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光学遥感图像质量提升及评价技术研究

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作者:
崔光茫
导师:
冯华君,徐之海
学科专业:
光学工程 
文献出处:
浙江大学 2016年
关键词:
光学遥感图像论文  遥感成像链路论文  图像质量提升论文  图像复原论文  图像融合论文  噪声评价论文  信噪比计算论文  图像质量评价论文  

摘要:光学遥感成像是一种重要的信息探测手段,它依靠接收目标自身辐射来进行信息获取,在城市规划、环境监测、资源勘探等民用领域以及侦察预警、目标识别等军事领域有着重要的应用价值。在遥感成像链路过程中,遥感图像会受到各种退化因素的影响,包括目标辐射、大气扰动、光学成像系统、电子信号转换、卫星平台颤振等,这些退化因素都会不同程度的引起遥感图像的退化,导致图像质量的下降,影响了图像的后续处理,严重制约了遥感图像的应用。利用在轨设备优化手段耗资巨大、周期长,并且效果有限。在已有硬件条件下,如何通过软件处理的手段,提出遥感图像质量改善提升的技术方法,一直是人们关注的重点。此外,对于遥感图像建立客观完善的图像质量定量评价标准,为卫星参数的调整和提升算法提供指导,也具重要的意义。本文通过对遥感成像链路的退化因素进行分析,结合视觉显著特性,重点研究了遥感图噪声水平估计和噪声图像质量评价方法,研究并提出了多种遥感图像质量改善提升的处理算法,并针对月面模糊图像质量提升的任务,设计了针对性的图像复原方案和评价方法,满足了任务需求。分析了光学遥感图像成像链路模型,建立了地物模型、大气传输辐射模型、相机模型、轨道姿态模型。讨论和分析了光学遥感成像主要的退化因素,针对每种类型的退化因素,分析了图像退化产生的原因,建立了对应的数学模型。在遥感图像质量提升技术方面开展了深入研究。针对单幅图像复原问题,提出了一种基于自适应参考图的改进RL非盲复原方法,通过引入两个阶段的自适应参考图,更为准确地计算图像边缘信息,在振铃抑制和细节保持上有很好的表现;利用同一目标场景的长曝光模糊图像和短曝光噪声图像,提出了一种基于长短曝光图像对的图像复原算法,引入局部约束掩膜矩阵和显著性权重图,有效增强了复原结果的细节,同时抑制了噪声和振铃效应;针对遥感图像去噪,提出了一种基于非下采样轮廓波变换和相对总变分约束的遥感图像去噪方法;为了能够综合利用不同波段的遥感图像信息,提出了一种基于多源图像融合的遥感图像信息量提升方法,结合显著性提取和多尺度分解技术开展了多波段图像融合研究,融合结果有效保留和增强了不同波段图像的信息,显著提升了图像信息量。总结了典型的图像质量评价方法,介绍了针对光学遥感图像的几种特定评价参数,分析了几种遥感图像信噪比计算方法的特点和适用范围。为了能够更好的实现图像信号成分和噪声成分的有效分离,构建了图像信号仿射重建模型,将噪声图分割为若干大小相当的图像块,求解仿射重建模型得到信号图。在此基础上,提出了一种基于噪声水平累积的图像噪声和信噪比估计方法,计算出各图像分块的强度-噪声散点分布图,并将图像强度各区间噪声标准差值加权求和得到噪声水平累计值和信噪比累积指标数值。结合人眼视觉对比敏感函数和仿射重建模型,提出了一种针对噪声图像的无参考质量评价方法,评价算法对不同数据库都具有很好的主客观一致性和准确性。开展了大像移月面模糊图像复原技术研究,分析了大像移月面成像的任务需求和图像特点,针对性地设计了两种图像复原算法,制定了整体的实验方案。分别开展了理论仿真实验和地面实拍仿真实验,对仿真实验复原前后的图像进行了质量评价比较,验证了两种复原算法的有效性。针对不同像移量的实拍月面模糊图,进行了复原实验。分析了原始模糊图像中的压缩块效应,验证了复原结果能够有效的去除块效应现象。设计了一种无参考的综合图像质量提升评价方法,对于实拍月面图复原结果进行了图像质量的评价比较,验证了复原算法能够显著提升图像质量。

致谢

摘要

ABSTRACT

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 光学遥感图像质量提升技术国内外研究现状

1.2.2 光学遥感图像质量评价国内外研究现状

1.3 论文章节安排

2 光学遥感图像成像链路退化因素分析

2.1 光学遥感图像成像链路模型

2.1.1 地物模型

2.1.2 大气传输辐射模型

2.1.3 相机模型

2.1.4 轨道姿态模型

2.2 光学遥感图像成像退化因素分析

2.2.1 大气传输退化

2.2.2 成像系统退化

2.2.3 卫星平台颤振

2.2.4 相对运动像移模糊

2.3 本章小结

3 遥感图像质量提升技术研究

3.1 典型的图像复原方法

3.2 基于自适应参考图的RL复原方法

3.2.1 自适应参考图估计

3.2.2 改进的RL算法

3.2.3 算法参数设置

3.2.4 复原结果与讨论

3.3 基于长短曝光图像对的图像复原方法

3.3.1 图像预处理和模糊核估计

3.3.2 基于局部约束RL算法的初步复原

3.3.3 增益控制的余量去卷积

3.3.4 实验结果与讨论

3.4 基于非下采样轮廓波变换和相对总变分约束的遥感图像去噪方法

3.4.1 非下采样轮廓波变换和相对总变分算子

3.4.2 多尺度图像去噪声

3.4.3 去噪实验结果

3.5 基于多源图像融合的遥感图像信息量提升方法

3.5.1 边缘保持的图像平滑技术

3.5.2 频率调节的图像显著性提取

3.5.3 多尺度多源图像融合框架

3.5.4 实验结果分析

3.6 本章小结

4 图像噪声水平评估及噪声图像质量评价研究

4.1 典型图像质量评价及信噪比估计方法

4.1.1 典型图像质量评价方法

4.1.2 光学遥感图像质量评价参数

4.1.3 遥感图像信噪比计算方法

4.2 图像信号仿射重建模型

4.2.1 图像分割

4.2.2 图像信号仿射重建

4.2.3 分块边界模糊处理

4.3 基于噪声水平累积的图像噪声及信噪比估计方法

4.3.1 噪声及信噪比估计算法流程

4.3.2 实验结果及评价

4.3.3 算法讨论及应用

4.4 基于对比敏感函数和仿射重建模型的噪声图像质量评价方法

4.4.1 视觉对比度敏感函数滤波

4.4.2 无参考噪声图评价算子

4.4.3 实验结果及分析

4.5 本章小结

5 大像移月面模糊图像复原技术及评价方法研究

5.1 实验总体设计

5.1.1 月面像移模糊图特点分析

5.1.2 月面图复原算法

5.1.3 整体实验方案

5.2 仿真复原实验设计及分析

5.2.1 理论仿真复原实验

5.2.2 实拍仿真复原实验

5.3 实拍月面图复原结果及质量评价分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文主要完成的工作

6.2 创新说明

6.3 未来展望

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果