一種基于小波包能量譜的推掃式遙感相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于小波包能量譜的推掃式遙感相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法，包括如下步驟：首先灰度圖像轉(zhuǎn)換和亮度歸一化預(yù)處理；其次對(duì)圖像進(jìn)行四層小波包分解，選取與相機(jī)運(yùn)動(dòng)方向垂直的頻域頻段小波系數(shù)矩陣；然后計(jì)算各頻段小波包能量譜指數(shù)值及清晰度評(píng)價(jià)函數(shù)值；最后相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦調(diào)整，選取出清晰度評(píng)價(jià)值最大處所對(duì)應(yīng)的對(duì)焦位置為最終相機(jī)清晰成像位置，結(jié)束自動(dòng)對(duì)焦。本發(fā)明能夠通過對(duì)失焦遙感圖像運(yùn)動(dòng)垂直方向各頻段小波包能量譜的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行加權(quán)求和，實(shí)現(xiàn)對(duì)于推掃式遙感相機(jī)的對(duì)焦評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)方法具有很好的準(zhǔn)確性和單調(diào)性，并且做到與圖像內(nèi)容無關(guān)。
【專利說明】一種基于小波包能量譜的推掃式遙感相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于遙感成像【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于小波包能量譜的推掃式遙感相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天遙感技術(shù)的發(fā)展，遙感圖像在環(huán)境監(jiān)測(cè)、資源調(diào)查、地形測(cè)繪、軍事偵察等各方面，起著越來越重要的作用。遙感相機(jī)是數(shù)字遙感圖像獲取的關(guān)鍵，為了確?？臻g遙感相機(jī)在復(fù)雜環(huán)境中都能清晰成像，空間遙感相機(jī)需要配備一套對(duì)焦系統(tǒng)，及時(shí)地修正調(diào)焦位置以保證成像質(zhì)量。
[0003]推掃式遙感相機(jī)是一類常用的空間遙感相機(jī)，這類相機(jī)并不是一幅一幅地曝光，而是連續(xù)曝光，所以這類相機(jī)不需要快門，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展，基于圖像處理的自動(dòng)對(duì)焦方法成為推掃式遙感相機(jī)對(duì)焦技術(shù)的研究熱點(diǎn)，通過對(duì)焦評(píng)價(jià)方法的計(jì)算得到圖像的清晰度值從而指導(dǎo)相機(jī)進(jìn)行調(diào)焦工作。
[0004]傳統(tǒng)的對(duì)焦評(píng)價(jià)方法都需要景物保持靜止，而空間相機(jī)一直處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因而無法直接將這些對(duì)焦評(píng)價(jià)方法應(yīng)用于空間相機(jī)中；同時(shí)，推掃式遙感相機(jī)在任意時(shí)刻所拍攝的景物都是不同的，幀與幀之間不存在重疊區(qū)域。目前推掃式遙感相機(jī)對(duì)焦評(píng)價(jià)方法主要有:基于微分圖像自相關(guān)的對(duì)焦評(píng)價(jià)方法、基于線擴(kuò)散函數(shù)的對(duì)焦評(píng)價(jià)方法以及基于功率譜的對(duì)焦評(píng)價(jià)方法。其中基于功率譜的對(duì)焦評(píng)價(jià)方法是最適用于推掃式遙感相機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦技術(shù)，通過小波變換，求取與運(yùn)動(dòng)方向垂直的不同尺度下的小波系數(shù)，并對(duì)該方向下不同尺度的這些小波系數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和，從而作為清晰度評(píng)價(jià)指標(biāo)，不僅有效解決了像移失配問題，而且在魯棒性、正確性、精確性等方面均有著很好的表現(xiàn)。但是當(dāng)對(duì)模糊量相同的不同場(chǎng)景進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，其評(píng)價(jià)值依舊無法達(dá)到相同值，尤其是對(duì)場(chǎng)景結(jié)構(gòu)相差較大的圖像進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，即使他們具有相同的模糊量，但其評(píng)`價(jià)結(jié)果也相差較大。如何實(shí)現(xiàn)與圖像內(nèi)容無關(guān)的模糊評(píng)價(jià)方法是推掃式遙感相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出一種基于小波包能量譜的推掃式遙感相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法，能夠通過對(duì)失焦遙感圖像運(yùn)動(dòng)垂直方向各頻段小波包能量譜的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行加權(quán)求和，實(shí)現(xiàn)對(duì)于推掃式遙感相機(jī)的對(duì)焦評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)方法具有很好的準(zhǔn)確性和單調(diào)性，并且做到與圖像內(nèi)容無關(guān)。
[0006]本發(fā)明基于圖像小波包分解和能量譜指數(shù)計(jì)算，提出了一種推掃式遙感相機(jī)的自動(dòng)對(duì)焦評(píng)價(jià)方法，其主要思路是:
[0007]1、對(duì)遙感圖像進(jìn)行小波包分解。
[0008]小波包分解技術(shù)在小波分解的基礎(chǔ)上，將小波變換中停止分解的中高頻段小波系數(shù)繼續(xù)分解，具有頻率分解精細(xì)、有效表示局部信號(hào)的優(yōu)勢(shì)以及良好的時(shí)頻特性，可以將信號(hào)分解成更精細(xì)的頻率分量，那么即使圖像只存在微小的模糊量差異，利用小波包分解也能進(jìn)行有效的清晰度評(píng)價(jià)，從而提高對(duì)焦評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)性能。同時(shí)，小波包分解圖像頻域功率譜具有不變性，不同內(nèi)容之間在小波包域具有幾乎一致的能量譜曲線，能夠?qū)崿F(xiàn)與圖像內(nèi)容無關(guān)的對(duì)焦評(píng)價(jià)方法。
[0009]2、選取與推掃相機(jī)運(yùn)動(dòng)方向垂直的頻域頻段，計(jì)算各頻段小波系數(shù)的小波包能量譜指數(shù)，加權(quán)求和得到最終的清晰評(píng)價(jià)指標(biāo)。
[0010]推掃式遙感相機(jī)由于其特殊的成像方式，與其運(yùn)動(dòng)方向一致的圖像頻域分量會(huì)由于相機(jī)運(yùn)動(dòng)受到一定的影響，造成一定程度的失真。選取與相機(jī)運(yùn)動(dòng)方向垂直的頻域頻段，可以排除相機(jī)運(yùn)動(dòng)的干擾，準(zhǔn)確反映離焦因素造成的圖像功率譜變化。同時(shí)，考慮到圖像離焦模糊主要引起圖像高頻成分的衰減，對(duì)于高頻頻段設(shè)定更大的加權(quán)系數(shù)而減小低頻頻段的權(quán)重系數(shù)可以更有效的反應(yīng)圖像離焦情況。
[0011]本發(fā)明包括如下步驟:
[0012](I)對(duì)輸入遙感圖像F(x，y)進(jìn)行灰度圖轉(zhuǎn)換，亮度歸一化處理，得到預(yù)處理圖像G(x, y)。如果輸入的遙感圖像為彩色圖像，需要先將其轉(zhuǎn)換為灰度域，將灰度圖像亮度歸一化到[O I]區(qū)間。
[0013](2)對(duì)步驟(1)處理得到的圖像G(x，y)進(jìn)行四層小波包分解，得到每一層分解的各頻段小波系數(shù)矩陣。對(duì)于尺寸為MXN的圖像，利用二維尺度函數(shù)和二維小波函數(shù)，圖像G(x, y)可以表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于小波包能量譜的推掃式遙感相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦方法，其特征在于該方法包括以下步驟: (1)對(duì)輸入遙感圖像F進(jìn)行灰度圖轉(zhuǎn)換，亮度歸一化處理，得到預(yù)處理圖像G； (2)對(duì)步驟(1)處理得到的圖像G進(jìn)行四層小波包分解，得到每一層分解的各頻段小波系數(shù)矩陣； (3)對(duì)于步驟(2)中得到的四層各頻域小波系數(shù)矩陣，在第三層中選取與推掃相機(jī)運(yùn)動(dòng)方向垂直的I個(gè)低頻域頻段，其小波系數(shù)矩陣定義為C1 ；4個(gè)中頻域頻段，其小波系數(shù)矩陣定義為Ci, i = 2，3，4，5 ;在第四層中選取所有與推掃相機(jī)運(yùn)動(dòng)方向垂直的64個(gè)高頻域頻段，其小波系數(shù)矩陣定義為C」，j = 6, 7...69 ； (4)將步驟(3)中選取出的各頻段的小波系數(shù)矩陣Ck進(jìn)行處理，k=1,2...69，計(jì)算得到表征與相機(jī)運(yùn)動(dòng)垂直方向上各頻段的小波包能量譜指數(shù)Qk;小波包能量譜指數(shù)Qk表示為:
2.如權(quán)利要求1所述的自動(dòng)對(duì)焦方法，將遙感圖像進(jìn)行四層小波包分解后，其特征在于: 小波包分解對(duì)低頻分量分解的同時(shí)，可以對(duì)中高頻小波系數(shù)繼續(xù)分解，得到更多精細(xì)頻率分量，即使圖像之間存在微小的模糊量差異，也可以有效的進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦清晰度評(píng)價(jià)； 對(duì)選取的各個(gè)小波頻段，利用小波系數(shù)矩陣的最大特征值來表征該頻段小波包能量譜指數(shù)，將各頻段小波包能量譜指數(shù)值加權(quán)求和，得到最終的清晰度評(píng)價(jià)函數(shù):
【文檔編號(hào)】G03B13/36GK103886590SQ201410079125
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】馮華君, 崔光茫, 張?zhí)祆? 徐之海, 李奇 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)