作/.1〇2_「，則二值分割結(jié)果BW。中對應(yīng)的點(diǎn)BWQ(u,v) = 1 ;否則 Bff〇 (u,v) = 0 〇
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的去噪方法，其特征在于，步驟（2)包括以下子步驟： (2. 1)高速飛行器飛行獲取地面建筑群目標(biāo)實(shí)時(shí)圖像f，對其進(jìn)行二維快速傅里葉變 換并中心化，以得到實(shí)時(shí)圖像f的中心化頻譜F; (2. 2)根據(jù)步驟（1. 6)中生成的地面建筑群目標(biāo)頻譜二值模板BW構(gòu)造相應(yīng)的濾波器函 數(shù)H; (2. 3)將中心化頻譜F與濾波器函數(shù)H的對應(yīng)元素進(jìn)行點(diǎn)乘，以得到濾波后的實(shí)時(shí)圖像 頻譜G，即G=F. *H，從而實(shí)現(xiàn)對實(shí)時(shí)圖像f的頻域?yàn)V波； (2.4)將濾波后的實(shí)時(shí)圖像頻譜G進(jìn)行二維快速傅里葉逆變換（IFFT)，并對變換結(jié)果 取模，以得到去噪后的實(shí)時(shí)圖像g。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的去噪方法，其特征在于，步驟（2.2)具體為，首先構(gòu)造濾波器 函數(shù)H:
其中BW(u，v)是BW上任意一點(diǎn)；H(y)是濾波器函數(shù)H上任意一點(diǎn)，<y) 表示該點(diǎn)坐標(biāo)，且（U'，V') = (u,V), 1彡u'彡256, 1彡V'彡256 ;其中A%為濾波 頻譜保留比例。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的去噪方法，其特征在于，具體（2.4)具體為，對于中心化頻譜 F上任意一點(diǎn)F(u'，v')及濾波器函數(shù)H上對應(yīng)的點(diǎn)H(u'，v')，計(jì)算濾波后的實(shí)時(shí)圖 像頻譜G上對應(yīng)的點(diǎn)G(u'，v' )=F(u'，v' )*H(y，v')，得到濾波后的實(shí)時(shí)圖像 頻譜G。
8. -種對地建筑群遙感圖像頻譜特性約束的去噪方法，其特征在于，包括： 第一模塊，用于從地面建筑群遙感圖像庫中獲取地面建筑群目標(biāo)參考圖像，對該參考 圖像進(jìn)行傅里葉變換得到幅頻譜，對其幅頻譜結(jié)果進(jìn)行閾值分割、腐蝕、和膨脹操作，以獲 取地面建筑群目標(biāo)頻譜二值模板； 第二模塊，用于高速飛行器飛行獲取地面建筑群目標(biāo)實(shí)時(shí)圖像，對該實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行傅 里葉變換得到頻譜，利用獲取的地面建筑群目標(biāo)頻譜二值模板對實(shí)時(shí)圖像的頻譜進(jìn)行頻域 濾波處理，再進(jìn)行傅里葉逆變換以生成濾波后的地面建筑群目標(biāo)實(shí)時(shí)圖像。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種對地建筑群遙感圖像頻譜特性約束的去噪方法，其特征在于，包括：從地面建筑群遙感圖像庫中獲取地面建筑群目標(biāo)參考圖像，對該參考圖像進(jìn)行傅里葉變換得到幅頻譜，對其幅頻譜結(jié)果進(jìn)行閾值分割、腐蝕、和膨脹操作，以獲取地面建筑群目標(biāo)頻譜二值模板，高速飛行器飛行獲取地面建筑群目標(biāo)實(shí)時(shí)圖像，對該實(shí)時(shí)圖像進(jìn)行傅里葉變換得到頻譜，利用獲取的地面建筑群目標(biāo)頻譜二值模板對實(shí)時(shí)圖像的頻譜進(jìn)行頻域?yàn)V波處理，再進(jìn)行傅里葉逆變換以生成濾波后的地面建筑群目標(biāo)實(shí)時(shí)圖像。本發(fā)明能夠解決現(xiàn)有去噪方法針對強(qiáng)噪聲去噪效果差、丟失圖像細(xì)節(jié)信息造成圖像模糊從而增加后續(xù)處理難度的技術(shù)問題。
【IPC分類】G06T5-10
【公開號】CN104574324
【申請?zhí)枴緾N201410844639
【發(fā)明人】張?zhí)煨? 王正, 何力, 劉立, 候旋, 章川, 凡速飛, 陳一夢
【申請人】華中科技大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月30日