基于信噪特征的遙感圖像去噪方法研究.pdf

1、衛(wèi)星遙感成像是對地觀測的重要手段之一,在國家安全、國民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究和人民生活等方面有重要作用。衛(wèi)星遙感利用地物目標(biāo)的輻射特性以及對電磁波的反射特性,實(shí)現(xiàn)對地表信息的間接獲取。遙感衛(wèi)星圖像需要真實(shí)、客觀的反映地物特征,然而,由于星載成像系統(tǒng)處于復(fù)雜的電磁環(huán)境,衛(wèi)星內(nèi)部電路系統(tǒng)眾多,CCD器件的工藝缺陷等,在獲取和傳輸圖像的過程中會引入大量噪聲,嚴(yán)重降低對地觀測信息獲取的圖像質(zhì)量,給后期的圖像處理和人眼視覺判讀帶來障礙。因此,對衛(wèi)星成像系

2、統(tǒng)獲得的遙感圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理,降低成像系統(tǒng)中引入的各種噪聲,提高遙感圖像的質(zhì)量和準(zhǔn)確度,為后期壓縮編碼、數(shù)據(jù)傳輸、判讀解譯、目標(biāo)識別等工作能夠順利進(jìn)行并取得良好結(jié)果提供前提和保證,是獲取遙感圖像后需要完成的首要工作。
　　 在星載成像系統(tǒng)獲取圖像的過程中,實(shí)際系統(tǒng)受到的噪聲干擾多種多樣,不同的環(huán)境干擾和系統(tǒng)缺陷會對遙感圖像引入分布和統(tǒng)計(jì)特性截然不同的噪聲,例如成像過程中受電磁干擾產(chǎn)生的服從高斯分布或泊松分布的熱噪聲、由于線陣C

3、CD像元響應(yīng)不均引起的具有一定方向性的條帶噪聲和由于成像系統(tǒng)的故障和缺陷及電氣開關(guān)、繼電器改變狀態(tài)引起的脈沖噪聲等。這些噪聲具有明顯不同的特征,對數(shù)據(jù)產(chǎn)生的干擾在圖像中的表現(xiàn)形式也不同,使用一種降噪算法難以對它們進(jìn)行有效的抑制。例如能夠有效抑制高斯噪聲的小波軟閾值降噪算法在條帶噪聲和脈沖噪聲面前就顯得束手無策。因此,處理不同種類的噪聲,必須針對它們各自的機(jī)理和特性分別加以消除,才能真正達(dá)到抑制圖像噪聲,提高圖像質(zhì)量的效果。另一方面,遙感

4、圖像信號有其自身顯著的細(xì)節(jié)豐富、邊緣和紋理方向性顯著等特點(diǎn),圖像降噪的本質(zhì)就是尋找信號和噪聲之間的不同特征并利用這些特征將其分開。國內(nèi)外目前還沒有分析遙感圖像的信噪特征,并利用這些特征針對不同噪聲采用不同方法進(jìn)行降噪的專門文獻(xiàn)。
　　 本文在分析總結(jié)星載成像系統(tǒng)工作機(jī)理的基礎(chǔ)上,探討衛(wèi)星遙感圖像信號和噪聲的源特性,并利用各自不同的源特性,將信號和噪聲分開。從實(shí)際系統(tǒng)角度出發(fā),對不同類型噪聲分別加以處理。主要工作內(nèi)容如下:

5、　　 1.星載可見光成像系統(tǒng)中噪聲的來源和特性分析:
　　 在分析噪聲產(chǎn)生機(jī)理的基礎(chǔ)上介紹了成像過程中光電散粒噪聲、讀出噪聲、條帶噪聲和脈沖等的來源和特點(diǎn)。對存在于遙感圖像中的噪聲進(jìn)行分類,總結(jié)和探討了泊松噪聲、高斯噪聲、條帶噪聲和脈沖噪聲等各類噪聲的統(tǒng)計(jì)特性和數(shù)學(xué)模型。
　　 2.線陣掃描CCD條帶噪聲抑制方法研究:
　　 分析研究線陣沿軌掃描CCD傳感器內(nèi)部每一個像元在光譜響應(yīng)區(qū)內(nèi)的響應(yīng)函數(shù)不一致造成的遙感

6、圖像條帶噪聲。在分析遙感CCD圖像孤立條帶噪聲產(chǎn)生原因和噪聲模型的基礎(chǔ)上,提出基于二維方向?yàn)V波器抑制條帶噪聲的方法。該方法利用窄帶方向?yàn)V波器良好的圖像紋理方向的頻率選擇特性,將條帶噪聲與圖像其它信息分離到不同的方向?yàn)V波器子帶內(nèi),并在水平信總子帶內(nèi)采用均值補(bǔ)償方法去除條帶噪聲。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明它不僅能有效去除CCD。圖像中的隨機(jī)孤立條帶噪聲,還能保持原始圖像的輻射入射幅度,保留細(xì)節(jié)信息。較傳統(tǒng)的方法相比,性能有較大的提高。
　　 3.

7、基于信噪特征的圖像高斯白噪聲抑制方法研究:
　　 分析研究了成像過程中以讀出噪聲為代表的高斯白噪聲特征,并利用遙感圖像富含邊緣和紋理等具有方向信息的二維數(shù)據(jù)特征,提出基于自適應(yīng)方向提升小波變換的遙感圖像降噪方法。該方法構(gòu)建于傳統(tǒng)提升小波變換框架之上,分析圖像的局部方向信息,并使每一個提升步驟都沿著圖像局部像素相關(guān)性最強(qiáng)的方向進(jìn)行變換,實(shí)現(xiàn)局部最大去相關(guān)性,將圖像中邊緣和紋理產(chǎn)生的高頻信息盡可能的壓縮到低頻子帶,從而克服了傳統(tǒng)小波

8、缺乏靈活的方向選擇性的缺點(diǎn)。方向提升小波將噪聲產(chǎn)生的無方向性的高頻信息留在高頻子帶,從而實(shí)現(xiàn)將圖像的紋理和噪聲在小波域更好的分開。通過閾值策略對高頻系數(shù)進(jìn)行處理,就可以實(shí)現(xiàn)在降噪的過程中盡可能的保留圖像邊緣信息,這一特點(diǎn)在富含邊緣、紋理和小目標(biāo)的遙感圖像降噪中非常重要。
　　 4.基于兩級插值的圖像脈沖噪聲去除方法研究:
　　 分析研究星載成像系統(tǒng)脈沖噪聲的特點(diǎn),提出一種基于非均勻下采樣和分段自回歸插值的去除圖像脈沖噪聲