一種斜模式高光譜影像的去噪與去混疊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明設(shè)及遙感領(lǐng)域、攝影測(cè)量領(lǐng)域、信號(hào)處理領(lǐng)域，特別提供了一種針對(duì)斜模式 高光譜數(shù)據(jù)的快速去噪和去混疊方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 通過將單線陣CCD傾斜一定角度并且調(diào)節(jié)掃描方向上的采樣間距，可W實(shí)現(xiàn)亞象 元采樣，提高遙感影像的空間分辨率;而高光譜影像數(shù)據(jù)往往由幾百乃至上千個(gè)波段組成， 在反映地物空間分布的同時(shí)，還可W反映出地物的光譜特性，因此，兼具斜模式采樣方法優(yōu) 勢(shì)和高光譜數(shù)據(jù)特性的斜模式高光譜數(shù)據(jù)研究也逐漸成為時(shí)下研究的熱點(diǎn)。然而關(guān)于斜模 式高光譜數(shù)據(jù)，特別是數(shù)據(jù)前期處理過程的研究中還存在著一些不足。
[0003] (1)影像去混疊:在傳統(tǒng)規(guī)則采樣中，混疊的實(shí)質(zhì)是頻譜的疊加，因此，無法從混疊 后的頻譜中剝離出原始圖像信息，所W，運(yùn)部分混疊后的頻譜是不可用的。因而，針對(duì)運(yùn)種 類型的混疊，采用預(yù)濾波器的方法使信號(hào)帶限來去除混疊是可行的。而對(duì)于斜模式采樣系 統(tǒng)，由于其MTF的各向異性分布特性，導(dǎo)致在頻域中，影像不同方向上頻譜的延伸距離不同， 進(jìn)而導(dǎo)致斜模式采樣系統(tǒng)混疊的實(shí)質(zhì)是錯(cuò)位的頻譜，頻譜之間重疊部分較少。而對(duì)于運(yùn)部 分混疊，通過調(diào)整錯(cuò)位頻譜的位置，是可W利用的。此外，運(yùn)些錯(cuò)位頻譜當(dāng)中有很大一部分 都在采樣網(wǎng)格之外，屬于原始圖像沒有包括在內(nèi)自然景物的高頻部分，如果能夠利用到運(yùn) 部分信息，就可W顯著提升影像細(xì)節(jié)信息，增強(qiáng)影像質(zhì)量。
[0004] 圖像領(lǐng)域倒易晶胞理論是由Almansa在2002年率先提出的。在圖像處理中如果圖 像的頻譜都在倒易晶胞的范圍內(nèi)，那么相鄰倒易晶胞之間的頻譜就不存在重疊，單個(gè)晶胞 內(nèi)的影像頻譜就包含影像的全部信息，且沒有其他頻譜的干擾。由此對(duì)晶胞內(nèi)的頻譜進(jìn)行 逆傅里葉變換就可W復(fù)原出影像的完整信息，運(yùn)就是采樣定理的倒易晶胞表達(dá)。倒易晶胞 理論的提出?？卺槍?duì)SP0T-5成像系統(tǒng)的。主要思想就是利用傅里葉變換，將空域圖像轉(zhuǎn)換 到頻域中，在頻域中的對(duì)倒易晶胞形狀進(jìn)行約束，W去除交疊在一起的頻譜，運(yùn)就相當(dāng)于在 空域中的去除混迭。
[0005] (2)高光譜去噪:傳統(tǒng)處理高光譜數(shù)據(jù)的方法是將其視作一系列矩陣或向量的疊 加，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，對(duì)應(yīng)的將其按波段分割成一系列矩陣或向量，然后再用處理2-D數(shù) 據(jù)的方法來處理運(yùn)些數(shù)據(jù)。運(yùn)種方法即使可W保證每一波段圖像處理結(jié)果最優(yōu)，但很難保 證全局結(jié)果最優(yōu)。對(duì)于2-D影像，近年來國(guó)內(nèi)外提出諸多算法。Crouse等探究了利用小波域 歷T模型來去除影像噪聲的方法，該方法利用歷T模型對(duì)于影像小波系數(shù)分布的良好刻畫， 根據(jù)貝葉斯準(zhǔn)則最終完成影像去噪，去噪效果較好，但耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng);Donoho等提出了小波域 軟闊值去噪的方法，該方法根據(jù)信號(hào)和噪聲在小波域分布的不同，通過設(shè)定闊值來濾除影 像噪聲，缺點(diǎn)是可能會(huì)使影像過度平滑而失真;Othman等提出了基于偏微分方程的混合噪 聲去除算法，該方法在有效去除影像混合噪聲的同時(shí)，還可W較好的保持圖像的細(xì)節(jié)信息。 除此之外，還有經(jīng)典的維納濾波、變分法去噪等等。然而，人為分割各個(gè)波段造成了波段之 間相關(guān)信息丟失，破壞了原始高光譜影像數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，也就無法保證處理前、處理后影像空 間、光譜信息的一致性。
[0006] 張量是一種多維數(shù)據(jù)的描述模型，已經(jīng)在模式識(shí)別領(lǐng)域有一定的應(yīng)用。高光譜影 像可W視為Ξ維張量，包括兩個(gè)空間維和一個(gè)光譜維。研究表明，利用張量的方法處理高光 譜影像能更好的保持影像空間信息和光譜信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提出一種斜模式高光譜影像的去噪與去混疊方法。該方法將高光譜影像視 為=階張量，W倒易晶胞獲取影像混疊和噪聲較小的頻譜覆蓋，從最小均方誤差的角度，交 替迭代求解Ξ個(gè)方向的濾波器，最終完成圖像濾波。
[0008] 1、本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種斜模式高光譜影像的去噪與去混疊方法，包括 影像噪聲去除和混疊去除，包括如下步驟：
[0009] (1)計(jì)算影像混疊及噪聲較小的倒易晶胞算子并初始化濾波器；
[0010] (2)闊值判別:若II ；r+，- Α，κ f> ￡ ( S >0)，執(zhí)行步驟(3)，否則執(zhí)行步驟(4)，其 中，;e"、滬分另懐示第Κ+1、Κ次迭代的濾波結(jié)果，II義>-1 -Λ* II2表示相鄰兩次迭代的濾 波結(jié)果的均方差值，ε表示經(jīng)驗(yàn)闊值；
[0011] (3)分別求取含噪影像(R)與非含噪影像(X)W及含噪影像自身間的協(xié)方差矩陣， 并進(jìn)行特征值分解構(gòu)建權(quán)矩陣獲取Ξ個(gè)濾波器H1、肥、H3，其中對(duì)于每一次迭代，都利用倒 易晶胞算子值提取位于晶胞內(nèi)的頻譜，W降低影像混疊和噪聲；
[0012] (4)得到復(fù)原影像。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0014] (1)本發(fā)明所提出的方法在斜模式高光譜影像處理過程中，在有效減少影像混疊 和噪聲的同時(shí)，保證了影像空間和光譜信息的一致性。
[0015] (2)本發(fā)明所提出的方法相較于傳統(tǒng)的逐波段濾波法W及多維濾波方法，在影像 質(zhì)量復(fù)原和光譜信息保持方面具有更好的表現(xiàn)。
【附圖說明】
[0016] 圖1斜模式采樣模型示意圖；
[0017] 圖2斜模式采樣的混疊分布圖；
[001引圖3本發(fā)明流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 步驟（1)計(jì)算影像混疊及噪聲較小的倒易晶胞算子Ha-orc，并對(duì)濾波器和影像進(jìn)行 初始化；
[0020] 通常，采樣系統(tǒng)獲取影像的過程可W用下式來表示：
[0021]
(1)
[0022]式中，g表示采樣系統(tǒng)獲取的影像，f表示進(jìn)入采樣系統(tǒng)前的理想影像，？表示逆傅 里葉變換，vr表示傳感器陣列的幾何結(jié)構(gòu)，假設(shè)分布于規(guī)則網(wǎng)格，η表示由于傳感器測(cè)量不 精確產(chǎn)生的噪聲，Η表示采樣系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)(Μ??)。
[0023] 對(duì)(1)式進(jìn)行傅里葉變換，得到其頻域形式：
[0024]
[0025] 式中^表示傅里葉變換后的影像，F(xiàn)表示傅里葉變換，；；表示噪聲的頻譜，；表示進(jìn) 入采樣系統(tǒng)前的理想影像，ω〇是一個(gè)權(quán)重函數(shù)，在混疊、噪聲較小的區(qū)域接近1，在混疊或 噪聲很大的區(qū)域接近于〇。|護(hù)I代表頻域采樣網(wǎng)格，。如果用W下符號(hào)代換：
[002引式(4)中，丫 *代表中屯、晶胞的頻譜范圍，ξ代表中屯、晶胞領(lǐng)域的頻譜，那么從影