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CN111076815B - 一种高光谱图像非均匀性校正方法 - Google Patents

一种高光谱图像非均匀性校正方法 Download PDF

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CN111076815B CN201911124467.6A CN201911124467A CN111076815B CN 111076815 B CN111076815 B CN 111076815B CN 201911124467 A CN201911124467 A CN 201911124467A CN 111076815 B CN111076815 B CN 111076815B
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uniformity
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何道刚
王建宇
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Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
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Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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Abstract

本发明公开了一种高光谱图像非均匀性校正的方法，本发明首先获取成像光谱仪数据并进行数据预处理，然后对数据进行分布统计，利用不同分布位置的数据生成辐射校正系数，最后完成高光谱图像的非均匀性校正。本发明针对缺少非均匀性校正系数或系数失效导致的图像非均匀性校正的难题，本方法基本不会造成图像信息的损失，对成像仪定标和数据预处理具有重要的作用。

Description

一种高光谱图像非均匀性校正方法
技术领域
本发明属于遥感探测与成像光谱仪数据处理领域，特别涉及一种高光谱图像非均匀性校正的方法。
背景技术
由于探测器自身材料、工艺以及环境变化原因，对于均匀的辐射或反射信号，探测器响应值存在差异，非均匀性严重影响成像光谱仪图像质量和应用效果。因此非均匀性是图像处理必要环节。
非均匀校正方法包括基于实验室定标法、图像滤波和基于图像的统计匹配方法，实验室定标方法可以达到较高精度，但是由于实验室定标不足、探测器受环境等影响变化导致的定标系数失效，进行造成数据的非均匀性校正的难题；图像滤波会造成图像信息的损失，而且算法复杂，运算速度慢；基于图像的统计匹配方法主要是以矩匹配为基础，统计的内容与本发明统计类型不同，多为图像的均值和标准差、相关系数等，该方法对图像的场景分布要求较高。因此，需要一种非均匀性校正方法，实现无定标系数或定标系数失效导致的非均匀性校正的难题。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种非均匀性校正方法方法，解决了目前定标系数无效导致的图像非均匀性校正的难题。
本发明包括以下步骤：
(1)获取单次成像光谱仪飞行图像数据，进行数据预处理，将所有图像数据减除暗电流，得到图像数据集合。
(2)对每个探元采集的图像数据进行分布统计，步骤如下：
(2-1)统计每个探元所有图像灰度值的最大值、最小值和动态范围；
(2-2)统计每个探元的累计直方图，将累计直方图进行归一化处理，生成归一化累计直方图。
(3)辐射校正系数生成，步骤如下；
(3-1)从所述的归一化累计直方图提取T组(T≥2)指定归一化值对应的灰度值G，求取每行灰度值G的均值H；
(3-2)利用下式计算非均匀性校正的校正系数A和B
Figure BDA0002276327160000021
Figure BDA0002276327160000022
其中：
Figure BDA0002276327160000023
Figure BDA0002276327160000024
为T组灰度值G的均值，
Figure BDA0002276327160000025
为T组均值H的均值，T为步骤(3-1)提取的组数。
(4)非均匀性校正，利用非均匀性校正系数所有像元进行校正，获取非均匀性校正结果。
本发明所述的系统通过以上方法，本发明可以实现缺少实验室定标、成像仪受环境等影响发生变化定标系数失效的情况，可以有效解决图像的非均匀性校正难题，与常规的图像去噪的处理方法相比，较好的保留了图像的信息量。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为非均匀性校正方法的流程图；
图2为经过本发明进行非均匀性校正的的效果对比图，其中图(a)为原始图像，图(b)为非均匀性校正结果图。
具体实施方式
以下结合图1—图2对非均匀性校正方法进行详细说明。
(1)获取单次成像光谱仪飞行数据，成像光谱仪探测器尺寸为1024×256，空间维大小为1024，光谱维大小为256，单条航线获取图像大小约100000帧，进行数据预处理，将所有数据减除暗电流，得到图像数据集合记为Dn(i,j)，Dn(i,j)代表探测器第i列，第j行，第n帧的图像灰度值，0≤i＜1024，0≤j＜256，0≤n＜100000；部分原始图如图2(a)所示；
(2)对每个探元采集的图像灰度值进行分布统计；
(2-1)统计每个探元所有采集灰度值的最大值Max(i,j)、最小值Min(i,j)和动态范围Rag(i,j)，Rag(i,j)＝Max(i,j)-Min(i,j)+1；
(2-2)统计每个探元的累计直方图并进行归一化处理，获取归一化直方图Hr(i,j)，Hr(i,j)代表探测器第i列，第j行，图像灰度值小于等于r的像元个数与总帧数的比值。
(3)辐射校正系数生成；
(3-1)提取9组特征分布值，求取Hr(i,j)等于0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9对应的灰度值，分别对应Gt(i,j),t＝1,2,…，9；求取每行灰度值的均值Ht(j)，计算公式为
Figure BDA0002276327160000031
(3-3)利用下式求取每个探元非均匀性校正的校正系数A(i,j)，B(i,j)
Figure BDA0002276327160000041
Figure BDA0002276327160000042
其中：
Figure BDA0002276327160000043
(4)非均匀性校正，利用非均匀性校正系数所有像元进行校正，获取非均匀性校正结果：
Rn(i,j)＝A(i,j)×Dn(i,j)+B(i,j)
其中Rn(i,j)代表探测器第i列，第j行，第n帧的图像均匀性校正结果，部分校正结果图如图2(b)所示。

Claims (1)

1.一种高光谱图像非均匀性校正方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)获取单次成像光谱仪飞行图像数据，进行数据预处理，将所有图像数据减除暗电流，得到图像数据集合；
(2)对每个探元采集的图像数据进行分布统计，具体步骤如下：
(2-1)统计每个探元所有图像灰度值的最大值、最小值和动态范围；
(2-2)统计每个探元的累计直方图，将累计直方图进行归一化处理，生成归一化累计直方图；
(3)辐射校正系数生成，具体步骤如下；
(3-1)从所述的归一化累计直方图提取T组，T≥2，指定归一化值对应的灰度值G，求取每行灰度值G的均值H；
(3-2)利用下式计算非均匀性校正的校正系数A和B
Figure FDA0002670566310000011
Figure FDA0002670566310000012
其中：
Figure FDA0002670566310000013
Figure FDA0002670566310000014
为T组灰度值G的均值，
Figure FDA0002670566310000015
为T组均值H的均值，T为步骤(3-1)提取的组数；
(4)非均匀性校正，利用非均匀性校正系数所有像元进行校正，获取非均匀性校正结果：
Rn(i,j)＝A(i,j)×Dn(i,j)+B(i,j)
其中Rn(i,j)代表探测器第i列，第j行，第n帧的图像均匀性校正结果，Dn(i,j)代表探测器第i列、第j行、第n帧的图像灰度值，A(i,j)、B(i,j)代表探测器第i列，第j行校正系数。
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