基于MATLAB的遥感图像恢复研究

第34卷增刊

2009年10月

测绘科学

Science of Surveying and M app ing

Vol 134Supp l

Oct 1

作者简介:柏春岚(19782),女,山东

莒县人,硕士毕业,研究方向为遥感图像处理及其应用。E 2mail:bcl02008@hncj 1edu 1cn 收稿日期:2009205218

基于M AT LAB 的遥感图像恢复研究

柏春岚,王　洒

(河南城建学院测绘与城市空间信息系,河南平顶山　467044)

【摘　要】本文主要研究遥感图像恢复。建立遥感图像的退化模型,分析遥感图像恢复方法,主要有非约束还原

和约束还原。在此基础上,采用Lucy 2R ichards on 与维纳滤波方法进行遥感图像恢复结果分析与比较。结果表明,Lucy 2R ichards on 方法对遥感图像恢复能够较清晰反映实际图像。【关键词】图像恢复;遥感图像;非约束还原;约束还原;MAT LAB 【中图分类号】TP751 【文献标识码】A 【文章编号】100922307(2009)0820130203

1　引言

遥感图像反映了地球表面物体反射的光谱信息,还包含了丰富的空间结构信息。对遥感图像的处理与分析,一直是遥感工作者研究的热点。图像处理是对图像进行各种加工以改善图像的视觉效果,提高遥感图像的判读精度,并为自动识别打基础。图像恢复是其中一个重要的方面。图像恢复在图像处理领域非常重要,与图像增强等其他基本图像处理一样,也是以获取视觉质量某种程度的改善为目的,所不同的是图像恢复过程实际上是一估计过程,需要根据指定的图像退化模型,对其图像进行恢复,以获取原始图像[123]。随着科学技术的发展,出现了很多种图像复原方法,如逆滤波、维纳滤波、约束最小平方滤波等。

2　遥感图像恢复

211　图像恢复理论

遥感图像的获取、传输以及记录保存过程要经过目标、大气、光学系统、电子信号传输等一系列环节。在这些环节中,大气状况、摄像设备中光学系统的绕射和像差、成像设备与物体之间的相对运动以及摄像扫描的非线性等因素所引起的几何失真,都难免会造成图像的畸变和失真等图像质量的下降,被称为图像退化。图像退化的典型表现是图像出现模糊、失真以及附加噪声等。由于图像的退化,在图像接收端显示的图像已不再是传输的原始图像,图像效果明显变差。为较好地显示图像,必须对退化的图像进行处理,恢复出真实的原始图像,这一过程就称为图像恢复[229]。

图像恢复过程中首先要对图像建立退化模型,如图1;然后根据所建立的退化模型中的退化图像g (x,y )、考虑退化因素的系统函数h (x,y )以及有关噪声模型n (x,y )来对原始图像进行估计;最后估计出的图像尽可能接近真实图像f (x,y )。

图1　图像退化模型

退化模型函数根据上图可表示为:

g (x,y )=f (x,y )×h (x,y )+n (x,y )

(1)但是在实际中,处理的都是数字图像,对上式要进行离散化表示为:

g (x,y )=

∑M -1m =0∑N -1

n =0

f (m ,n )

×h (x -m ,y -n )+n (x,y )

(2)

式中,x =0,1,2,…,M -1,y =0,1,2,…,N -1。函数f (x,y )和h (x,y )分别是周期为M 和N 的函数,如果不是,必须对其补零延拓,以避免卷积周期的重叠。212　图像恢复方法

图像恢复的方法很多,但目前没有统一的分类标准,大都是根据不同的应用物理环境,采用了不同的退化模型、处理技巧和估计推则,从而得到了不同的恢复方法。本文只采用非约束还原和约束还原两种方法对遥感图像进行恢复[7～9]。

1)非约束还原

噪声模型函数在未知情况下,寻找原始函数的估计函数使其与考虑退化因素的系统函数乘积在最小均方差条件下最接近退化函数,使噪声模型函数的范数最小,则:

‖n ‖=n T n =‖g -H^f ‖2=(g -H^f )T

(g -H^f )(3) 式中,原始函数f 的估计函数。

令:

L ( f )=‖g -H^f ‖

(4) 求L 取极小值。从中求取原始函数f 的估计函数的微分就可以得到恢复公式,此称无约束恢复,即:

^f =H -1

g

(5) 2)约束还原

图像处理要求满足某条件,如公式(4)求解需要使用拉格朗日乘法,令Q 为f 的约束算子,寻找一个最优估计,即求解:

L ( f )=‖Q^f ‖2+λ(‖g -H f ‖-‖n ‖2

)

(6)^f =(H T

H +1λ

Q T Q )-1H T g

(7) 此方法为约束恢复。

3　遥感图像恢复分析

311　M AT LAB 介绍

MAT LAB 在图像处理中应用是由一系列支持图像处理的操作函数组成,如几何操作、区域操作和块操作、滤波、变换、图像分割、图像边缘提取、图像增强、图像恢复等,因此为便于应用在该软件中形成图像处理工具包。图像处理工具包的函数种类很多:图像显示、图像文件输入与输出、几何操作、像素值统计、图像分析与增强、图像滤波、图像变换、图像类型转换以及图像恢复等。该工具包与其他一样,使用者可以根据自行需要编写函数,用来满足特

　增刊 柏春岚等　基于MAT LAB 的遥感图像恢复研究定的需求。312　图像恢复分析

遥感图像的处理和分析一般可用算法的形式描述,而大多数的算法可用软件实现,只有在为了提高速度或克服通用计算机限制的情况下才用特别的硬件。由于MAT LAB 软件具有强大的图形处理功能,而且软件操作简便。本文以某遥感图像为例进行分析。31211　非约速还原

遥感图像恢复方法有很多,目前常用的非约束还原方法有Lucy 2R ichards on 恢复和盲解卷积恢复。本文以Lucy 2R ichards on 恢复方法为例进行遥感图像分析。

1)编程

I =i m read (’F 1JPG’

);　%读入图像subp l ot (2,2,1);i m show (I );

title (’原始图像’

);axis square;

LE N1=30;T HET A1=10;PSF =fs pecial (’m oti on’,LE N1,THET A1);　%产生运动模糊的PSF

I 1=i m filter (I,PSF,’circular’,’conv’

);subp l ot (2,2,2);i m show (I 1);

title (’模糊后的图像’

);axis square;

noise =0113randn (size (I ));　%设置噪声I 1noise =i m add (I 1,i m 2uint8(noise ));%加噪声

subp l ot (2,2,3);i m show (I 1noise );

title (’模糊加噪后的图像’

);luc1=deconvlucy (I 1noise,PSF,10);　%Lucy 2R ich 2ards on 恢复

subp l ot (2,2,4);i m show (luc1);title (’L ucy 2R ichards on 恢复图像’2)仿真结果与分析采用Lucy 2R ichards on 恢复方法分析遥感图像如图2。图中主要分析图像模糊、噪声等现象下图像恢复情况,图像基本反映实际情况,但是图像仍有损失。31212　约速还原

遥感图像恢复方法有很多,目前常用的约束还原方法有维纳滤波恢复和约束最小二乘滤波恢复。本文以维纳滤波恢复方法为例进行遥感图像分析。

1)编程

I =i m read (’F 1JPG’

);　%读入图像subp l ot (2,2,1);i m show (I );

title (’原始图像’

);axis square;LE N1=30;T HET A1=10;PSF =fs pecial (’m oti on’,LE N1,THET A1);　%产生运动模糊的PSF

I 1=i m filter (I,PSF,’circular’,’conv’

);subp l ot (2,2,2);i m show (I 1);

title (’模糊后的图像’

);axis square;

noise =0113randn (size (I ));　%设置噪声

I 1noise =i m add (I 1,i m 2uint8(noise ));　%加噪声subp l ot (2,2,3);i m show (I 1noise );

title (’模糊加加噪后的图像’

);NP =abs (fftn (noise ))1^2;

NP OW =su m (NP (:))/p r od (size (noise ));　%噪声能量

NC ORR =fftshift (real (ifftn (NP )));　%计算噪声的自相关函数

I P =abs (fftn (i m 2double (I )))1^2;I P OW =su m (I P (:))/p r od (size (I ));%原始图像能量

I C ORR =fftshift (real (ifftn (I P )));　%图像的自相关函数

I 2=deconv wnr (I 1noise,PSF,NCORR,I CORR );　%将自相关函数作为参数

subp l ot (2,2,4);i m show (I 2);

title (’维纳滤波恢复’

);axis square

2)仿真结果与分析

采用维纳滤波恢复方法分析遥感图像如图3。图中主要分析图像模糊、噪声等现象下图像恢复情况,图像反映实际情况与Lucy 2R ichards on 恢复方法相比较差,尤其是对消除噪声影响比较差,原因是该方法受噪声影响,而Lucy 2R ichards on 方法使用最优化技术和泊松统计完成多次重复过程受噪声影响小;但是该图像仍然能够反映实际情况

。

4　结束语

图像恢复技术属于图像处理重要技术范畴之一。建立图像退化模型,分析遥感图像恢复方法有非约束还原和约束还原,在此基础上,采用Lucy 2R ichards on 和维纳滤波两种方法恢复遥感图像,并进行结果分析与比较,从中得出Lucy 2R ichards on 方法对遥感图像恢复较好,原因是该方法使用最优化技术和泊松统计完成多次重复过程受噪声影响小。

参考文献

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