基于幾何糾正的機(jī)載交錯(cuò)tdi紅外影像復(fù)原方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及遙感影像技術(shù)領(lǐng)域,尤其是涉及一種基于幾何糾正的機(jī)載交錯(cuò)TDI紅 外影像的復(fù)原技術(shù)方案。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅外成像時(shí),航空延時(shí)積分(Timedelayandintegration,TDI)傳感器能夠獲得 比普通線陣CCD(Charge-coupleddevice)信噪比更高的影像,是一種獲取高分辨率紅外影 像的重要手段。TDI的每一個(gè)成像單元由N個(gè)光敏元在垂直于TDI線陣方向排列組成,N為 TDI的階數(shù)。當(dāng)傳感器成像時(shí),每個(gè)光敏元的信號(hào)沿掃描方向的反方向依次傳遞累加,得到 最終的信號(hào)值。相比于同等級(jí)的普通線陣CCD傳感器,TDI獲取的影像的信噪比可以提高 N1/2倍。隨著TDI列陣長(zhǎng)度的增加,受物理上的限制,一般采用奇偶行交錯(cuò)排列的模式。這 一設(shè)計(jì)在擴(kuò)大傳感器成像范圍的同時(shí)能有效減少相鄰像素間信息的丟失。但由于積分時(shí)間 的增加及奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)之間的間隔,這使得傳感器對(duì)振動(dòng)敏感度變大。在TDI紅外傳感 器成像過程中,除了傳感器平臺(tái)(飛機(jī))的振動(dòng)外,還存在傳感器電子冷卻系統(tǒng)、伺服電機(jī)、 平臺(tái)的振動(dòng)以及擺掃成像過程中鏡筒繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)引起的振動(dòng)等。雖然傳感器在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí) 會(huì)考慮這些因素,并能在一定程度上減弱部分振動(dòng),但是還是會(huì)存在一些剩余誤差。這些振 動(dòng)因素使得奇數(shù)行列陣和偶數(shù)行列陣在獲取同一地物信息時(shí)處于不同的位置和姿態(tài),從而 造成交錯(cuò)TDI影像奇偶行之間的錯(cuò)動(dòng)和影像幾何扭曲。除了振動(dòng)因素外,地形起伏和CCD 安裝誤差也會(huì)造成奇偶行之間錯(cuò)動(dòng)。為此需要對(duì)錯(cuò)動(dòng)的影像進(jìn)行復(fù)原。
[0003] 圖像復(fù)原是對(duì)遙感圖像資料進(jìn)行大氣影響的校正、幾何校正以及對(duì)由于設(shè)備原因 造成的掃描行漏失、錯(cuò)位等的改正,將降質(zhì)圖像重建成接近于或完全無(wú)退化的原始理想圖 像的過程。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)交錯(cuò)TDI傳感器影像復(fù)原做了很多相關(guān)的研究。RaiterS等 (2003)提出了幾種基于塊匹配的方法,同時(shí)考慮傳感器振動(dòng)和地物移動(dòng)造成的奇偶行錯(cuò)動(dòng) 問題。YitahakyY等(2003)分別估計(jì)奇數(shù)行影像和偶數(shù)行影像的降晰函數(shù),再用塊匹配方 法對(duì)齊去模糊后的奇偶行影像。HochmanG等(2004)用光流法估計(jì)奇偶行影像之間的位 移,然后用凸集投影(Projectionontoconvexsets,P0CS)法去模糊。AvrinA等(2006) 通過最小二乘算法構(gòu)建局部濾波器,從而實(shí)現(xiàn)奇偶行影像的對(duì)齊。Haik0等(2006)認(rèn)為 奇偶行影像每一列像素的位移可以用橫向位移、縱向位移和旋轉(zhuǎn)角度三個(gè)參數(shù)來描述,用 最小二乘方法估計(jì)這三個(gè)參數(shù),從而實(shí)現(xiàn)奇偶行影像對(duì)齊。以上方法是基于同一地物點(diǎn)在 奇數(shù)行影像和偶數(shù)行影像上灰度一致的假設(shè)上,而若奇偶行影像灰度存在差異以上方法將 不適用。為此國(guó)內(nèi)有學(xué)者做了相關(guān)的研究。石俊霞等(2012)基于快速CCD的振動(dòng)檢測(cè)方 法,在振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)中,利用了一種改進(jìn)的灰度投影算法計(jì)算振動(dòng)參量,提出對(duì)降質(zhì)圖像進(jìn) 行逐行恢復(fù)的方法,并對(duì)模糊圖像進(jìn)行了恢復(fù)。陳王麗等(2014)通過采用基于相位相關(guān) (Phase-onlycorrelation,P0C)的位移估計(jì)方法估計(jì)奇數(shù)行影像和偶數(shù)行影像之間的亞 像素精度位移場(chǎng),根據(jù)位移估計(jì)結(jié)果對(duì)偶數(shù)行影像做點(diǎn)對(duì)點(diǎn)灰度校正,并對(duì)齊奇數(shù)行影像 和灰度校正后的偶數(shù)行影像。最后采用BTV(Bilateraltotalvariation)正則化超分辨 率重建方法反降晰,得到糾正影像。以上對(duì)于交錯(cuò)TDI傳感器影像復(fù)原的方法主要針對(duì)的 是由于振動(dòng)和地物移動(dòng)引起的圖像退化現(xiàn)象。但是卻無(wú)法復(fù)原由于地形起伏和奇偶行每個(gè) CCD探元安裝誤差所造成的局部影像質(zhì)量的退化。而且針對(duì)機(jī)載航空交錯(cuò)TDI原始影像還 需去除條帶間重疊現(xiàn)象及奇偶探元重疊采樣所造成的像元混疊。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對(duì)現(xiàn)有復(fù)原方法均是研究針對(duì)振動(dòng)導(dǎo)致圖像退化,本發(fā)明提供了一種基于幾何 糾正的機(jī)載交錯(cuò)TDI紅外影像的復(fù)原技術(shù)方案。
[0005] 本發(fā)明技術(shù)方案提供一種基于幾何糾正的機(jī)載交錯(cuò)TDI紅外影像復(fù)原方法,用于 對(duì)任一幅機(jī)載航空交錯(cuò)TDI紅外影像進(jìn)行糾正,生成糾正影像,包括以下步驟,
[0006] 步驟1,以機(jī)載航空交錯(cuò)TDI紅外影像為原始影像,對(duì)原始影像進(jìn)行奇偶行分離, 得到奇行獨(dú)立影像和偶行獨(dú)立影像;
[0007] 步驟2,定義物方投影面,根據(jù)原始影像的條帶信息確定原始影像在物方投影面上 的覆蓋范圍Α0Ρ;
[0008] 步驟3,確定糾正影像在物方投影面上的投影覆蓋區(qū)域Α0Ι;
[0009] 步驟4,根據(jù)原始影像的空間分辨率確定糾正影像的采樣間隔,利用采樣間隔對(duì) Α0Ι進(jìn)行劃分成等間隔格網(wǎng);確定第一個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)為當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn);
[0010] 步驟5,初步確定當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)條帶范圍,每個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)至多只能同時(shí)處于兩個(gè)條帶, 如果同時(shí)處于兩個(gè)條帶,設(shè)stripl代表所處的第一個(gè)條帶,strip2代表所處的第二個(gè)條 帶,如果只處于一個(gè)條帶,設(shè)strip2 =stripl,
[0011] 步驟6,根據(jù)步驟5所得當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)所處條帶范圍來確定航跡數(shù)據(jù)的范圍,搜索當(dāng) 前格網(wǎng)點(diǎn)在每個(gè)條帶內(nèi)的最佳掃描行,獲得當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)所處每個(gè)條帶的航跡數(shù)據(jù);包括以 下子步驟,
[0012] 步驟6. 1,根據(jù)當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)條帶范圍stripl~strip2,設(shè)當(dāng)前搜索條帶strip為 stripl;
[0013] 步驟6. 2,根據(jù)strip的掃描行范圍將起始掃描行賦值給變量lastline,確定 lastline相應(yīng)掃描行為當(dāng)前掃描行;
[0014] 步驟6. 3,根據(jù)當(dāng)前掃描行的外方位元素求得對(duì)應(yīng)某物方點(diǎn)的像方點(diǎn)坐標(biāo)(X,y);
[0015] 步驟6. 4,判斷像方點(diǎn)坐標(biāo)(X,y)中y是否小于預(yù)設(shè)的限值,
[0016] 若否則令lastline=lastline+y/scale,其中scale為比例因子;返回步驟6. 3 ;
[0017] 若是則進(jìn)入步驟6. 5;
[0018] 步驟6. 5,判斷l(xiāng)astline相應(yīng)掃描行是否處于strip的掃描行范圍內(nèi),
[0019] 如果是則求得的lastline為最佳掃描行,加入相應(yīng)定標(biāo)彳目息,求得當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)在 strip上對(duì)應(yīng)的原始影像的像點(diǎn)坐標(biāo)astrip,然后判斷當(dāng)前strip是否大于等于strip2,是 則進(jìn)入步驟7,否則更新strip為下一條帶號(hào),然后返回步驟6. 2 ;
[0020] 如果否,則令η=n-1,然后判斷是否strip大于等于strip2,是則說明當(dāng)前格網(wǎng) 點(diǎn)處于影像外,進(jìn)入步驟8,否則更新strip為下一條帶號(hào),然后返回步驟6. 2 ;
[0021] 步驟7,判斷是否η大于1,
[0022] 是則將當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)在stripl和strip2上對(duì)應(yīng)的原始影像的像點(diǎn)坐標(biāo)分別記為 astripl和astrip2,判斷astripl和astrip2是否處于奇偶行像元重疊區(qū),
[0023] 是則利用與當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)最鄰近的16個(gè)像素進(jìn)行重采樣;所述與當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)最鄰 近的16個(gè)像元,是針對(duì)該格網(wǎng)點(diǎn)在原始影像的條帶重疊區(qū)區(qū)域和奇偶像元重疊區(qū)內(nèi),在 stripl、strip2中和奇行獨(dú)立影像、偶行獨(dú)立影像中各搜索到的一個(gè)目標(biāo)格網(wǎng),取這四個(gè)目 標(biāo)格網(wǎng)的頂點(diǎn)共16個(gè)點(diǎn);
[0024] 否則利用與當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)最鄰近的8個(gè)像素進(jìn)行重采樣;所述與當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)最鄰近 的8個(gè)像元,是該格網(wǎng)點(diǎn)在原始影像的條帶重疊區(qū)區(qū)域內(nèi),在stripl和strip2中各搜索到 的一個(gè)目標(biāo)格網(wǎng),取這兩個(gè)目標(biāo)格網(wǎng)的頂點(diǎn)共8個(gè)點(diǎn);
[0025] 否則將當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)在stripl上對(duì)應(yīng)的原始影像的像點(diǎn)坐標(biāo)記為astrip,判斷 astrip是否處于奇偶行像元重疊區(qū),
[0026] 是則利用與當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)最鄰近的8個(gè)像素進(jìn)行重采樣;所述與當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)最鄰近 的8個(gè)像元,是該格網(wǎng)點(diǎn)在奇偶像元重疊區(qū)內(nèi),在奇行獨(dú)立影像和偶行獨(dú)立影像各對(duì)應(yīng)一 個(gè)目標(biāo)格網(wǎng)點(diǎn),取這兩個(gè)目標(biāo)格網(wǎng)的頂點(diǎn)共8個(gè)點(diǎn);
[0027] 否則利用與當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)最鄰近的4個(gè)像素進(jìn)行重采樣;所述與當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)最鄰近 的4個(gè)像元,是該格網(wǎng)點(diǎn)在原始影像的條帶非重疊區(qū)區(qū)域內(nèi),只在一個(gè)條帶中搜索到一個(gè) 目標(biāo)格網(wǎng),取這個(gè)目標(biāo)格網(wǎng)的頂點(diǎn)共4個(gè)點(diǎn);
[0028] 步驟8,判斷影像糾正是否完成,若否則更新當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)為下一格網(wǎng)點(diǎn),轉(zhuǎn)到步驟 6,若完成則結(jié)束循環(huán),輸出結(jié)果。
[0029] 而且,步驟5中,初步確定當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)條帶范圍實(shí)現(xiàn)方式如下,
[0030] 首先對(duì)投影覆蓋區(qū)域Α0Ι進(jìn)行均勻劃分,判斷小區(qū)域左上角和右下角格網(wǎng)點(diǎn)所處 條帶,若所處都為同一條帶則判斷該區(qū)域所處條帶數(shù)為1,若兩個(gè)格網(wǎng)點(diǎn)分別所處不同條 帶,則將均勻劃分所得區(qū)域繼續(xù)劃分為條帶重疊區(qū)區(qū)域和條帶非重疊區(qū)區(qū)域;
[0031] 根據(jù)劃分所得區(qū)域所處的條帶范圍,及當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)所在區(qū)域,得到當(dāng)前格網(wǎng)點(diǎn)所 處的條帶范圍。
[0032] 而且,步驟7中,利用最鄰近的像元,按逆距離加