CN111145118A - 一种遥感图像条纹去除方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种遥感图像条纹去除方法及装置，该方法包括：根据各个单探元的月球像素灰度值和暗电流计数值信息分析得到各个单探元月球辐照度灰度累计和信息；根据各个单探元月球辐照度灰度累计和信息和基准探元月球辐照度信息确定各个单探元灰度订正系数，以根据所述单探元灰度订正系数实现对地观测遥感图像条纹去除。通过利用在轨的多探元遥感器，对月球进行观测，从而根据观测到的月球多探元遥感器全圆盘观测数据，计算单探元灰度值订正系数，根据单探元灰度订正系数对每个单探头获取的遥感图像进行灰度订正，从而有效地消除原始对地观测图像中的条纹现象。
Description
技术领域
本发明涉及信息处理技术领域，尤其涉及一种遥感图像条纹去除方法及装置。
背景技术
图像条纹去除是遥感图像处理领域的经典问题，现有技术中存在很多成熟的方法，比如累积概率函数法、小波变换法等。累积概率法需要统计多元探测器对地观测数据的大量样本，以保证统计样本包含了探元观测数据的全部状态。小波变换法在变换滤波的过程中会损失图像原有的细节信息。这些方法主要针对图像自身的灰度值统计特性，并没有从图像生成的环节在根本上解决条纹问题。
而在很多情况下，通过后期的图像处理，去除图像条纹效果往往不够好，而在图像生成环节解决图像条纹的问题，往往能得到更好的去除效果。
因此如何在图像生成环节解决图像条纹去除已经成为业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种遥感图像条纹去除方法及装置，用以解决上述背景技术中提出的技术问题，或至少部分解决上述背景技术中提出的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供一种遥感图像条纹去除方法，包括：
根据各个单探元的月球像素灰度值和暗电流计数值信息分析得到各个单探元月球辐照度灰度累计和信息；
根据各个单探元月球辐照度灰度累计和信息和基准探元月球辐照度信息确定各个单探元灰度订正系数，以根据所述单探元灰度订正系数实现对地观测遥感图像条纹去除。
更具体的，在所述根据各个单探元的月球像素灰度值和暗电流计数值信息分析得到各个单探元月球辐照度灰度累计和信息的步骤之前，所述方法还包括：
获取各个单探元的对月观测数据信息，以根据所述各个单探元的对月观测数据信息得到各个单探元的月球全圆盘观测数据；
根据所述各个单探元的月球全圆盘观测数据得到各个单探元的月球像素灰度值和各个单探元的暗电流计数值信息。
更具体的，在所述根据各个单探元月球辐照度灰度累计和信息和基准探元月球辐照度信息确定各个单探元灰度订正系数的步骤之前，所述方法还包括：
获取基准探元的月球全圆盘观测数据，以根据所述基准探元的月球全圆盘观测数据得到基准探元月球像素灰度值和基准探元暗电流计数值信息；
根据所述基准探元月球像素灰度值和基准探元暗电流计数值数据得到基准探元月球辐照度信息。
更具体的，所述单探元灰度订正系数实现对地观测遥感图像条纹去除的步骤，具体为：
其中，ceofD为各个单探元灰度订正系数，DND为单探元D的对地观测图像数据灰度值，
为订正后的对地观测图像数据灰度值。
更具体的，所述根据各个单探元月球辐照度灰度累计和信息和基准探元月球辐照度信息确定各个单探元灰度订正系数，具体为：
其中，coefS为基准探元订正系数，DND为单探元D的月球像素灰度值，DCD为单探元D暗电流计数值信息，DNS为基准探元月球像素灰度值，DCS为基准探元暗电流计数值信息。
第二方面，本发明实施例提供一种遥感图像条纹去除装置，包括：
计算模块，用于根据各个单探元的月球像素灰度值和暗电流计数值信息分析得到各个单探元月球辐照度灰度累计和信息；
去除模块，用于根据各个单探元月球辐照度灰度累计和信息和基准探元月球辐照度信息确定各个单探元灰度订正系数，以根据所述单探元灰度订正系数实现对地观测图像数据的灰度值订正。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面所述遥感图像条纹去除方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述遥感图像条纹去除方法的步骤。
本发明实施例提供的一种遥感图像条纹去除方法及装置，通过利用在轨的多探元遥感器，对月球进行观测，从而根据观测到的月球多探元遥感器全圆盘观测数据，计算单探元灰度值订正系数，根据单探元灰度订正系数对每个单探头获取的遥感图像进行灰度订正，从而有效地消除原始对地观测图像中的条纹现象。由于月球属于低亮度的目标，遥感器对其观测输出灰度值与水体表面等暗目标输出灰度值相当，因此本发明实施例对地观测图像条纹去除中，特别是暗地物目标，如海洋表面遥感图像的条纹消除效果明显。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例中所描述的遥感图像条纹去除方法流程示意图；
图2为本发明一实施例所描述的探元观测月球的过程情况；
图3为本发明一实施例所描述的单帧对月观测数据分布图；
图4为本发明一实施例所描述的10个探元各自月球全圆盘条形图；
图5为本发明一实施例所描述的遥感图像条纹去除装置结构示意图；
图6为本发明一实施例所描述的电子设备结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中所描述的遥感图像条纹去除是指针对于卫星搭载的多元并扫遥感器获取的遥感图像的条纹，该遥感图像条纹产生的原因是指多元并扫遥感器可以同时获取多行数据，如果某一探元比其它探元的辐射响应更高或更低，则该探元输出灰度值将显著高于或低于其它探元输出值，随着不断地对地扫描，对地观测图像反复出现亮线或暗线，即出现条纹现象。
图1为本发明一实施例中所描述的遥感图像条纹去除方法流程示意图，如图1所示，包括：
步骤S1，根据各个单探元的月球像素灰度值和暗电流计数值信息分析得到各个单探元月球辐照度灰度累计和信息；
步骤S2，根据各个单探元月球辐照度灰度累计和信息和基准探元月球辐照度信息确定各个单探元灰度订正系数，以根据所述单探元灰度订正系数实现对地观测遥感图像条纹去除。
具体的，本发明实施例中所描述的单探元是指卫星上所搭载多元并扫遥感器阵列中的单个探元。
在多元并扫遥感器阵列对月观测过程中，月球从冷空视场的一侧移动到另一侧，各个探元均完成了对于月球全圆盘的完整观测，从而获取各个单探元的对月观测数据信息，得到各个单探元的月球全圆盘观测数据。
现有技术在轨对月观测数据的处理技术方法较为成熟，在月球数据的识别、数据的整理、对月观测几何计算、通道的绝对辐射定标、通道间相对辐射定标等方面已经有较为成熟的方案，因此可以根据各个单探元的月球全圆盘观测数据，得到各个单探元的月球像素灰度值和各个单探元的暗电流计数值信息。
根据遥感器辐射定标公式和辐照度计算式，遥感器月亮辐照度观测值计算式如下：
其中，L为像元点观测辐亮度，k为单探元的辐射定标系数，Es为通道太阳常数，DN为单探元的月球像素灰度值，DC为单探元的暗电流计数值信息，ds为归一化日地距离；I为月亮辐照度，dm为归一化的地月距离，ω为像元的瞬时视场角(立体角)，Lpixel为月亮像元的辐亮度。
单探元月球辐照度灰度累计和信息为：
其中，k为通道辐射响应系数，而coefD为单探元D的灰度订正系数。
基准探元月球辐照度信息具体为：
其中，S表示基准通道，coefS为基准探元订正系数。
由于各探元的月球辐照度观测值相同，因此
ID＝IS
则
其中，coefS为基准探元订正系数，DND为单探元D的月球像素灰度值，DCD为单探元D暗电流计数值信息，DNS为基准探元月球像素灰度值，DCS为基准探元暗电流计数值信息。
单探元灰度订正系数实现对地观测遥感图像条纹去除的步骤，具体为：
其中，ceofD为各个单探元灰度订正系数，DND为单探元D的对地观测图像数据灰度值，
为订正后的对地观测图像数据灰度值。
多元并扫遥感器阵列中各个单探元所获取的对地观测遥感图像进行灰度订正，从而实现遥感图像条纹去除。
本发明实施例通过利用在轨的多探元遥感器，对月球进行观测，从而根据观测到的月球多探元遥感器全圆盘观测数据，计算单探元灰度值订正系数，根据单探元灰度订正系数对每个单探头获取的遥感图像进行灰度订正，从而有效地消除原始对地观测图像中的条纹现象。由于月球属于低亮度的目标，遥感器对其观测输出灰度值与水体表面等暗目标输出灰度值相当，因此本发明实施例对地观测图像条纹去除中，特别是暗地物目标，如海洋表面遥感图像的条纹消除效果明显。
在上述实施例的基础上，在所述根据各个单探元的月球像素灰度值和暗电流计数值信息分析得到各个单探元月球辐照度灰度累计和信息的步骤之前，所述方法还包括：
获取各个单探元的对月观测数据信息，以根据所述各个单探元的对月观测数据信息得到各个单探元的月球全圆盘观测数据；
根据所述各个单探元的月球全圆盘观测数据得到各个单探元的月球像素灰度值和各个单探元的暗电流计数值信息。
具体的，本发明实施例中所描述的单探元的对月观测数据信息是通过探元的冷空观测视角获取的，随着卫星绕地球的运行和月球的公转，月球出现在冷空观测视场中时，被遥感器观测到，进而可以用于探元间的辐射响应订正。对月观测数据从大约30天的冷空观测数据中判识出来。
图2为本发明一实施例所描述的探元观测月球的过程情况，如图2所示，探元每一帧获取10行冷空视场数据，随着月球和卫星的运动，月球逐渐从帧图像的一侧逐渐进入冷空视场，达到最大后，逐渐从冷空视场的另一侧移出。在对月观测过程中，月球从冷空视场一侧移动到另一侧，因此，各个探元均完成了一次对月球全圆盘的完整观测。将对月观测过程中各帧相同探元的观测数据抽出，重新拼接成完整的月球图像，得到各个单探元的月球全圆盘观测数据。
暗电流提取时，在对月观测的前后一段时间内的数据作为通道的暗电流计数值，按照探元编号抽取每帧数据中相同行的数据，作为单探元的暗电流计数值数据。
本发明实施例将对月观测数据按照探元编号，重新拼接后的单探元的月球全圆盘观测数据，用于计算探元灰度值订正系数，有利于后续步骤的进行。
在上述实施例的基础上，在所述根据各个单探元月球辐照度灰度累计和信息和基准探元月球辐照度信息确定各个单探元灰度订正系数的步骤之前，所述方法还包括：
获取基准探元的月球全圆盘观测数据，以根据所述基准探元的月球全圆盘观测数据得到基准探元月球像素灰度值和基准探元暗电流计数值信息；
根据所述基准探元月球像素灰度值和基准探元暗电流计数值数据得到基准探元月球辐照度信息。
本发明实施例中所描述的基准探元为卫星上所搭载多元并扫遥感器阵列中的一个探元，而单次对月观测的几何条件以及通道的定标系数都相同，因此在得到基准探元月球辐照度信息后
可以简化为
其中，coefS为基准探元订正系数，DND为单探元D的月球像素灰度值，DCD为单探元D暗电流计数值信息，DNS为基准探元月球像素灰度值，DCS为基准探元暗电流计数值信息。
在本发明另一实施例中，以风云三号气象卫星D星(FY-3D)，中分辨率光谱成像仪(MERSI)为例。FY-3D/MERSI的原始遥感数据以5分钟观测时间为单位切块保存，共19个可见近红外通道。其中通道1-4为250米分辨率通道，40元并扫；通道5-19为1000米分辨率通道，10元并扫。以FY-3D/MERSI的2018年3月27日数据为本发明的实施例，
对月观测数据前处理包括月球观测数据判识、数据抽取和暗电流计数值提取等环节。前处理完成后数据用于计算灰度值订正系数。
数据判识时，完成将对月观测数据从大约30天的冷空观测数据中判识出来；数据抽取时，按照探元编号抽取每帧数据中相同行的数据，重新拼接出单探元的月球全圆盘图像；暗电流提取时，在对月观测的前后一段时间内的数据作为通道的暗电流计数值，按照探元编号抽取每帧数据中相同行的数据，作为单探元的暗电流计数值数据。完成以上步骤后的数据可以用于后续灰度值订正系数的计算。
首先判识对月观测数据。通过对冷空视场数据的筛选，判识出2018年3月27日，11:45的数据块保存有对月观测数据。图3为本发明一实施例所描述的单帧对月观测数据分布图，如图3所示，从左到右分别为该数据块第25帧，39帧和47帧冷空视场观测灰度的条形图，x轴和y轴分别为探元方向(10探元)和采样点方向(48采样点)，z轴为灰度值。
抽取月球图像数据。以通道8为例，图4为本发明一实施例所描述的10个探元各自月球全圆盘条形图，如图4所示，从左往右，按照探元编号依次排列的10个探元月球全圆盘条形图，中间突出的为月球能量入射引起的灰度增加，其它点为冷空观测数据，反映了暗电流计数值水平。
通道8在本次对月观测中的暗电流计数值如下表1所示。
表1通道8各探元暗电流计数值
| Detector | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| DC | 187.1 | 187.5 | 187.5 | 187.5 | 186.7 | 187.5 | 187.0 | 186.9 | 186.8 | 186.8 |
灰度值订正系数计算(探元月球辐照度累计和、订正系数计算)
按照探元编号，按照下式分别计算各个探元的月球辐照度灰度累计和：
式中，IrrDN,D为探元D的灰度(DN)累计和，DND为探元D的月球像素灰度值，DCD为探元D的暗电流计数值。
灰度值订正系数计算为：
式中DNS为基准探元的月球像素灰度值，DCS为基准探元的暗电流计数值。
对地观测数据订正(逐探元数据订正)
基于各个探元的灰度值订正系数，订正对地观测数据，消除原始图像中的条纹为：
以探元5为基准探元，计算出的订正系数见下表。考虑FY-3D/MERSI的输出灰度值范围为：0-4095，故订正系数保留5位有效数字。从表中可知，订正系数最大的探元3(1.0108)，这意味着，当观测同一目标时，如果探元3输出灰度值为1000，则订正后的输出灰度值为1010.8，才能与基准探元输出值相当，进而保障订正后图像没有条纹现象。
表2探元辐照度累计和与灰度值订正系数
图5为本发明一实施例所描述的遥感图像条纹去除装置结构示意图，如图5所示，包括：计算模块510和去除模块520；其中，计算模块510用于根据各个单探元的月球像素灰度值和暗电流计数值信息分析得到各个单探元月球辐照度灰度累计和信息；其中，去除模块520用于根据各个单探元月球辐照度灰度累计和信息和基准探元月球辐照度信息确定各个单探元灰度订正系数，以根据所述单探元灰度订正系数实现对地观测图像数据的灰度值订正。
本发明实施例提供的装置是用于执行上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。
本发明实施例通过利用在轨的多探元遥感器，对月球进行观测，从而根据观测到的月球多探元遥感器全圆盘观测数据，计算单探元灰度值订正系数，根据单探元灰度订正系数对每个单探头获取的遥感图像进行灰度订正，从而有效地消除原始对地观测图像中的条纹现象。由于月球属于低亮度的目标，遥感器对其观测输出灰度值与水体表面等暗目标输出灰度值相当，因此本发明实施例对地观测图像条纹去除中，特别是暗地物目标，如海洋表面遥感图像的条纹消除效果明显。
图6为本发明一实施例所描述的电子设备结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(Communications Interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行如下方法：根据各个单探元的月球像素灰度值和暗电流计数值信息分析得到各个单探元月球辐照度灰度累计和信息；根据各个单探元月球辐照度灰度累计和信息和基准探元月球辐照度信息确定各个单探元灰度订正系数，以根据所述单探元灰度订正系数实现对地观测遥感图像条纹去除。
此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本发明实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：根据各个单探元的月球像素灰度值和暗电流计数值信息分析得到各个单探元月球辐照度灰度累计和信息；根据各个单探元月球辐照度灰度累计和信息和基准探元月球辐照度信息确定各个单探元灰度订正系数，以根据所述单探元灰度订正系数实现对地观测遥感图像条纹去除。
本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储服务器指令，该计算机指令使计算机执行上述各实施例提供的方法，例如包括：根据各个单探元的月球像素灰度值和暗电流计数值信息分析得到各个单探元月球辐照度灰度累计和信息；根据各个单探元月球辐照度灰度累计和信息和基准探元月球辐照度信息确定各个单探元灰度订正系数，以根据所述单探元灰度订正系数实现对地观测遥感图像条纹去除。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种遥感图像条纹去除方法，其特征在于，包括：
根据各个单探元的月球像素灰度值和暗电流计数值信息分析得到各个单探元月球辐照度灰度累计和信息；
根据各个单探元月球辐照度灰度累计和信息和基准探元月球辐照度信息确定各个单探元灰度订正系数，以根据所述单探元灰度订正系数实现对地观测遥感图像条纹去除。
2.根据权利要求1所述遥感图像条纹去除方法，其特征在于，在所述根据各个单探元的月球像素灰度值和暗电流计数值信息分析得到各个单探元月球辐照度灰度累计和信息的步骤之前，所述方法还包括：
获取各个单探元的对月观测数据信息，以根据所述各个单探元的对月观测数据信息得到各个单探元的月球全圆盘观测数据；
根据所述各个单探元的月球全圆盘观测数据得到各个单探元的月球像素灰度值和各个单探元的暗电流计数值信息。
3.根据权利要求1所述遥感图像条纹去除方法，其特征在于，在所述根据各个单探元月球辐照度灰度累计和信息和基准探元月球辐照度信息确定各个单探元灰度订正系数的步骤之前，所述方法还包括：
获取基准探元的月球全圆盘观测数据，以根据所述基准探元的月球全圆盘观测数据得到基准探元月球像素灰度值和基准探元暗电流计数值信息；
根据所述基准探元月球像素灰度值和基准探元暗电流计数值数据得到基准探元月球辐照度信息。
4.根据权利要求1所述遥感图像条纹去除方法，其特征在于，所述单探元灰度订正系数实现对地观测遥感图像条纹去除的步骤，具体为：
其中，ceofD为各个单探元灰度订正系数，DND为单探元D的对地观测图像数据灰度值，
为订正后的对地观测图像数据灰度值。
5.根据权利要求3所述遥感图像条纹去除方法，其特征在于，所述根据各个单探元月球辐照度灰度累计和信息和基准探元月球辐照度信息确定各个单探元灰度订正系数，具体为：
其中，coefS为基准探元订正系数，DND为单探元D的月球像素灰度值，DCD为单探元D暗电流计数值信息，DNS为基准探元月球像素灰度值，DCS为基准探元暗电流计数值信息。
6.一种遥感图像条纹去除装置，其特征在于，包括：
计算模块，用于根据各个单探元的月球像素灰度值和暗电流计数值信息分析得到各个单探元月球辐照度灰度累计和信息；
去除模块，用于根据各个单探元月球辐照度灰度累计和信息和基准探元月球辐照度信息确定各个单探元灰度订正系数，以根据所述单探元灰度订正系数实现对地观测图像数据的灰度值订正。
7.根据权利要求6所述遥感图像条纹去除装置，其特征在于，所述装置还包括：获取模块；
所述获取模块用于获取各个单探元的对月观测数据信息，以根据所述各个单探元的对月观测数据信息得到各个单探元的月球全圆盘观测数据；
根据所述各个单探元的月球全圆盘观测数据得到各个单探元的月球像素灰度值和各个单探元的暗电流计数值信息。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述遥感图像条纹去除方法的步骤。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述遥感图像条纹去除方法的步骤。
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