基于小波变换的遥感图像去云方法
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envi遥感影像条带去除原理遥感影像条带去除是指通过一定的算法和处理,消除遥感影像中出现的条纹状噪声,保持影像的准确性和清晰度。
在遥感应用中,条带噪声产生的原因通常是由于遥感传感器的性能问题、地面观测条件等因素导致的,对于遥感应用而言,这些噪声会影响到图像的真实性和可用性。
因此,去除影像的条带噪声是遥感影像处理中的重要环节之一遥感影像条带去除的原理主要有以下几个方面:1.噪声建模:首先需要对条带噪声进行建模。
噪声建模可以通过统计学方法来实现,比如统计其中一个区域内的噪声分布情况,然后对其进行分析和建模,找出噪声的统计规律和特征。
这样可以为后续的去除算法提供依据和基础。
2.频域滤波:频域滤波是常用的一种去除条带噪声的方法。
主要思想是将影像转换到频域,利用频率的特征来进行滤波处理。
其中常用的方法包括傅里叶变换、小波变换等。
通过对频域图像进行滤波处理,可以抑制条带噪声的效果。
3.统计滤波:统计滤波是一种常见的图像去噪方法,它基于统计学原理对图像进行滤波处理。
常见的统计滤波方法有中值滤波、均值滤波、高斯滤波等。
针对条带噪声,可以选择合适的统计滤波方法进行处理,例如中值滤波可以有效地抑制条带噪声。
4.图像增强技术:图像增强技术也可以用于去除条带噪声。
例如,直方图均衡化可以通过对图像的灰度级进行重新分布来增强图像的对比度,从而达到去除条带噪声的效果。
5.空间滤波:空间滤波是根据图像空间域的像素值进行滤波处理。
常见的空间滤波方法有邻域平均法、拉普拉斯算子法等。
通过利用空间滤波,可以将条带噪声进行平滑处理,减小噪声对图像的影响。
综上所述,遥感影像条带去除的原理主要包括噪声建模、频域滤波、统计滤波、图像增强技术和空间滤波等方法。
不同的影像条带噪声去除方法各有优势和适用场景,需要根据具体情况选择合适的方法进行处理,以达到去除条带噪声的效果。
遥感图像解译的常见方法和技巧遥感图像解译是指通过对遥感图像进行分析和解读,获取地物和环境信息的过程。
在当今社会中,遥感技术在农业、城市规划、环境监测以及资源调查等领域中发挥着重要作用。
然而,由于图像复杂性和解译难度的增加,如何有效地进行遥感图像解译成为了一个亟待解决的问题。
本文将介绍遥感图像解译的常见方法和技巧,希望能给读者在实际应用中带来一些启发。
一、多光谱图像解译多光谱图像是指通过多波段的遥感数据获取的图像,其中每个波段对应一种特定的光谱信息。
多光谱图像解译是最常用的遥感图像解译方法之一。
它基于光谱特征来识别和分析地物,通过比较不同波段的反射率和亮度值,可以获得不同地物的光谱特征,并进行分类判别。
在多光谱图像解译中,常用的技巧包括:光谱特征提取、光谱段的组合以及光谱变换。
光谱特征提取是指从多光谱图像中提取能够反映地物特征的光谱信息,例如反射率、亮度值等。
通过提取不同波段的光谱特征,可以实现对地物的分类和判别。
光谱段的组合是指将不同波段的光谱信息进行组合,以突出地物的特征。
例如,在植被遥感图像中,将近红外波段和红光波段进行组合,可以更好地区分植被和非植被地区。
光谱变换是指通过对光谱数据进行数学变换,以改变光谱分布和强度,从而获得更明显的地物信息。
常用的光谱变换方法包括主成分分析和单波段反射率之间的比率。
二、纹理特征分析除了光谱特征,纹理特征也是进行遥感图像解译的重要指标之一。
纹理特征通过对图像像素间的空间关系分析,反映了地物的空间分布和结构特征。
在遥感图像解译中,纹理特征分析可以用于识别和判别不同地物的纹理特征,提高分类的准确性。
在纹理特征分析中,常用的方法包括:灰度共生矩阵(GLCM)、纹理特征值和基于波谱变换的纹理分析。
灰度共生矩阵是一种常用的纹理特征计算方法,它通过计算像素间的灰度级对出现的频率来描述图像的纹理特征。
纹理特征值是一种通过计算图像像素间的像素差异和空间关系来描述地物纹理特征的方法。
图像处理中的小波变换研究在当今数字化的时代,图像处理技术在众多领域都发挥着至关重要的作用,从医学诊断到卫星遥感,从娱乐产业到工业检测,无一不需要对图像进行精确的处理和分析。
而在众多图像处理的方法中,小波变换以其独特的优势成为了研究的热点。
那么,什么是小波变换呢?简单来说,小波变换是一种将信号或图像分解成不同频率和时间尺度成分的数学工具。
与传统的傅里叶变换不同,小波变换能够同时提供时间和频率的局部信息,这使得它在处理非平稳信号和图像时表现得更加出色。
我们先来看看小波变换在图像压缩方面的应用。
在数字化图像中,往往存在大量的冗余信息。
通过小波变换,可以将图像分解为不同的子带,然后根据人类视觉系统的特点,对不重要的子带进行更粗的量化或者直接舍弃,从而实现图像的高效压缩。
比如,在 JPEG2000 图像压缩标准中,就采用了小波变换作为核心技术,相比传统的 JPEG 压缩标准,能够在相同的压缩比下提供更高质量的图像。
在图像去噪方面,小波变换也有着出色的表现。
图像中的噪声通常是随机分布的,而且在不同的频率和位置上具有不同的强度。
通过小波变换,可以将噪声和图像的有用信息分离到不同的子带中。
对于噪声所在的子带,可以采用适当的阈值处理方法来抑制噪声,同时最大程度地保留图像的细节。
这种方法在去除高斯噪声、椒盐噪声等常见噪声类型时效果显著。
再说图像增强,小波变换同样能大显身手。
通过对图像进行小波分解,可以得到不同尺度下的细节信息。
对这些细节信息进行适当的增强处理,比如调整对比度、增强边缘等,然后再进行重构,就能够得到增强后的图像。
这样的处理方式能够在突出图像重要特征的同时,避免对整体图像造成过度的失真。
小波变换在图像融合中也发挥着重要作用。
当需要将多幅来自不同传感器或者在不同条件下获取的图像融合为一幅时,小波变换可以将每幅图像分解为不同的频率成分,然后根据一定的融合规则,对这些成分进行组合,从而得到融合后的图像。
这种方法能够有效地保留源图像中的重要信息,提高融合图像的质量和信息量。
一种基于小波变换的图像去雾方法作者:贺欢吐尔洪江·阿布都克力木何笑来源:《电脑知识与技术》2020年第23期摘要:为获得雾天图像的重要信息,提出一种基于小波变换的图像去雾方法。
对含雾图像进行一层小波分解,对低频图像进行单尺度Retinex增强和同态滤波处理,然后将处理过的两个低频图像进行线性组合得到新的低频图像,最后将新的低频图像与未处理的高频图像进行小波逆变换重构,得到最终得去雾图像,实验结果表明,与其他去雾方法相比,本文方法处理的图像清晰度较高,时间较快。
关键词:小波变换;Mallat算法;单尺度Retinex;同态滤波中图分类号:TN957.52; ; ; ; 文献标识码:A文章编号:1009-3044(2020)23-0176-02Abstract: This paper proposes an image to fog method based on wavelet transform. To a layer of fog image wavelet decomposition, single-scale Retinex in low-frequency image enhancement and homomorphic filtering processing finally will be processed two linear combinations of the low-frequency image to a new low-frequency image, the final will be a new low-frequency image and unprocessed inverter in the high-frequency image with wavelet reconstruction, eventually, have to go to the fog image, the experimental results show that compared with other methods to fog, the method to deal with higher image resolution, time quickly.Key words: wavelet transform; mallat algorithm;; single scale retinex; homomorphic filtering雾霾天气在生活中处处可见,常常给人灰蒙蒙的感觉,在这种情况下获取的图像,图像分辨率和对比度下降,图像大量的细节信息损失,视觉效果不佳,严重影响视觉系统对特殊目标的识别。
遥感图像融合方法遥感图像融合是指将来自不同传感器或不同波段的遥感图像进行融合,以获取更丰富的信息和更高的分辨率。
在遥感领域,图像融合技术被广泛应用于土地利用分类、环境监测、资源调查等领域。
本文将介绍几种常见的遥感图像融合方法,以及它们的优缺点和适用范围。
首先,基于像素级的遥感图像融合方法是最简单和常见的方法之一。
这种方法将来自不同传感器的图像进行逐像素的加权平均或逻辑运算,以获得融合后的图像。
这种方法的优点是简单易行,适用于大多数遥感图像。
然而,由于它忽略了图像的空间信息,导致融合后的图像质量较低,对细节的保留不足。
其次,基于特征的遥感图像融合方法通过提取图像的特征信息,如边缘、纹理等,然后将这些特征信息进行融合。
这种方法能够更好地保留图像的细节信息,提高融合后图像的质量。
然而,这种方法需要对图像进行复杂的特征提取和匹配,计算量较大,且对图像质量和几何精度要求较高。
另外,基于变换的遥感图像融合方法是利用变换域的方法对图像进行融合,如小波变换、PCA变换等。
这种方法能够更好地提取图像的频域信息,获得更高质量的融合图像。
然而,这种方法对图像的几何变换和配准要求较高,且需要较高的计算复杂度。
此外,基于深度学习的遥感图像融合方法是近年来的研究热点。
通过使用深度神经网络对图像进行端到端的融合,能够更好地提取图像的语义信息,获得更高质量的融合图像。
然而,这种方法需要大量的训练数据和计算资源,且对算法的调参和模型的选择要求较高。
综上所述,不同的遥感图像融合方法各有优缺点,适用于不同的应用场景。
在实际应用中,需要根据具体的需求和条件选择合适的融合方法,以获得最佳的效果。
希望本文能够对遥感图像融合方法有所了解,并为相关研究和应用提供参考。
遥感技术中遥感影像的处理方法详解遥感技术是利用遥感设备获取地球上的图像和数据,以了解地球表面的各种特征和现象。
遥感影像是遥感技术的核心输出,它通过对地球表面进行高分辨率的拍摄和记录,提供了丰富的地理信息。
在遥感技术中,遥感影像的处理方法至关重要。
正确的处理方法可以提取出影像中有价值的信息,帮助我们深入了解地球表面的特征和变化。
下面将详细介绍几种常用的遥感影像处理方法。
1. 遥感影像的预处理遥感影像在传输和记录过程中可能会受到一些噪声和干扰的影响,因此需要进行预处理。
预处理的目标是去除噪声、调整图像的对比度和亮度,使得影像更适合进行后续的处理和分析。
常见的预处理方法包括数字滤波、辐射定标和大气校正等。
2. 遥感影像的几何校正遥感影像获取时可能会受到地球表面形变、传感器姿态等因素的影响,导致影像出现几何失真。
几何校正的目标是将影像的几何特征恢复到真实地面情况下的状态,使得影像能够准确地反映地面特征。
常见的几何校正方法包括地面控制点的定位和影像配准等。
3. 遥感影像的分类遥感影像的分类是将影像中的像素按照一定的特征进行划分和归类的过程。
根据不同的应用需求,遥感影像的分类可以包括地物类别的划分、植被覆盖度的估计、土地利用类型的分析等。
常见的分类方法包括基于像素的分类、基于对象的分类和基于深度学习的分类等。
4. 遥感影像的变化检测遥感影像的变化检测是指比较不同时段的遥感影像,分析地表特征在时间上的变化情况。
变化检测可以用于监测自然灾害、城市扩张、森林砍伐等方面的变化。
常见的变化检测方法包括像素级变化检测和基于对象的变化检测等。
5. 遥感影像的数据融合遥感影像的数据融合是将多源、多光谱或多分辨率的遥感影像进行融合,以提高遥感影像的空间和光谱分辨率。
数据融合可以增强遥感影像的细节信息,改善遥感影像的可视化效果,提高遥感影像在各种应用中的精度和效果。
常见的数据融合方法包括主成分分析、小波变换和多尺度分析等。
6. 遥感影像的特征提取遥感影像的特征提取是从遥感影像中提取出目标物体的特征信息的过程。
第1章绪论1.1课题研究的意义及背景1.1.1本课题的研究背景图像融合是以图像为主要研究内容的数据融合技术,是把多个不同模式的图像传感器获得的同一场景的多幅图像或同一传感器在不同时刻获得的同一场景的多幅图像合成为一幅图像的过程。
由于不同模式的图像传感器的成像机理不同,工作电磁波的波长不同,所以不同图像传感器获得的同一场景的多幅图像之间具有信息的冗余性和互补性,经图像融合技术得到的合成图像则可以更全面、更精确地描述所研究的对象.正是由于这一特点,图像融合技术现已广泛地应用于军、遥感、计算机视觉、医学图像处理等领域中。
图像融合的目的和意义在于对同一目标的多个图像可以进行配准、合成,以克服单一图像的局限性,使有关目标图像更趋完备,从而提高图像的可靠性和清晰度。
以获得对某一区域更准确、更全面和更可靠的描述,从而实现对图像的进一步分析和理解,或目标的检测、识别与跟踪。
基于小波变换的图像融合方法可以聚焦到图像的任意细节,被称为数学上的显微镜。
近年来,随着小波理论及其应用的发展,已将小波多分辨率分解用于像素级图像融合。
小波变换的固有特性使其在图像处理中有如下优点:完善的重构能力,保证信号在分解过程中没有信息损失和冗余信息;把图像分解成平均图像和细节图像的组合,分别代表了图像的不同结构,因此容易提取原始图像的结构信息和细节信息;小波分析提供了与人类视觉系统方向相吻合的选择性图像。
但是,图像融合的大多数方法是针对静态图像,在一些实时性要求高的场合缺乏必要的实时性,限制了应用范围。
小波分析(wavelet)是在应用数学的基础上发展起来的一门新兴学科,近十几年来得到了飞速的发展.作为一种新的时频分析工具的小波分析,目前已成为国际上极为活跃的研究领域.从纯粹数学的角度看,小波分析是调和分析这一数学领域半个世纪以来工作的结晶;从应用科学和技术科学的角度来看,小波分析又是计算机应用,信号处理,图形分析,非线性科学和工程技术近些年来在方法上的重大突破.由于小波分析的“自适应性”和“数学显微镜”的美誉,使它与我们观察和分析问题的思路十分接近,因而被广泛应用于基础科学,应用科学,尤其是信息科学,信号分析的方方面面[1]。
基于小波变换的遥感图像去云方法 朱梅梅1 苏 涛2 张会波1 1) 黑龙江省农垦科学院科技情报研究所 2)中国农业大学信息与电气工程学院 北京100083
摘 要: 针对遥感图像中有云雾出现而无法获取有关信息的情况,本文通过对现有的去云的方法分析,采用小波变换的方法,把遥感图像分解为若干子图像,通过分析景物和云雾在小波系数中的不同分布,可知景物处于底层的细节系数,而对于云雾则处于高层的细节系数和近似系数,根据这些特点,本文采用适当调节有关的细节和近似系数的方法,来达到去云的目的。最后评价了图像处理的结果,根据实际图像的处理效果,表明本文方法是有效的。 关键词:遥感图像;小波变换;去云;细节系数;近似系数
一、引言 随着卫星数量的增多, 遥感图像广泛应用于军事、国防以及农业、林业、地质、地理、水文、气象、海洋、城市工程等各个领域,并提供了丰富的遥感图像信息。在遥感数据处理过程中,由于受到天气的影响,就会产生许多噪声,其中云雾就是一种常见的噪声,它严重影响了图像的判读与分析,使很多遥感图像无法发挥其应有的价值。因此,利用图像处理技术,去除图像中的云雾一直是研究的热点。 在国内外,许多科技工作者对此问题进行了不少研究,得到了一些方法。去云的主要的方法有:多光谱图像去云[]、多时相图像去云[]、单幅图像去云[]和多传感器图像融合去云等方法。本文针对单幅遥感图像,采用小波变换的方法,来抑制云层的信息,从而达到去云的目的。 针对受云雾影响的遥感图像,分析发现,云雾信息主要集中在低频区域,而景物信息则主要集中在高频区域。一般的方法就是采用巴特沃斯高通滤波,滤去低频信息,这样处理就会减少云雾的影响,增强了图像的锐度,但是损失了图像背景的低频信息,使背景的深色部分变浅,象素值变化剧烈的区域将被突出,细节部分变得模糊[]。本文利用小波变换的方法,经过适当层次的变换,适当增加或减少细节与近似系数,可以获得满意的效果。
二、基本原理 小波变换与传统的傅里叶变换、Gabor变换相比,小波变换是时间或空间频率的局部化的分析,能够通过伸缩和平移的方法对信号或函数进行多尺度细化,最终达到在高频处对时间进行细化、低频处频率细分,能够自动适应时域信号分析的要求,具有尺度可变的多分辨率的特征,因而有“数字显微镜”的美称。 设ƒ(t)是平方可积函数,则连续函数的小波变换为:
1,tbWTabftdtfaa
0a (1)
式中,1abtbtaa称为母小波t生成的位移和尺度伸缩,a为尺度参数,b为平移参数。 由(1)可以推出其的反演公式: ,211,abftWfabtdadbCa (2) 由于数字图像是二维离散的,具有有限的分辨率,那么就需要进行离散小波变换。具体方法就是对连续小波变换的尺寸和位移按照2的幂次进行离散化得到(即二进制小波变换)。若抽样速率01b时,(1)式变为(3)式:
122kkkxtWfxftdt
(3)
在空间2LR中,进行多分辨率分析,存在 „210123VVVVVV„ (4) 20,mmmZmZVVLR
(5)
12mmftVftV (6) 若满足(4)、(5)、(6)式的一个子空间序列mmZV和雷斯基的存在性,得到函数t和空间序列mV。
1,mmmmmWVVVW (7) 21,mmmmmWQLRQPP
(8)
由(6)(7)、(8)得到
2
,22mmmnttn
,mnZ
(9)
最后,对于一个函数2fxLR,fx在多分辨率分析mmZV可以近似的表示为:
,,mmkmkkfxAfxCx (10) 根据Mallat算法,有 111,1,1,1,mmmnmnmnmnnnfxAfxDfxCxDx
(11)
(11)式中1mAfx表示在第1j尺度上对信号的近似,1mDfx表示在第1j尺度上对信号的细节。 那么对于图像的二维空间拓展,设02,mnmnZCCLR,定义rH,rG和
cH,cG分别是H,G算子对行和列的作用,0C可以分解成1C和三个不同的对应于1,2,3ii的细节11d,12d,13d 即,表达式为: 10rcCHHC
110crdGHC
120crdHGC
130crdGGC
图1所示为二维Mallat算法的分解过程。图中,分解滤波器先对图像的“行”进行分解,然后对“列”进行分解。每次分解产生4个子带nLL,nLH,nHL和nHH,分别对应于低通滤波信号和水平、垂直、对角线等3个方向的高通滤波信号,“↓2”表示2取1的“抽取运算”。 13d
12d
0C
11d
1C
图1 二维Mallat算法的分解过程 三、去云雾方法 由以上分析得知,二维图像经过Mallat算法的N层分解后,可以分解为若干高频分量和低频分量。对于某一层(设为第L层)的细节系数比近似系数的频率高,而第L-1层的近似系数比第L层的近似系数频率高,可见最高一层的近似系数的频率最低,第L层的细节系数是第L-1层的近似系数高通滤波的结果,因此可见第L层的细节系数比第L-1层的细节系数频率低。 通过分析景物和云雾在小波系数中的不同分布,可知景物处于底层的细节系数,而对于云雾则处于高层的细节系数和近似系数,根据这些特点,本文采用适当调节有关的细节和近似系数的方法,达到去云的目的。 云雾处于相对低频的图像信息中,通过以上分析可知:遥感影像经过小波变换后的最高一层的近似系数和较高层的细节系数部分由于频率较低,可能包含有图像的云雾信息。 景物处于相对高频图像信息中,通过以上分析可知:遥感影像经过小波变换后,低层的近似系数和底层的细节系数部分由于频率高,可能包含有图像的景物信息。 根据小波变换的能量紧致性进行分析可知,小波变换的前后的总能量是不变的,是一种能量守恒的变换,并且具有一定的能量集中的特性,通过计算可知:遥感影像的能量几乎都集中在低频部分,而在各高频子图像中仅有很少比例的能量。 遥感图像(像素为MN)的能量定义为:
2ji1
,ExijMN= (12)
本文在去云雾的设计中,引入了有关权重因子(K)的概念。由于遥感影像的能量几乎都集中在低频部分,若高层的细节系数和近似系数部分的权重过小,那么遥感影像的能量就会损失过大,导致信息丢失严重,研究发现,对于云雾非均匀分布的遥感影像,近似系数包含有大量的云雾信息,两者存在着矛盾,于是本文就通过试验,调整近似系数、次高频和较高频的选取权重因子,最后选取最佳的权重因子,以取得最佳的处理结果。图像去云的技术流程如图2所示,k1、k2和 k3 分别是权重因子。
G ↓2
H ↓2
G
G H
H ↓2
↓2
↓2 ↓2
图2 图像去云的技术流程
四、实验处理结果及其评价
我们选取的是华北地区的2005年5月2号的卫星遥感图像,其图像的分辨
率为250 m。图3是一幅含有薄云的待研究的遥感图像,是588*588*3的数据数组。我们采用的是二维的小波变换进行去云,因此先要进行转换,把588*588*3的图像转换成三幅588*588的灰度图像,挑选一幅较好如图4所示的图像,选用sym8小波进行8层分解,并进行有关权重的处理,重构的图像如图5所示。从图5上可以看到,几乎所有的比较薄的云雾都去除了,这说明了本方法是有效的,
图3 原始图像 图4 原始转换图像
图5 去云后的图像
小波分解 遥感图像 高频 分量 低频 分量 次高频 较高频 1k3kk2k3k 小波重构 去云的图像 五、结论
本文根据景物和云雾在小波系数中的不同分布,即景物处于底层的细节系
数,而云雾则处于高层的细节系数和近似系数,根据这些特点,采用适当调节有关的细节和近似系数的方法,达到了去云的目的,经过试验说明了方法的有效性。
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