CN100428280C

CN100428280C - 一种dmc彩色合成影像的辐射再处理方法

Info

Publication number: CN100428280C
Application number: CNB2006101245444A
Authority: CN
Inventors: 潘俊; 王密
Original assignee: Wuhan University WHU
Current assignee: Dalian 90% surveying and Mapping Information Co., Ltd.
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2006-09-18
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2026-09-18
Also published as: CN1924927A

Abstract

本发明属于图像处理与分析领域，针对DMC彩色合成影像由于不同相机的CCD在成像时响应的差异性以及后处理等各种因素的影响存在的残余辐射差异问题，公开了一种DMC彩色合成影像的辐射再处理方法。该方法采用金子塔策略以及差分影像的边缘检测原理来自动定位拼接线以及色彩过渡区域的位置，并采用了分块方法以及投票机制来提高方法的稳健性，确保能可靠的检测出拼接线以及色彩过渡区域的准确位置。在此基础上，该方法采用了“先破后立”的思想，首先打断原影像灰度值在色彩过渡区域的连续性，产生新的接缝，然后再通过消除这种接缝来重构图像，以达到消除DMC彩色合成影像存在的残余辐射差异问题。

Description

一种DMC彩色合成影像的辐射再处理方法

技术领域

本发明属于图像处理与分析领域，涉及一种DMC影像的辐射再处理方法。

背景技术

航空数码相机的应用，使得从影像存储到测图完全采用数字的形式进行成为可能，与胶片相机相比，极大的降低了成本，缩短了信息处理的周期，提高了对地观测的实效性，使其面临着前所未有的需求和广阔的应用前景。然而在有限的飞行控制条件下，为了达到航空摄影重叠度以及获取影像高分辨率的要求，出于技术水平的限制以及成本的考虑，目前直接生产大幅面的面阵CCD相机还有困难，因此出现了一些基于面阵组合技术的航空数码相机，如Z/I Imaging的DMC(Digital Mapping Camera)，它通过将多台小面阵CCD组合构成虚拟的大面阵CCD来达到在具有高几何分辨率的同时具有较大的地面覆盖范围。

DMC航空数码相机由八个同步工作的CCD相机组合而成，4个多光谱相机(红、绿、蓝和近红外)和4个全色相机(其获得的4幅全色影像之间有一定的重叠，便于镶嵌处理)，每个CCD相机都有自己的镜头。DMC系统在首先对各镜头获取的影像进行几何和辐射校正，将四幅全色影像镶嵌成一个大幅面的虚拟影像；然后将虚拟影像和红、绿、蓝三个波段的影像进行融合处理获得DMC彩色合成(Color composite)影像。

DMC彩色合成影像由DMC系统提供的后处理软件包获得，在大多数情况下影像质量较好，但在有些情况下由于不同相机的CCD在成像时响应的差异性等各种因素的影响，生成的DMC彩色合成影像在镶嵌处理的拼接线附近的色彩过渡有时仍然不够平滑，存在残余辐射差异，这给影像的进一步应用造成了不同程度的影响。由于存在这种现象的影像没有明显的接缝，常用的镶嵌接缝消除方法并不适用，因此需要研究新的处理方法以改善DMC彩色合成影像的质量。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种DMC彩色合成影像的辐射再处理方法，该方法可以有效的解决DMC彩色合成影像存在的色彩过渡不够平滑的问题，消除残余辐射差异，改善影像质量。

本发明提供的技术方案是：一种DMC彩色合成影像的辐射再处理方法，对DMC彩色合成影像中的每一个色彩过渡区域按如下步骤分别进行处理：

一、色彩过渡区域和拼接线的自动定位

a、建立影像金字塔：

在DMC彩色合成影像中，对每两个相邻的CCD影像之间的矩形区域，采用像元平均的方法建立3-5层金字塔影像层；每两个相邻的CCD影像之间的矩形区域，当两个相邻的CCD影像为左右相邻时，矩形区域的高度为CCD影像的高度，宽度取相邻CCD影像中间线两侧各30-300像素，当两个CCD影像为上下相邻时，矩形区域宽度为CCD影像的宽度，高度为相邻CCD影像中间线两侧各30-300像素；

b、影像分块：

将每两个相邻的CCD影像之间由上一步确定的矩形区域沿拼接线方向，将其分成大小相同、互不重叠的1-50个矩形影像块；

c、利用金字塔影像层确定过渡区域和拼接线的具体位置：

a)、对每个金字塔影像层，在每个影像块中，取平行于拼接线的各影像行或者影像列的像素的亮度平均值形成一条一维曲线；

b)、对每条一维曲线进行二阶差分计算；

c)、根据最上层的金字塔影像层计算色彩过渡区域和拼接线位置：对于最上层的金字塔影像层，将相邻CCD影像的中间线作为本次计算的拼接线的初始位置，中间线两侧各1-10个像素宽度范围为色彩过渡区域的初始范围；在每个影像块中，分别计算当前金字塔影像层中色彩过渡区域两侧区域的像素值的平均值；若左侧平均值大于右侧平均值，在该影像块当前金字塔影像层对应的一维曲线的二阶差分的计算结果中，在拼接线的初始位置左侧搜索最小值，右侧搜索最大值，若左侧平均值小于右侧平均值，则在该影像块当前金字塔影像层对应的一维曲线的二阶差分的计算结果中，在拼接线的初始位置左侧搜索最大值，右侧搜索最小值；

d)、利用金字塔影像层，将上一层计算得到的色彩过渡区域和拼接线位置作为本次计算的色彩过渡区域和拼接线的初始位置；在每个影像块中，分别计算当前金字塔影像层中色彩过渡区域两侧区域的像素值的平均值；设色彩过渡区域的初始范围在一维曲线中对应的区间为[x_A，x_B]，x_A、x_B为对应的与拼接线平行的影像列或影像行的编号，若左侧平均值大于右侧平均值，则在该影像块当前金字塔影像层对应的一维曲线的二阶差分的计算结果中，在x_A左右各1-10个像素范围内搜索最小值，同时保证搜索范围在初始拼接线的左侧，在x_B左右各1-10个像素范围内搜索最大值，同时保证搜索范围在初始拼接线的右侧，若左侧平均值小于右侧平均值，则在该影像块当前金字塔影像层对应的一维曲线的二阶差分的计算结果中，在x_A左右各1-10个像素范围内搜索最大值，同时保证搜索范围在初始拼接线的左侧，在x_B左右各1-10个像素范围内搜索最小值，同时保证搜索范围在初始拼接线的右侧；

e)根据各影像块计算得到的色彩过渡区域和拼接线的位置决定相邻CCD影像间色彩过渡区域和拼接线的位置：对每个影像块色彩过渡区域位置进行投票，取出现频数最高的色彩过渡区域和拼接线的位置作为最后的相邻CCD影像间的色彩过渡区域[X_A，X_B]和拼接线的位置(X_A+X_B)/2，X_A，X_B为对应的出现频数最高的与拼接线平行的影像列或影像行的编号；

二、“打断”处理

“打断”处理按下面步骤在红、绿、蓝三个波段上分别进行：

a、计算相邻CCD影像之间的灰度差异值：

将色彩过渡区域沿拼接线方向上分成大小相等、互不重叠的矩形区域，这样拼接线也同时被分成了大小相等、互不重叠的小段，使每小段拼接线长度为10-100像素，然后分别计算每个小段拼接线所在的色彩过渡区域两侧3-100像素范围内灰度值的均值C_iL、C_iR，其中i为该小段拼接线的编号，则第i段拼接线两侧CCD影像之间存在的灰度差异值为：

ΔC_i＝C_iR-C_iL

b、平滑各段拼接线两侧CCD影像之间存在的灰度差异值：

采用一维均值滤波器对求得的灰度差异值进行平滑，滤波器窗口大小取3至51；

c、在拼接线两侧分别改正相邻CCD影像之间的灰度差异值：

以垂直于拼接线方向的影像行或影像列为单位，在拼接线两侧各40-3000像素范围内对每个像素的灰度值按下述公式进行改正：

其中：I_in表示处理前像素灰度值；

I_out表示处理后像素灰度值；

d为处理像素到拼接线的距离；

w为拼接线一侧的改正宽度；

ΔC^/为该像素所在的垂直于拼接线方向的影像行或影像列需要改正的灰度差异值，该值通过与该影像行或影像列最邻近的两个小段拼接线两侧CCD影像之间的灰度差异值ΔC_i及ΔC_i+l线性内插得到；

三、“接缝”消除处理

“接缝”消除处理按下面步骤在红、绿、蓝三个波段上分别进行：

a、将色彩过渡区域沿拼接线方向上分成大小相等、互不重叠的矩形区域，这样拼接线也同时被分成了大小相等、互不重叠的小段，使每小段拼接线长度为1-20像素，然后分别计算每一小段拼接线两侧1-10像素范围内灰度值的均值F_jL、F_jR，其中j为该小段拼接线的编号，则第j段拼接线两侧的灰度差异值为：

ΔF_j＝F_jR-F_jL。

b、在每小段拼接线所在的色彩过渡区域内，分别计算平行于拼接线的各影像行或影像列的像素灰度值的平均值M_jn，其中n为平行于拼接线的影像行或影像列的编号；

c、由下述公式计算各小段拼接线所在的色彩过渡区域的灰度改正值：

Δ g_{j} = M_{{jX}_{A}} + \frac{Δ F_{j} (n - X_{A})}{(X_{B} - X_{A})} - M_{jn}

色彩过渡区域内的每个像素的灰度改正值由与该像素最邻近的两个小段拼接线所在的色彩过渡区域的灰度改正值Δg_j和Δg_j+l线性内插得到；将色彩过渡区域内的每一个像素的灰度值加上该像素的灰度改正值就得到“接缝”消除处理的结果影像。

本发明可以有效的解决由于不同相机的CCD在成像时响应的差异性等各种因素的影响导致的DMC彩色合成影像存在的色彩过渡不够平滑的问题，消除残余辐射差异，明显改善影像质量，使DMC彩色合成影像在其镶嵌拼接线附近同种地物的色调区域一致，为无缝影像数据库的建立和参考判读、变化检测分析、分类、目标识别、特征提取等进一步应用提供高质量的影像数据。

附图说明

图1为本发明DMC彩色合成影像的辐射再处理方法的处理流程图；

图2为DMC彩色合成影像；

图3为采用本发明对图2进行处理的效果图；

图4为图2的局部放大图；

图5为图3对应于图4相应区域的效果图。

具体实施方式

参见图1，本发明提供一种DMC彩色合成影像的辐射再处理方法，该方法可有效的解决DMC彩色合成影像存在的色彩过渡不够平滑的问题，消除残余辐射差异，明显改善影像质量。本发明对DMC彩色合成影像中的每一个色彩过渡区域按如下步骤分别进行处理：

一、色彩过渡区域和拼接线的自动定位

a、建立影像金字塔：

在DMC彩色合成影像中，对每两个相邻的CCD影像之间的矩形区域，采用像元平均的方法建立3-5层金字塔影像层，如采用9像元平均的方法建立4层金字塔(包括原始影像层)；每两个相邻的CCD影像之间的矩形区域，当两个相邻的CCD影像为左右相邻时，矩形区域的高度为CCD影像的高度，宽度取相邻CCD影像中间线两侧各30-300像素，如取两侧各121像素，当两个CCD影像为上下相邻时，矩形区域宽度为CCD影像的宽度，高度为相邻CCD影像中间线两侧各30-300像素，如取两侧各121像素；

b、影像分块：

将每两个相邻的CCD影像之间由上一步确定的矩形区域沿拼接线方向将其分成大小相同、互不重叠的1-50个矩形影像块(即拼接线也被平均分成了1-50等份)，如平均分成10块；

c、利用金字塔影像层确定过渡区域和拼接线的具体位置：

b)、对每条一维曲线，进行二阶差分计算；设经平滑处理的一维曲线为：y＝f(x)，

则其二阶差分为：y″＝f(x-1)+f(x+1)-2f(x)，其中x为与拼接线平行的影像列或影像行的编号；

c)、根据最上层的金字塔影像层计算色彩过渡区域和拼接线位置：对于最上层的金字塔影像层，将相邻CCD影像的中间线作为本次计算的拼接线的初始位置，中间线两侧各1-10个像素宽度范围为色彩过渡区域的初始范围，如取2个像素；在每个影像块中，分别计算当前金字塔影像层中色彩过渡区域两侧区域的像素值的平均值；若左侧平均值大于右侧平均值，在该影像块当前金字塔影像层对应的一维曲线的二阶差分的计算结果中，在拼接线的初始位置左侧搜索最小值，右侧搜索最大值，若左侧平均值小于右侧平均值，则在该影像块当前金字塔影像层对应的一维曲线的二阶差分的计算结果中，在拼接线的初始位置左侧搜索最大值，右侧搜索最小值；设其分别在x_A、x_B处取得最大值和最小值，x_A、x_B为对应的与平接线平行的影像列或影像行的编号，则x_A、x_B之间区域即为色彩过渡区域，拼接线所在的影像列或影像行的编号为(x_A+x_B)/2；

d)、利用金字塔影像层，将上一层计算得到的色彩过渡区域和拼接线位置作为本次计算的色彩过渡区域和拼接线的初始位置；在每个影像块中，分别计算当前金字塔影像层中色彩过渡区域两侧区域的像素值的平均值；设色彩过渡区域的初始范围在一维曲线中对应的区间为[x_A，x_B]，x_A、x_B为对应的与拼接线平行的影像列或影像行的编号，若左侧平均值大于右侧平均值，则在该影像块当前金字塔影像层对应的一维曲线的二阶差分的计算结果中，在x_A左右各1-10个像素范围内搜索最小值，如取4个像素，同时保证搜索范围在初始拼接线的左侧，在x_B左右各1-10个像素范围内搜索最大值，如取4个像素，同时保证搜索范围在初始拼接线的右侧，若左侧平均值小于右侧平均值，则在该影像块当前金字塔影像层对应的一维曲线的二阶差分的计算结果中，在x_A左右各1-10个像素范围内搜索最大值，如取4个像素，同时保证搜索范围在初始拼接线的左侧，在x_B左右各1-10个像素范围内搜索最小值，如取4个像素，同时保证搜索范围在初始拼接线的右侧；

二、“打断”处理

a、计算相邻CCD影像之间的灰度差异值：

将色彩过渡区域沿拼接线方向上分成大小相等、互不重叠的矩形区域，这样拼接线也同时被分成了大小相等、互不重叠的小段，使每小段拼接线长度为10-100像素，如取25像素，然后分别计算每个小段拼接线所在的色彩过渡区域两侧3-100像素范围内灰度值的均值C_iL、C_iR，如取30像素，其中i为该小段拼接线的编号，则第i段拼接线两侧CCD影像之间存在的灰度差异值为：

ΔC_i＝C_iR-C_iL

b、平滑各段拼接线两侧CCD影像之间存在的灰度差异值：

采用一维均值滤波器对求得的灰度差异值进行平滑，滤波器窗口大小取3至51，如取33；

c、在拼接线两侧分别改正相邻CCD影像之间的灰度差异值：

以垂直于拼接线方向的影像行或影像列为单位，在拼接线两侧各40-3000像素范围内对每个像素的灰度值按下述公式进行改正，如取1000像素：

其中：I_in表示处理前像素灰度值；

I_out表示处理后像素灰度值；

d为处理像素到拼接线的距离；

w为拼接线一侧的改正宽度；

三、“接缝”消除处理

a、计算色彩过渡区域两侧的灰度差异：色彩过渡区域两侧的灰度差异通过色彩过渡区域之外较窄的区域计算；将色彩过渡区域沿拼接线方向上分成大小相等、互不重叠的矩形区域，这样拼接线也同时被分成了大小相等、互不重叠的小段，使每小段拼接线长度为1-20像素，如取5像素，然后分别计算每一小段拼接线两侧1-10像素范围内灰度值的均值F_jL、F_jR，如取3像素，其中j为该小段拼接线的编号，则第j段拼接线两侧的灰度差异值为：

ΔF_j＝F_jR-F_jL。

Δ g_{j} = M_{{jX}_{A}} + \frac{Δ F_{j} (n - X_{A})}{(X_{B} - X_{A})} - M_{jn}

采用本发明的上述方法，对图2的DMC彩色合成影像进行处理后解决了色彩过渡区域存在的色彩过渡不够平滑的问题，消除了其存在的残余辐射差异，在其镶嵌拼接线附近，使同种地物的色调区域一致，明显改善了影像质量(如图3所示)；从图4和图5可更清楚的看出本发明的处理效果。

Claims

1.一种DMC彩色合成影像的辐射再处理方法，其特征在于，对DMC彩色合成影像中的每一个色彩过渡区域按如下步骤分别进行处理：

一、色彩过渡区域和拼接线的自动定位

a、建立影像金字塔：

b、影像分块：

c、利用金字塔影像层确定过渡区域和拼接线的具体位置：

b)、对每条一维曲线进行二阶差分计算；

二、“打断”处理

a、计算相邻CCD影像之间的灰度差异值：

ΔC_i＝C_iR-C_iL

b、平滑各段拼接线两侧CCD影像之间存在的灰度差异值：

c、在拼接线两侧分别改正相邻CCD影像之间的灰度差异值：

其中：I_in表示处理前像素灰度值；

I_out表示处理后像素灰度值；

d为处理像素到拼接线的距离；

w为拼接线一侧的改正宽度；

ΔC¹为该像素所在的垂直于拼接线方向的影像行或影像列需要改正的灰度差异值，该值通过与该影像行或影像列最邻近的两个小段拼接线两侧CCD影像之间的灰度差异值ΔC_i及ΔC_i+1线性内插得到；

三、“接缝”消除处理

ΔF_j＝F_jR-F_jL

b、在每小段拼接线所在的色彩过渡区域内，分别计算平行于拼接线的各影像行或影像列的像素灰度值的平均值M_in，其中n为平行于拼接线的影像行或影像列的编号；

Δ g_{j} = M_{{jX}_{A}} + \frac{Δ F_{j} (n - X_{A})}{(X_{B} - X_{A})} - M_{jn}

色彩过渡区域内的每个像素的灰度改正值由与该像素最邻近的两个小段拼接线所在的色彩过渡区域的灰度改正值Δg_i和Δg_i+1线性内插得到；将色彩过渡区域内的每一个像素的灰度值加上该像素的灰度改正值就得到“接缝”消除处理的结果影像。