一种顾及辐射二维分布的影像间的匀光匀色方法及系统

摘要

一种顾及辐射二维分布的影像间的匀光匀色方法及系统，包括对待匀光匀色影像进行对象级平滑处理去除前景过亮和过暗目标，统计均值和方差，利用整体统计参数对每张平滑后的影像进行辐射调整；对辐射调整结果进行预拼接得到参考低频影像；进行Contourlet变换得到分离后的高低频部分，利用差值法对低频部分进行辐射调整，进行Contourlet逆变换得到单张辐射调整后的影像；对所有辐射调整后的影像进行拼接得到最终匀光匀色结果拼接影像。本发明处理方法清晰，可操作性强，不仅可以消除不同时期影像间亮度色调不一致问题，同时也能解决影像本身由于传感器限制导致的亮度分布不一致问题，使得最终的影像拼接结果有更好的视觉效果。

说明书

技术领域

本发明涉及遥感影像处理技术领域，尤其是涉及一种顾及辐射二维分布的影像间的匀光 匀色方法及系统。

背景技术

遥感影像由于获取的时间、光照、摄影角度及地物类型等成像条件的不同使得影像间存 在亮度分布不均匀、反差不均匀以及色彩不一致等不均匀光照现象，从而极大制约了后续正 射影像拼接和其它的影像工程应用中遥感影像的使用效果。匀色就是消除影像间这些不均匀 的过程，因此，为了更准确和真实地表达客观现实世界，获得高质量的影像信息并有效地加 以利用，匀光匀色是十分必要的。

近年来无人机成像技术发展迅速，其快速灵活，短时间可以获取数量较大但幅面小的影 像的特点使得应用场景越来越广。由于无人机成像高度低，平台稳定性较差，因此摄影角度 变化较大，同一地物由于摄影角度的不同在影像上反映出来的色调和亮度差异会较大；若成 像时太阳高度角较低，由于阴影的影响导致影像向阳面与背阳面出现明显亮度差异，在整体 上呈现出不同航线间有明显的亮暗条带现象；且普通数码相机的质量限制导致单张影像本身 的亮度分布不均匀，通常呈现为影像4角偏暗；对于覆盖范围较大的测区会有不同时间成像 可能，不同时间天气的不同会使得多期影像整体光照差异明显，对后续拼接结果的应用造成 一定影响。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种顾及辐射二维分布的影像间的匀光匀色技术方案，可 操作性强，不仅可以消除不同时期影像间亮度色调不一致问题，同时也能解决影像本身由于 传感器限制导致的亮度分布不一致问题，使得最终的影像拼接结果有更好的视觉效果。

本发明的技术方案为一种顾及辐射二维分布的影像间的匀光匀色方法，包括以下步骤：

步骤1，设共有N张待拼接影像I_i,i＝1,2,3...N，利用对象级的平滑方法去除单张待拼接 影像I_i中的高亮或过暗的前景目标，得到对象级平滑后的影像SI_i,i＝1,2,3...N；

步骤2，统计所有对象级平滑后的影像SI_i的均值SI_im和方差SI_iv，得到平滑后整体的均 值m和方差v；

步骤3，根据均值m和方差v，对各对象级平滑后的影像SI_i进行基于均值方差的辐射调 整，得到辐射调整结果影像I_i′,i＝1,2,3...N；

步骤4，对所有N张辐射调整结果影像I_i′进行预拼接，并对预拼接结果进行平滑得到整 体参考低频信息影像B；

步骤5，对I_i、SI_i和BI_i分别进行Contourlet变换获取对应的低频部分和 高频部分其中BI_i为在整体参考低频信息影像B上根据待拼接影像I_i对应 位置裁剪得到的影像,i＝1,2,3...N；

步骤6，对和进行进一步低通滤波处理，得到低通滤波结果和利用 获取的变换低频部分的低通滤波结果以及利用差值或者比值公式得到调整后 的结果i＝1,2,3...N；

所述差值公式如下，

$I_i^{L^{\prime }}=I_i^L-({\mathrm{SI}}_i^{LL}-{\mathrm{BI}}_i^{LL})=I_i^L-{\mathrm{SI}}_i^{LL}+{\mathrm{BI}}_i^{LL}$

所述比值公式如下，

$I_i^{L^{\prime }}=I_i^L/({\mathrm{SI}}_i^{LL}/{\mathrm{BI}}_i^{LL})=(I_i^L/{\mathrm{SI}}_i^{LL})*{\mathrm{BI}}_i^{LL}$

步骤7，利用替换并结合原始的高频部分进行Contourlet逆变换，得到处理后 的匀色处理后影像ZI_i,i＝1,2,3...N；

步骤8，对所有N张辐射调整后的影像ZI_i进行拼接得到最终匀光匀色结果拼接影像Z。

而且，步骤3中，基于均值方差的辐射调整实现方式如下，

设为SI_i的第k波段的灰度平均值，是统计得到的整体第k波段的均值，和是 相应波段的标准差，均值方差法辐射校正系数为：

$a_k=\frac{S_{y_k}}{S_{x_k}}$

$b_k=\overline{y_k}-a_k·\overline{x_k}$

则I′_i的第k波段为I′_ik＝a_kSI_ik+b_k。

本发明还相应提供一种顾及辐射二维分布的影像间的匀光匀色系统，包括以下模块：

第一模块，用于设共有N张待拼接影像I_i,i＝1,2,3...N，利用对象级的平滑方法去除单张 待拼接影像I_i中的高亮或过暗的前景目标，得到对象级平滑后的影像SI_i,i＝1,2,3...N；

第二模块，用于统计所有对象级平滑后的影像SI_i的均值SI_im和方差SI_iv，得到平滑后整 体的均值m和方差v；

第三模块，用于根据均值m和方差v，对各对象级平滑后的影像SI_i进行基于均值方差的 辐射调整，得到辐射调整结果影像I_i′,i＝1,2,3...N；

第四模块，用于对所有N张辐射调整结果影像I_i′进行预拼接，并对预拼接结果进行平滑 得到整体参考低频信息影像B；

第五模块，用于对I_i、SI_i和BI_i分别进行Contourlet变换获取对应的低频部分和高频部分其中BI_i为在整体参考低频信息影像B上根据待拼接影像I_i对应位置裁剪得到的影像,i＝1,2,3...N；

第六模块，用于对和进行进一步低通滤波处理，得到低通滤波结果和利用获取的变换低频部分的低通滤波结果以及利用差值或者比值公式得到调 整后的结果i＝1,2,3...N；

所述差值公式如下，

$I_i^{L^{\prime }}=I_i^L-({\mathrm{SI}}_i^{LL}-{\mathrm{BI}}_i^{LL})=I_i^L-{\mathrm{SI}}_i^{LL}+{\mathrm{BI}}_i^{LL}$

所述比值公式如下，

$I_i^{L^{\prime }}=I_i^L/({\mathrm{SI}}_i^{LL}/{\mathrm{BI}}_i^{LL})=(I_i^L/{\mathrm{SI}}_i^{LL})*{\mathrm{BI}}_i^{LL}$

第七模块，用于利用替换并结合原始的高频部分进行Contourlet逆变换，得 到处理后的匀色处理后影像ZI_i,i＝1,2,3...N；

第八模块，用于对所有N张辐射调整后的影像ZI_i进行拼接得到最终匀光匀色结果拼接 影像Z。

而且，第三模块中，基于均值方差的辐射调整实现方式如下，

设为SI_i的第k波段的灰度平均值，是统计得到的整体第k波段的均值，和是 相应波段的标准差，均值方差法辐射校正系数为：

$a_k=\frac{S_{y_k}}{S_{x_k}}$

$b_k=\overline{y_k}-a_k·\overline{x_k}$

则I′_i的第k波段为I′_ik＝a_kSI_ik+b_k。

本发明所提供技术方案处理方法清晰，可操作性强，不仅可以消除不同时期影像间亮度 色调不一致问题，同时也能解决影像本身由于传感器限制导致的亮度分布不一致问题，使得 最终的影像拼接结果有更好的视觉效果。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图。

图2为本发明实施例的匀光匀色前的影像拼接图。

图3为本发明实施例的匀光匀色后的影像拼接图。

具体实施方式

本发明所提供的一种顾及辐射二维分布的影像间的匀光匀色方法是，对待匀光匀色影像 进行对象级平滑处理获取整体参考低频；然后利用Contourlet变换进行高低频分离；由于进 行了多级Contourlet变换后的低频部分仍然会存在一部分高频信息，所以需要将获取背景辐 射差异加入到待处理影像的变换后低频部分最后进行Contourlet逆变换；最后进行整体匀色 处理和拼接。具体实施时，可采用计算机软件技术实现自动流程运行，以下结合附图和实施 例详细说明本发明技术方案。

如图1所示，实施例的流程具体包括以下步骤：

步骤1，对待匀光匀色影像进行对象级平滑处理去除前景过亮和过暗目标，获取代表影 像真实背景辐射信息的平滑后影像：

假设共N张匀色拼接的影像I_i(i＝1,2,3...N)，整体参考低频信息影像为B，处理过程可 以概括为：利用对象级的平滑方法去除单张待拼接影像I_i中的高亮或过暗的前景目标，得到 SI_i(i＝1,2,3...N)；

影像拼接中匀色的目的是使得待拼接影像由于成像条件及时间不同导致的不同的色调和 亮度最后在整体上保持一致，且保持本身影像中的细节对比及真实的反差。因此整个匀色处 理的重要一步获取能够代表整体拼接结果的背景辐射信息。具体实施时，对象级平滑处理具 体实现可参见文献：Li,Wenzhuo,KaiminSun,andHongyaZhang."Algorithmforrelative radiometricconsistencyprocessofremotesensingimagesbasedonobject-orientedsmoothingand contourlettransforms."JournalofAppliedRemoteSensing8.1(2014):083607-083607.

单张影像中本身存在高亮目标或过暗目标，这部分目标属于影像的前景，需要将此类目 标排除在整体背景辐射信息获取的过程之外。因此获取代表影像真实背景辐射信息。

步骤2，对平滑后的影像进行均值和方差统计，得到多张影像的整体统计参数：

统计所有对象级平滑后的影像SI_i的均值SI_iM和方差SI_iV得到平滑后整体的均值m和方 差v；

对上述进行过前景去除的所有影像进行均值标准差统计，得到统计参量。

步骤3，利用整体统计参数(均值m和方差v)对每张平滑后的影像进行基于均值方差的 辐射调整，得到对象级平滑后的均值方差一致(已经均值标准差调整)的辐射调整结果影像：

对SI_i进行基于均值标准差辐射一致性处理得到辐射调整结果影像I_i′,i＝1,2,3...N。

具体过程如下：假设为SI_i的第k波段的灰度平均值，是统计得到的整体第k波段的 均值，和是相应波段的标准差。那么均值方差法辐射校正系数为：

$a_k=\frac{S_{y_k}}{S_{x_k}}$

$b_k=\overline{y_k}-a_k·\overline{x_k}$

即I′_i的第k波段为：I′_ik＝a_kSI_ik+b_k

步骤4，对这些辐射调整结果影像进行预拼接，并进行高斯平滑得到代表整体背景辐射 一致的参考低频影像：

对I_i′进行预拼接，并对预拼接结果进行平滑得到整体参考低频信息影像B。

在对单张影像进行基于统计的均值标准差进行调整之后，对这些影像进行预拼接，由于 拼接线选取的原因导致可能在拼接的过程会有一些明显的拼接痕迹，这些边缘信息在后续的 处理中可能会被混入待处理影像，因此需要对预拼接结果进行平滑，保证整体参考低频信息 的获取可靠性。具体预拼接和进行高斯平滑可采用相应现有技术，本发明不予赘述。

步骤5，对每张原始影像，去除前景目标后的平滑影像以及其对应区域的参考低频影像 进行Contourlet变换得到分离后的高低频部分：

对I_i、SI_i和BI_i分别进行n次Contourlet变换获取对应的低频部分和高频 部分其中BI_i为在整体参考低频信息影像B上根据待拼接影像I_i对应位置 裁剪得到的影像，即对应区域局部；具体实施时，本领域技术人员可自行设定n的取值，根 据试验结果建议n取4。

对每张原始影像，去除前景目标后的平滑影像以及其在步骤4的拼接结果中对应区域的 参考低频影像进行Contourlet变换(轮廓波变换)得到分离后的高低频部分时，Contourlet变 换具体实现可参见相关文献，为便于实施参考，提供相应说明。Contourlet变换的分解过程可 以概况为如下步骤：

1.对待分解影像进行LP变换(拉斯金字塔变换)以得到一系列的带通影像和下采样影 像。假设A为输入影像，对A进行J次LP变换得到一个带通影像B_j和低通滤波后的影像A_j， j＝1,2,3…J(从详细到稀疏递变)。而第j次的LP分解将A_j-1分成一个下采样后的影像A_j和一 个未下采样的带通影像B_j。具体实施时，J的取值和n的取值保持一致。

2.利用方向滤波组DFB将分布在同一方向上的边缘奇异点连接成系数。在对LP变换后 的带通影像B_j进行子带分解后，对该带通子带影像进行DFB分解成各个方向上的子带影像。 假设对B_j进行I_j层的方向滤波，那么将得到个方向的子带影像其中 $k=0,1,2...(2^{l_j}-1).$

步骤6，利用去除前景目标后的平滑影像以及其对应区域的参考低频影像的低频部分利 用差值法或比值法对单张原始影像的低频部分进行辐射调整得到调整后的低频：

对与进行进一步低通滤波处理，i＝1,2,3...N，处理得到对应的更能表达影像 低频的具体实施时，本领域技术人员可参考现有技术自行指定低通滤波处理实 现方式；利用获取的变换低频部分的低通滤波结果以及原始的变换后低频利 用如下的差值或者比值公式得到调整后的结果

$I_i^{L^{\prime }}=I_i^L-({\mathrm{SI}}_i^{LL}-{\mathrm{BI}}_i^{LL})=I_i^L-{\mathrm{SI}}_i^{LL}+{\mathrm{BI}}_i^{LL}---\left(1\right)$

或者

$I_i^{L^{\prime }}=I_i^L/({\mathrm{SI}}_i^{LL}/{\mathrm{BI}}_i^{LL})=(I_i^L/{\mathrm{SI}}_i^{LL})*{\mathrm{BI}}_i^{LL}---\left(2\right)$

步骤7，利用单张影像的高频部分与调整后的低频部分进行Contourlet逆变换得到单张辐 射调整后的影像ZI_i,i＝1,2,3...N：

利用替换并结合原始的进行Contourlet逆变换得到处理后的匀色处理后影像 ZI_i,i＝1,2,3...N。具体实施时，Contourlet逆变换和步骤5的Contourlet变换具体实现相应， 是其逆过程，本发明不予赘述。

步骤8，对所有N张辐射调整后的影像ZI_i进行拼接得到最终匀光匀色结果拼接影像Z， 及最终的匀色后影像。

参见图2和图3中采用本发明实施例方法进行实验所得匀光匀色前后的影像拼接图，可 见，该方法顾及图像本身的辐射二维分布信息，且先除去图像高亮或者过暗目标，减少对后 续获取平均差异的不良影响。使用Contourlet变换对图像进行高低频分离，在低频部分统计 图像获取的参考影像间的平均差异进行辐射一致性处理。在处理过程中对图像进行带有重叠 区域的特殊分块处理，仅保留分块区域的“有效区域”内的结果，重叠区的大小由Contourlet 变换层数和低频部分的低通滤波窗口大小共同决定。本方法也可应用与推扫式影像中由于光 照及不同阴影方向的不同导致的条带现象。能对不同时期影像由于色彩及亮度不一致进行良 好的匀色调整，且能较好的保持本身影像细节信息。

具体实施时，本发明所提供方法可基于软件技术实现自动运行流程，也可采用模块化方 式实现相应系统。

本发明还相应提供一种顾及辐射二维分布的影像间的匀光匀色系统，包括以下模块：

第一模块，用于设共有N张待拼接影像I_i,i＝1,2,3...N，利用对象级的平滑方法去除单张 待拼接影像I_i中的高亮或过暗的前景目标，得到对象级平滑后的影像SI_i,i＝1,2,3...N；

第二模块，用于统计所有对象级平滑后的影像SI_i的均值SI_im和方差SI_iv，得到平滑后整 体的均值m和方差v；

第三模块，用于根据均值m和方差v，对各对象级平滑后的影像SI_i进行基于均值方差的 辐射调整，得到辐射调整结果影像I_i′,i＝1,2,3...N；

第四模块，用于对所有N张辐射调整结果影像I_i′进行预拼接，并对预拼接结果进行平滑 得到整体参考低频信息影像B；

第五模块，用于对I_i、SI_i和BI_i分别进行Contourlet变换获取对应的低频部分和高频部分其中BI_i为在整体参考低频信息影像B上根据待拼接影像I_i 对应位置裁剪得到的影像,i＝1,2,3...N；

第六模块，用于对和进行进一步低通滤波处理，得到低通滤波结果和利用获取的变换低频部分的低通滤波结果以及利用差值或者比值公式得到调 整后的结果i＝1,2,3...N；

所述差值公式如下，

$I_i^{L^{\prime }}=I_i^L-({\mathrm{SI}}_i^{LL}-{\mathrm{BI}}_i^{LL})=I_i^L-{\mathrm{SI}}_i^{LL}+{\mathrm{BI}}_i^{LL}$

所述比值公式如下，

$I_i^{L^{\prime }}=I_i^L/({\mathrm{SI}}_i^{LL}/{\mathrm{BI}}_i^{LL})=(I_i^L/{\mathrm{SI}}_i^{LL})*{\mathrm{BI}}_i^{LL}$

第七模块，用于利用替换并结合原始的高频部分进行Contourlet逆变换，得 到处理后的匀色处理后影像ZI_i,i＝1,2,3...N；

第八模块，用于对所有N张辐射调整后的影像ZI_i进行拼接得到最终匀光匀色结果拼接 影像Z。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技 术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不 会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。