一種推掃式航天相機(jī)圖像在軌實(shí)時(shí)復(fù)原方法
【專利摘要】一種推掃式航天相機(jī)圖像在軌實(shí)時(shí)復(fù)原方法，該方法以比較成熟的線性濾波方法為基礎(chǔ)，將線性濾波復(fù)原方法的頻域表達(dá)式中待復(fù)原圖像頻域信息之外的分量單獨(dú)提出，將其轉(zhuǎn)換到空間域中，截取空間域中的能量分布主要部分作為小尺寸的空間域反卷積模板，結(jié)合嵌入式硬件系統(tǒng)，對相機(jī)獲取的地面場景信息進(jìn)行空間域卷積實(shí)時(shí)復(fù)原，解決了航天相機(jī)圖像實(shí)時(shí)復(fù)原的難題。采用本發(fā)明的航天相機(jī)系統(tǒng)不再輸出退化的遙感圖像，而是輸出對拍攝場景的復(fù)原估計(jì)的重建圖像。
【專利說明】一種推掃式航天相機(jī)圖像在軌實(shí)時(shí)復(fù)原方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于空間光學(xué)遙感【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說涉及一種推掃式航天相機(jī)圖像在軌 實(shí)時(shí)復(fù)原方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 線陣推掃式航天相機(jī)是目前應(yīng)用最多的空間相機(jī)，其成像原理如圖1所示。設(shè)航 天相機(jī)拍攝的地面場景為f( x，y)，經(jīng)過相機(jī)系統(tǒng)后，獲得的遙感圖像g(x，y)可以表示為：
[0003] g(x, y) =h (x, y)*f(x, y) +n (x, y) (1)
[0004] (1)式中h(x，y)為航天相機(jī)系統(tǒng)特征函數(shù)--點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（PSF)，n(x，y)為噪聲， *表示卷積。上式表明，航天相機(jī)獲得的遙感圖像并不是地面場景真實(shí)的重現(xiàn)，而是在成像 的過程中發(fā)生了退化，得到的是降質(zhì)圖像。
[0005] 為了提高遙感圖像質(zhì)量，人們提出了圖像復(fù)原的概念，其數(shù)學(xué)本質(zhì)是根據(jù)已知的 g(x，y)以及h(x，y)與n(x，y)的部分先驗(yàn)信息，以不同的準(zhǔn)則對f(x，y)進(jìn)行估計(jì)，從而得 到接近于實(shí)際場景（f (x，y))的估計(jì)值--目前比較成熟的圖像復(fù)原方法主要有 以下幾種：基于最小均方誤差（維納濾波）的圖像復(fù)原法和基于約束最小二乘方（正則） 濾波的線性圖像復(fù)原法、基于Lucy-Richardson算法的圖像復(fù)原方法和基于盲反卷積的非 線性圖像復(fù)原算法等等。這些方法對圖像復(fù)原均起到良好的效果。
[0006] 然而現(xiàn)有的圖像復(fù)原方法都是對遙感圖像進(jìn)行事后處理，即將航天相機(jī)拍攝的遙 感圖像傳至地面再進(jìn)行復(fù)原處理，不具有實(shí)時(shí)性，極大限制了其對航天光學(xué)遙感的應(yīng)用，特 別是在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0007] 綜上所述，為進(jìn)一步提高航天相機(jī)遙感圖像的質(zhì)量，并兼顧圖像應(yīng)用的實(shí)時(shí)性，有 必要尋求一種推掃式航天相機(jī)圖像在軌實(shí)時(shí)復(fù)原方法，且這種方法可在實(shí)際工程中得以實(shí) 現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了進(jìn)一步提高航天相機(jī)的成像質(zhì)量，解決遙感圖像在軌實(shí)時(shí)復(fù)原的技術(shù)難題， 本發(fā)明的目的是要提供一種推掃式航天相機(jī)圖像在軌實(shí)時(shí)復(fù)原方法，該方法是將現(xiàn)有圖像 復(fù)原技術(shù)轉(zhuǎn)換為滿足航天相機(jī)在軌實(shí)時(shí)復(fù)原的工程應(yīng)用需求的方法。
[0009] 采用本發(fā)明的星載相機(jī)與原有的星載相機(jī)系統(tǒng)的區(qū)別如圖2所示，原有星載相機(jī) 系統(tǒng)輸出為退化的圖像數(shù)據(jù)--g(x，y)，而采用本發(fā)明的星載相機(jī)系統(tǒng)輸出是對拍攝場景 的近似估計(jì)--/匕,.0 .即復(fù)原后的圖像數(shù)據(jù)。這是二者本質(zhì)上的區(qū)別。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0011] 該推掃式航天相機(jī)圖像在軌實(shí)時(shí)復(fù)原方法包括如下步驟：
[0012] 步驟1 :利用點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的估算方法估計(jì)航天相機(jī)在軌點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)h(x，y)，即 PSF。
[0013] 步驟2 :利用步驟1所獲得的h (x，y)，采用成熟的線性濾波方法獲得在頻域的復(fù)原 表達(dá)式，將表達(dá)式中待復(fù)原圖像頻域信息之外的分量單獨(dú)提出，將其采用傅里葉反變換到 空間域中，得到h_y (X，y)。
[0014] 步驟3:將步驟2中的h_y(x，y)能量分布高度集中的區(qū)域截取出來，根據(jù)具體 的數(shù)值分布，截取占總能能量分布99%以上的中央?yún)^(qū)域的矩陣作為空間域反卷積模板h_ m(x，y)。
[0015] 步驟4:將h_m(x，y)與待復(fù)原的地面場景圖像g(x，y)進(jìn)行二維卷積以獲得復(fù)原 后的圖像

【權(quán)利要求】
1. 一種推掃式航天相機(jī)圖像在軌實(shí)時(shí)復(fù)原方法，其特征在于：包括如下步驟： 步驟1 :利用點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的估算方法估計(jì)航天相機(jī)在軌點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)h(x，y)，即PSF ; 步驟2 :利用步驟1所獲得的h (x，y)，采用成熟的線性濾波方法獲得在頻域的復(fù)原表達(dá) 式，將表達(dá)式中待復(fù)原圖像頻域信息之外的分量單獨(dú)提出，將其采用傅里葉反變換到空間 域中，得到h_y (X，y); 步驟3 :將步驟2中的h_y (x，y)能量分布高度集中的區(qū)域截取出來，根據(jù)具體的數(shù)值 分布，截取占總能能量分布99%以上的中央?yún)^(qū)域的矩陣作為空間域反卷積模板h_m(x，y); 步驟4:將h_m(x，y)與待復(fù)原的地面場景圖像g(x，y)進(jìn)行二維卷積以獲得復(fù)原后的
>這個(gè)卷積過程 通過嵌入式硬件以并行計(jì)算的方式實(shí)現(xiàn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種推掃式航天相機(jī)圖像在軌實(shí)時(shí)復(fù)原方法，其特征在于： 所述步驟1中的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)估算方法可以采用現(xiàn)有的較為成熟的方法(點(diǎn)光源法、傾斜刃 邊法、矩形脈沖法和輻射靶標(biāo)法等)，也可以采用對現(xiàn)有成熟方法的改進(jìn)方法估計(jì)點(diǎn)擴(kuò)散函 數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種推掃式航天相機(jī)圖像在軌實(shí)時(shí)復(fù)原方法，其特征在于： 所述步驟2中的線性濾波方法可以采用較為成熟的維納濾波方法，也可以采用其他線性濾 波方法。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種推掃式航天相機(jī)圖像在軌實(shí)時(shí)復(fù)原方法，其特征在于： 所述步驟4中的處理過程，對于要求實(shí)時(shí)復(fù)原的航天相機(jī)系統(tǒng)，將g (x，y)按行送入嵌入式 圖像復(fù)原系統(tǒng)時(shí)，速率要與航天相機(jī)TDICCD的推掃數(shù)據(jù)速率相匹配，利用FPGA并行處理進(jìn) 行空間域復(fù)原后按行送出，獲得復(fù)原后的圖像"
【文檔編號(hào)】G06T5/00GK104346773SQ201310310867
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月23日
【發(fā)明者】付天驕, 張立國, 郭玲玲, 任建岳, 李亞鵬 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所