專利名稱：一種基于刃邊圖像的高光譜遙感系統(tǒng)mtf檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于刃邊圖像的高光譜遙感系統(tǒng)MTF檢測方法，屬于高光譜遙感 系統(tǒng)成像質(zhì)量評價領(lǐng)域，特別適合于高光譜遙感系統(tǒng)的MTF檢測。
背景技術(shù)：
調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF，Modulation Transfer Function)是評價遙感系統(tǒng)成像品質(zhì) 的重要因素。在實(shí)驗(yàn)室測試階段，采用專門儀器測量其MTF，是目前精度最高、可靠性最好 的方法。但是，這種方法無法對正在運(yùn)行的遙感器的MTF進(jìn)行計算。對于在運(yùn)行中的遙感 器，綜合國內(nèi)外研究情況來看，從遙感圖像信息中獲取MTF是較為普遍的做法，即利用人工 布設(shè)的地面靶標(biāo)或選取自然的地面標(biāo)志物在遙感圖像上的成像信息來計算MTF。目前，遙感 圖像MTF的測試方法主要有點(diǎn)源法、脈沖法、刀刃法和樣本對比法等，但相關(guān)的工作大都是 圍繞普通全色遙感展開。點(diǎn)源法當(dāng)獲取點(diǎn)光源像的亮度分布函數(shù)PSF(x，y)后，對其進(jìn)行二維傅里葉變換 即可得MTF。因此，倘若給成像系統(tǒng)加上一個像素大小的點(diǎn)脈沖輸入(比如人工鋪設(shè)的反光 鏡組)，那么，其輸出脈沖圖像就是PSF。對PSF作二維傅里葉變換即可得MTF。脈沖法脈沖法是以線狀地物(如圖像中的橋梁)為觀測目標(biāo)，該線狀地物位于 寬廣均勻的背景上，且與背景反差較大。其輸入脈沖是寬度相當(dāng)于目標(biāo)實(shí)際寬度的方形脈 沖，其輸出脈沖是圖像上灰度值的擬合曲線；輸入輸出脈沖都經(jīng)過傅立葉變換，相除并歸一 化得到MTF。刀刃法刀刃法是在圖像上選擇具有一定反差的兩塊相鄰的均勻亮暗地物的邊 界，通過測定成像系統(tǒng)對這一邊界的擴(kuò)展?fàn)顩r來確定系統(tǒng)在各種空間頻率上的響應(yīng)，從而 得到該成像系統(tǒng)的MTF曲線。具體算法是首先找到“刃邊”，即具有一定反差的兩塊相鄰的 均勻亮暗地物的邊界，在垂直于刃邊的方向上計算圖像的邊緣擴(kuò)展函數(shù)，得到一條離散的 刃邊，并用三次樣條插值等方法擬合連續(xù)的邊緣函數(shù)，并對擬合的邊緣做濾波處理。然后對 平滑后的邊緣求導(dǎo)，得到線擴(kuò)展函數(shù)。最后對線擴(kuò)展函數(shù)進(jìn)行傅立葉變換就能得到調(diào)制傳 遞函數(shù)。樣本對比法樣本對比法是用已知MTF的樣本圖像與衛(wèi)星遙感圖像進(jìn)行比較和判 讀，從而確定遙感衛(wèi)星的MTF的方法。該方法要求將樣本區(qū)域選擇在地表紋理具有較高空 間頻率的地區(qū)。此外，樣本區(qū)域的航空或航天數(shù)據(jù)源的采集時間，要求與所測的衛(wèi)星圖像數(shù) 據(jù)同步或準(zhǔn)同步，而且需要采用航空多光譜對樣本區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。由于在實(shí)際遙感圖像中，刃邊狀地物較之點(diǎn)狀和線狀地物更為常見和易于獲得， 且受噪聲影響較小，所以在以上幾種方法之中刀刃法在遙感系統(tǒng)MTF檢測中應(yīng)用的最為廣 泛。但在高光譜遙感系統(tǒng)信噪比較低的情況下，傳統(tǒng)刀刃法數(shù)據(jù)處理過程受噪聲影響嚴(yán)重， 經(jīng)常導(dǎo)致無法得到正確而穩(wěn)定的檢測結(jié)果，另外由于高光譜遙感系統(tǒng)相比全色遙感具有波 段眾多的特點(diǎn)，選擇什么樣的刃邊區(qū)域才能較好地滿足每個波段的檢測要求，這個問題在 現(xiàn)有方法中也無法得到很好的解決，無法滿足對高光譜遙感系統(tǒng)MTF檢測的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是針對高光譜遙感系統(tǒng)波段眾多，刀刃法MTF檢測區(qū)域 難以選擇，高光譜遙感圖像信噪比一般較低，MTF檢測過程易受噪聲影響的問題，給出一種 基于刃邊圖像的高光譜遙感系統(tǒng)MTF檢測方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種基于刃邊圖像的高光譜遙感系統(tǒng)MTF檢測方法， 通過對刃邊調(diào)制度的計算，實(shí)現(xiàn)了對刃邊區(qū)域的選擇，通過對線擴(kuò)展函數(shù)進(jìn)行高斯擬合，實(shí) 現(xiàn)了對噪聲不敏感的MTF提取。具體步驟如下(1)讀取高光譜圖像；(2)從步驟(1)讀取的圖像中選擇用于MTF檢測的水平刃邊區(qū)域和豎直刃邊區(qū) 域；(3)計算步驟⑴所讀取圖像每個波段的信噪比；(4)對步驟(2)所選擇水平刃邊區(qū)域和豎直刃邊區(qū)域進(jìn)行中值濾波預(yù)處理；(5)計算步驟(2)所選水平刃邊區(qū)域和豎直刃邊區(qū)域每個波段的刃邊調(diào)制度；(6)如果步驟(5)中計算出的刃邊調(diào)制度在各個波段的值均大于設(shè)定的閾值，則 對步驟(4)得到的水平刃邊區(qū)域和豎直刃邊區(qū)域垂直方向的每一列和每一行做差分計算 得到線擴(kuò)展函數(shù)，否則返回步驟(2)重新選擇刃邊區(qū)域；(7)對步驟(6)中由每一列和每一行所求出的線擴(kuò)展函數(shù)分別進(jìn)行高斯函數(shù)最小 二乘擬合得到標(biāo)準(zhǔn)差；(8)對步驟(7)中求得的每一列和每一行的所有標(biāo)準(zhǔn)差分別取中值作為遙感器豎 直方向和水平方向高斯型線擴(kuò)展函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差的最終取值；(9)對步驟(8)中得到的線擴(kuò)展函數(shù)進(jìn)行采樣，經(jīng)過離散傅立葉變換求出高光譜 遙感系統(tǒng)各個波段的在圖像豎直方向和水平方向上的MTF ；(10)將豎直方向MTF作為列向量，水平方向MTF作為行向量，兩者相乘得出系統(tǒng)的 MTF矩陣，即MTF (U，ν) = MTF (u) X MTF (ν)其中，步驟(3)中計算信噪比的方法如下選取整個圖像內(nèi)相對比較平坦的區(qū)域，將該區(qū)域每波段圖像分割成4X4，5X5··· 等子塊，分別求出每一塊的均值與標(biāo)準(zhǔn)差m> = Σχ lN Si = ^Z(x「m')2 jN其中Xij為子塊內(nèi)每個像素的灰度值，N為字塊內(nèi)的像素個數(shù),Hii為子塊均值，Si為 子塊標(biāo)準(zhǔn)差。一般認(rèn)為圖像中大多數(shù)的子塊對應(yīng)均勻的區(qū)域，所以，選定一個合適的等級值，將 各子塊標(biāo)準(zhǔn)差最大值與最小值之間劃分為等間隔的區(qū)域，統(tǒng)計在這些區(qū)域中標(biāo)準(zhǔn)差的灰度 直方圖，找出出現(xiàn)頻率最大的標(biāo)準(zhǔn)差LSDm，作為噪聲的估計，用選取圖像的灰度平均值與 LSDm的比值來表示信噪比SNR。其中，步驟(4)中中值濾波模板可以選擇3X 3或5X 5大小。其中，步驟(5)中計算刃邊調(diào)制度的公式為
權(quán)利要求
一種基于刃邊圖像的高光譜遙感系統(tǒng)MTF檢測方法，包括以下步驟(1)讀取高光譜圖像；(2)從步驟(1)讀取的圖像中選擇用于MTF檢測的水平刃邊區(qū)域和豎直刃邊區(qū)域；(3)計算步驟(1)所讀取圖像每個波段的信噪比；(4)對步驟(2)所選水平刃邊區(qū)域和豎直刃邊區(qū)域進(jìn)行中值濾波預(yù)處理；(5)計算步驟(2)所選水平刃邊區(qū)域和豎直刃邊區(qū)域每個波段的刃邊調(diào)制度；(6)如果步驟(5)中計算出的刃邊調(diào)制度在各個波段的值均大于設(shè)定的閾值，則對步驟(4)得到的水平刃邊區(qū)域和豎直刃邊區(qū)域垂直方向的每一列和每一行做差分計算得到線擴(kuò)展函數(shù)，否則返回步驟(2)重新選擇刃邊區(qū)域；(7)對步驟(6)中由每一列和每一行所求出的線擴(kuò)展函數(shù)分別進(jìn)行高斯函數(shù)最小二乘擬合得到標(biāo)準(zhǔn)差；(8)對步驟(7)中求得的每一列和每一行的所有標(biāo)準(zhǔn)差分別取中值作為遙感器豎直方向和水平方向高斯型線擴(kuò)展函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差的最終取值；(9)對步驟(8)中得到的線擴(kuò)展函數(shù)進(jìn)行采樣，經(jīng)過離散傅立葉變換求出高光譜遙感系統(tǒng)各個波段的在圖像豎直方向和水平方向上的MTF；(10)將豎直方向MTF作為列向量，水平方向MTF作為行向量，兩者相乘得出系統(tǒng)的MTF矩陣，即MTF(u，v)＝MTF(u)×MTF(v)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于刃邊圖像的高光譜遙感系統(tǒng)MTF檢測方法，其特征 在于步驟(5)中所述的刃邊調(diào)制度的計算公式為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于刃邊圖像的高光譜遙感系統(tǒng)MTF檢測方法，其特征 在于步驟(6)中所述的刃邊調(diào)制度選擇判據(jù)為
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于刃邊圖像的高光譜遙感系統(tǒng)MTF檢測方法，其特征 在于步驟(7)中所述的以高斯函數(shù)擬合的方法求解線擴(kuò)展函數(shù)，所選擇高斯函數(shù)的表達(dá) 式為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于刃邊圖像的高光譜遙感系統(tǒng)MTF檢測方法。該方法考慮到圖像噪聲的影響，通過計算高光譜遙感圖像各波段刃邊調(diào)制度來選擇水平和豎直方向的刃邊區(qū)域，對刃邊區(qū)域進(jìn)行差分運(yùn)算得到線擴(kuò)展函數(shù)，對線擴(kuò)展函數(shù)進(jìn)行高斯函數(shù)最小二乘擬合得到標(biāo)準(zhǔn)差，取豎直方向和水平方向線擴(kuò)展函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差的中值計算出系統(tǒng)豎直和水平方向線擴(kuò)展函數(shù)，離散傅立葉變換得到兩個方向的MTF曲線，相乘構(gòu)建系統(tǒng)二維MTF矩陣。本發(fā)明可以在高光譜遙感圖像波段眾多的情況下選擇合適的刃邊區(qū)域，在圖像信噪比不高的情況下實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)MTF的提取。
文檔編號G06T7/00GK101980293SQ20101027129
公開日2011年2月23日 申請日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者李娜, 秦寶龍, 賈國瑞, 趙慧潔 申請人:北京航空航天大學(xué)