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1、(10)申请公布号 CN 102183244 A (43)申请公布日 2011.09.14 CN 102183244 A *CN102183244A* (21)申请号 201110020692.2 (22)申请日 2011.01.19 G01C 11/04(2006.01) (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山武 汉大学 (72)发明人 孙明伟 张祖勋 张剑清 (74)专利代理机构 武汉科皓知识产权代理事务 所 ( 特殊普通合伙 ) 42222 代理人 张火春 (54) 发明名称 一种航空遥感影像的比值匀光方法 (57) 摘要 本发明公开了一种航空遥感影像的比。
2、值匀光 方法， 包括 ： 步骤 1， 利用离散傅立叶变换将原始 影像变换到频域空间， 得到原始影像的频谱图 ； 步骤2， 对步骤1得到的频谱图进行高斯低通滤波 处理， 得到原始影像的低频信息图 ； 步骤 3， 利用 离散傅立叶反变换将步骤 2 得到的低频信息图恢 复为原始影像的亮度分布背景影像图 ； 步骤 4， 对 原始影像和步骤 3 所得到的影像图中每个像素执 行比值处理， 即得到匀光结果影像。 本发明方法克 服了现有匀光方法的局限性， 在调整影像亮度分 布不均匀问题的同时， 还可以调整影像反差分布 问题， 对于提高数字正射影像生产的效率与质量 具有重要意义。 (51)Int.Cl. (19。
3、)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 6 页 CN 102183248 A1/1 页 2 1. 一种航空遥感影像的比值匀光方法， 其特征在于， 包括以下步骤 ： 步骤 1， 利用离散傅立叶变换将原始影像变换到频域空间， 得到原始影像的频谱图 ； 步骤 2， 对步骤 1 得到的频谱图进行高斯低通滤波处理， 得到原始影像的低频信息图 ； 步骤 3， 利用离散傅立叶反变换将步骤 2 得到的低频信息图恢复为原始影像的亮度分 布背景影像图 ； 步骤 4， 按公式对原始影像和步骤 3 所得到的影像图中每个像素 执行比值处理， 即得到匀光结果影像， 。
4、其中， r(x， y) 为目标影像的 (x， y) 像素位置的像素灰 度值， f(x， y) 为原始影像的 (x， y) 像素位置的像素灰度值， g(x， y) 为步骤 3 所得影像的 (x， y) 像素位置的像素灰度值，为步骤 3 所得影像中所有像素的灰度值的算术平均值。 权 利 要 求 书 CN 102183244 A CN 102183248 A1/4 页 3 一种航空遥感影像的比值匀光方法 技术领域 0001 本发明属于遥感影像处理领域， 尤其涉及一种航空遥感影像的匀光方法。 背景技术 0002 处理航空、 航天影像的颜色问题， 在 DOM(Digital Orthophoto Map。
5、， 数字正射影 像 ) 的生产过程中是一项费时的工序。自动处理影像的颜色问题是摄影测量界提出已久的 经典问题， 从最早的利用马斯克 (mask) 法进行模拟航片的晒像处理， 直到现在利用数字信 号处理领域的方法解决数码影像的色彩问题， 人们进行了大量关于影像颜色问题的研究， 提出了解决影像颜色问题的各种方法。 0003 一般来说， 影响正射影像最终颜色质量的主要因素有两个， 一是单幅影像内部的 亮度分布不均匀问题， 另一是相邻影像之间存在较大的色彩差异。导致单幅影像内部的亮 度分布不均匀的原因一般是虚光效应、 摄影角度及特殊地物的强反射等。虚光效应也称边 缘减光效应， 它可导致影像上出现中间亮。
6、、 周围暗的现象， 在传统的模拟航片上这种现象经 常出现， 如图 2(a) 所示。由相机与太阳光线的夹角引起的影像亮度分布问题在航空数码影 像上较为常见， 它常常导致影像的上下或左右部分明暗不一致， 如图 2(b) 所示。另外， 诸如 水面、 沙漠等特殊地物的强反射也会导致影像上出现耀斑现象， 如图 2(c) 所示。 0004 目前对单幅航空影像的亮度分布不均匀问题的处理方法(也称匀光方法)主要有 两种 ： 第一种是基于影像的成像模型对影像进行匀光处理， 这类方法主要根据在影像局部 区域获得的采样值， 用数学模型来拟合场景范围内亮度变化的趋势。李治江 1 提出的基于 自适应模版的匀光方法就是属。
7、于此类方法， 该方法是根据局部窗口计算的影像参考值， 采 用二次曲面拟合影像亮度的变化。第二种是利用低通滤波方法对影像进行匀光处理， 李德 仁、 王密 2 提出的基于 Mask 原理的匀光方法就是属于此类方法， 该方法采用高斯滤波器模 拟影像的亮度分布作为背景影像， 通过从原始影像中减去不均匀的背景影像， 达到影像匀 光的目的， 这种方法可称为差值匀光法。以上两种匀光方法的匀光效果都具有较大的局限 性， 若原始影像上较暗区域的反差较弱 ( 图 3)， 匀光处理后这些区域的反差依然较弱 ( 图 4)， 所以在 DOM 生产过程中需要对这些反差较弱的区域进行人工干预， 因此在很大程度上 制约了 D。
8、OM 的生产效率。 0005 文中涉及的参考文献如下 ： 0006 1 李治江 . 彩色影像色调重建的理论与实践 D. 武汉 ： 武汉大学 ： 2005.4 0007 2 李德仁， 王密， 潘俊 . 光学遥感影像的自动匀光处理及应用 J 武汉大学学报 信息科学版 ： 2006.31(9) ： 753 756. 发明内容 0008 针对现有技术存在的不足， 本发明的目的是提供一种能同时调节单幅航空遥感影 像内部亮度分布不均匀与反差分布问题的航空遥感影像的比值匀光方法。 0009 为实现上述目的， 本发明采用如下技术方案 ： 说 明 书 CN 102183244 A CN 102183248 A2。
9、/4 页 4 0010 一种航空遥感影像的比值匀光方法， 包括以下步骤 ： 0011 步骤 1， 利用离散傅立叶变换将原始影像变换到频域空间， 得到原始影像的频谱 图 ； 0012 步骤 2， 对步骤 1 得到的频谱图进行高斯低通滤波处理， 得到原始影像的低频信息 图 ； 0013 步骤 3， 利用离散傅立叶反变换将步骤 2 得到的低频信息图恢复为原始影像的亮 度分布背景影像图 ； 0014 步骤 4， 按公式对原始影像和步骤 3 所得到的影像图中每个 像素执行比值处理， 即得到匀光结果影像， 其中， r(x， y) 为目标影像的 (x， y) 像素位置的像 素灰度值， f(x， y) 为原始。
10、影像的 (x， y) 像素位置的像素灰度值， g(x， y) 为步骤 3 所得影像 的 (x， y) 像素位置的像素灰度值，为步骤 3 所得影像中所有像素的灰度值的算术平均值。 0015 与现有的匀光方法相比， 本发明方法克服了现有匀光方法的局限性， 在调整影像 亮度分布不均匀问题的同时， 还可以调整影像反差分布问题， 对于提高 DOM 生产的效率与 质量具有重要意义。 附图说明 0016 图 1 为本发明方法过程的示例， (a) 为原始航空遥感影像， (b) 为原始航空遥感影 像的频谱图， (c) 为原始航空遥感影像的低频信息图， (d) 为原始航空遥感影像的亮度分布 背景影像图， (e) 。
11、为匀光结果影像 ； 0017 图 2 为影像内部三种亮度分布不均匀问题的示例， (a) 为虚光效应引起的影像内 部亮度分布不均匀， (b) 为摄影角度导致的影像内部亮度分布不均匀， (c) 为水面的强反光 导致影像内部亮度分布不均匀 ； 0018 图3为原始航空遥感影像及其灰度直方图， (a)为原始航空遥感影像， (b)为图(a) 中黑框区域的灰度直方图， (c) 为图 (a) 中白框区域的灰度直方图 ； 0019 图 4 为采用常规匀光方法对图 3(a) 影像进行匀光的结果及其灰度直方图， (a) 为 匀光结果影像， (b) 为匀光后图 3(a) 中黑框区域的灰度直方图 ； (c) 为匀光后。
12、图 3(a) 中白 框区域的灰度直方图 ； 0020 图 5 为采用本发明方法对图 3(a) 影像进行匀光的结果及其灰度直方图， (a) 为匀 光结果影像， (b) 为匀光后图 3(a) 中黑框区域的灰度直方图， (c) 为匀光后图 3(a) 中白框 区域的灰度直方图 ； 0021 图 6 为本发明采用的高斯低通滤波函数的截面图 ； 0022 图 7 为采用本发明方法对图 2 所示影像进行匀光的结果影像 ； 0023 图8为某航空摄影区域未经匀光处理的300张数码航空遥感影像的正射镶嵌拼接 结果 ； 0024 图 9 为采用本发明方法对图 8 的 300 张影像匀光处理后的镶嵌拼接结果 ； 0。
13、025 图 10 为某航空摄影区域未经匀光处理的 160 张模拟航空遥感影像的正射镶嵌拼 接结果 ； 0026 图 11 为采用本发明方法对图 10 的 160 张影像匀光处理后的镶嵌拼接结果。 说 明 书 CN 102183244 A CN 102183248 A3/4 页 5 具体实施方式 0027 本发明方法基于频率域的低通滤波方法， 能从影像中快速分离出亮度分布信息， 将亮度分布信息进行归一化处理后， 对原始影像与背景影像执行除操作， 达到调节影像亮 度和反差分布不均匀的目的。为了更好地理解本发明的技术方案， 下面结合附图对本发明 做进一步的详细说明， 本发明的具体步骤如下 ： 002。
14、8 步骤 1， 0029 如图 1(a) 中的原始航空遥感影像所示， 假设该影像的尺寸为 MN， M、 N 分别为 影像的像素宽、 高， 影像中每个像素点坐标设为 (x， y)， x 0， 1， 2， .， M-1， y 0， 1， 2， .， N-1。 0030 对图 1(a) 中所示的原始影像进行离散傅立叶变换， 将原始影像变换到频域空间， 得到影像的频谱图， 如图 1(b) 所示。影像的离散傅立叶变换按下面的公式 (1) 进行， 利用 公式 (1) 对原始影像中的每个像素点进行逐一变换， 通过离散傅立叶变换得到的频谱图的 尺寸同原始影像尺寸相同 ： 0031 0032 其中， 0033 。
15、F(u， v) 表示频谱图的 (u， v) 像素位置的像素灰度值 ； 0034 f(x， y) 表示原始影像的 (x， y) 像素位置的像素灰度值 ； 0035 u、 v 为频谱图中像素点的二维坐标， u 0， 1， 2， .， M-1， v 0， 1， 2， .， N-1 ； 0036 ， 表示复数的虚部。 0037 步骤 2， 0038 对步骤 1 得到的频谱图进行高斯低通滤波处理， 得到原始影像的低频信息图， 如 图 1(c) 所示， 频谱图的高斯低通滤波处理按下面的公式 (2) 进行 ： 0039 G(u， v) H(u， v)F(u， v) (2) 0040 其中， 0041 G(u。
16、， v) 表示低频信息图中 (u， v) 像素位置的像素灰度值 ； 0042 F(u， v) 表示步骤 1 所得频谱图中 (u， v) 像素位置的像素灰度值 ； 0043 H(u， v)为高斯低通滤波函数，图6为该高斯低通滤波函数的 截面图， A 为冲击函数强度值， 冲击函数强度相当于信号放大强度， 在图象处理领域， 若不需 要对图象做整体增强处理， A 就取 1.0， 所以在本实施例中 A 取 1.0 ； 表示截止频率， 取值 范围在 3-21 之间， 在频域空间超过截止频率的信号会被去除， 的取值是个经验值， 一般 由用户根据影像情况来设定， 如果影像质量较好， 亮度分布问题不严重， 可输。
17、入较小的值， 否则输入较大值。 0044 步骤 3， 0045 利用离散傅立叶反变换将步骤2所得的低频信息图恢复为图1(d)所示的影像图， 该影像图为图 1(a) 中的原始影像的亮度分布背景影像。低频信息图的离散傅立叶反变换 按下面的公式 (3) 进行， 利用公式 (3) 对步骤 2 所得的低频信息图中每个像素点进行逐一 变换 ： 说 明 书 CN 102183244 A CN 102183248 A4/4 页 6 0046 0047 其中， 0048 g(x， y) 表示本步骤所得影像图中 (x， y) 像素位置的像素灰度值 ； 0049 F(u， v) 表示步骤 1 所得频谱图中 (u， 。
18、v) 像素位置的像素灰度值 ； 0050 u、 v 分别为频谱图中像素点的二维坐标， u 0， 1， 2， .， M-1， v 0， 1， 2， .， N-1 ； 0051 表示复数的虚部。 0052 步骤 4， 0053 对原始影像和步骤 3 所得到的亮度分布背景影像执行逐像素的比值处理， 即可得 到同时消除了影像内部亮度分布问题与反差分布问题的匀光结果图像， 如图 1(e) 所示， 比 值处理采用下面的公式 (4) 进行 ： 0054 0055 其中， 0056 r(x， y) 为最终得到的匀光结果图像中 (x， y) 像素位置的像素灰度值 ； 0057 f(x， y) 为原始影像的 (x。
19、， y) 像素位置的像素灰度值 ； 0058 g(x， y) 为步骤 3 所得到的影像图中 (x， y) 像素位置的像素灰度值 ； 0059 为步骤 3 所得影像所有像素的灰度值的算术平均值。 0060 如果原始航空遥感影像为彩色图像， 则首先将原始影像按 R、 G、 B 三个波段分解为 三幅灰度图像， 再采用上述步骤14分别对三幅灰度图像进行匀光处理， 并将匀光处理完 毕后的三幅灰度图像按照 R、 G、 B 波段重新组合成彩色图像。 0061 跟常规匀光方法相比， 本发明的比值匀光方法的优异效果可见图3、 图4、 图5， 图3 为亮度分别问题和反差分别问题共存的原始航空遥感影像， 采用现有的。
20、匀光方法处理后的 影像只解决了亮度分布问题， 反差分布问题依然存在， 见图 4 ； 而采用本发明的比值匀光方 法处理后， 则同时解决了影像的亮度分布和反差分布问题， 见图 5。 说 明 书 CN 102183244 A CN 102183248 A1/6 页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102183244 A CN 102183248 A2/6 页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 102183244 A CN 102183248 A3/6 页 9 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 102183244 A CN 102183248 A4/6 页 10 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 102183244 A CN 102183248 A5/6 页 11 图 9 图 10 说 明 书 附 图 CN 102183244 A CN 102183248 A6/6 页 12 图 11 说 明 书 附 图 CN 102183244 A 。