基于小波分析的遙感影像薄云去除算法研究

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1、為了確?！敖虒W(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備正常使用，我校做到安裝、教師培訓(xùn)同步進(jìn)行。設(shè)備安裝到位后，中心校組織各學(xué)點(diǎn)管理人員統(tǒng)一到縣教師進(jìn)修學(xué)校進(jìn)行培訓(xùn)，熟悉系統(tǒng)的使用和維護(hù)?；谛〔ǚ治龅倪b感影像薄云去除算法研究　　摘要：本文針對(duì)遙感全色影像中存在大面積薄云導(dǎo)致影像模糊和信息丟失的問題，提出一種基于小波變換的薄云去除算法。該算法首先通過靜態(tài)小波變換將原始影像分解為低頻分量和高頻分量，基于低頻近似系數(shù)構(gòu)造云層厚度掩膜，再利用影像細(xì)節(jié)信息進(jìn)一步標(biāo)示云層厚度與地物區(qū)域，然后針對(duì)不同云層厚度相應(yīng)地處理低頻系數(shù)和高頻系數(shù)，對(duì)調(diào)整后的分解系數(shù)進(jìn)行反變換，得到去云圖像。實(shí)

2、驗(yàn)結(jié)果表明該方法有效地去除了衛(wèi)星影像中的薄云噪聲，對(duì)不同的云層厚度和云區(qū)范圍都有較好的處理效果?！　￡P(guān)鍵詞：遙感影像；薄云去除；小波變換；雙邊濾波　　中圖分類號(hào)：TN976文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1007--0137-03為了充分發(fā)揮“教學(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備的作用，我們不僅把資源運(yùn)用于課堂教學(xué)，還利用系統(tǒng)的特色欄目開展課外活動(dòng)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全教育、健康教育、反邪教教育等豐富學(xué)生的課余文化生活。為了確?！敖虒W(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備正常使用，我校做到安裝、教師培訓(xùn)同步進(jìn)行。設(shè)備安裝到位后，中心校組織各學(xué)點(diǎn)管理人員統(tǒng)一到縣教師進(jìn)修學(xué)校進(jìn)行培訓(xùn)，熟悉

3、系統(tǒng)的使用和維護(hù)?！　‰S著遙感技術(shù)的發(fā)展，遙感衛(wèi)星的時(shí)空分辨率不斷提高，工作波段也得到充分拓展。從傳感器平臺(tái)上獲取的大量圖像數(shù)據(jù)為軍事觀察、氣象預(yù)報(bào)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等各領(lǐng)域的研究發(fā)展提供了重要的指導(dǎo)作用。由于大氣空間中云層的存在，遙感光學(xué)圖像易出現(xiàn)大量云遮擋。在云噪聲的干擾下，地物信息難以辨別，不利于圖像數(shù)據(jù)后續(xù)的分析處理。遙感影像中大面積云區(qū)域的存在使圖像難以使用，給衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸帶來不利影響，提高了空間探測(cè)成本。因此針對(duì)遙感影像，去除云干擾進(jìn)而提高圖像的利用率，具有十分重要的研究意義。　　云大致可分為薄云和厚云。如圖1所示，薄云通常呈現(xiàn)半透明狀態(tài)，包含大部分的地物信

4、息，但由于其對(duì)太陽光的反射和散射，導(dǎo)致進(jìn)入傳感器中的地物光譜失真。在云層達(dá)到一定厚度時(shí)，地面信息即被完全遮擋，無法識(shí)別。目前針對(duì)單幅遙感影像，主要的去云算法有：直方圖匹配法[1-3]，多光譜圖像去云法[4-5]、同態(tài)濾波法[6-7]和小波分解法[8-9]。直方圖匹配法基于薄云區(qū)域和地物區(qū)域的直方圖在統(tǒng)計(jì)上相似，難以準(zhǔn)確識(shí)別圖像中薄云的位置，不適合小區(qū)域薄云的處理。多光譜去云法利用衛(wèi)星多光譜圖像中對(duì)云霧敏感的波段進(jìn)行去云處理，在光譜波段有限如全色圖像的情況下則無法應(yīng)用。同態(tài)濾波法和小波分解法都是基于云噪聲的形成模型，即認(rèn)為云噪聲提高了圖像的低頻信息，降低了高頻信息

5、，通過對(duì)高頻和低頻信息的不同處理達(dá)到去云目的?！　∩鲜龅膸追N方法大多建立在整幅圖像被薄云覆蓋，或是厚度相同，而實(shí)際中即便是大面積薄云也存在厚度變化?；诖?，本文提出根據(jù)一種基于靜態(tài)小波變換去云的方法，首先構(gòu)建云層厚度掩膜，結(jié)合云區(qū)紋理特點(diǎn)對(duì)地物區(qū)域和云層厚度加以標(biāo)記，再依據(jù)標(biāo)識(shí)對(duì)高頻和低頻信息進(jìn)行不同程度的處理，從而實(shí)現(xiàn)去云目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文算法對(duì)大面積均勻薄云或有厚度變化的薄云都能有效去除?！　?薄云去除方法為了充分發(fā)揮“教學(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備的作用，我們不僅把資源運(yùn)用于課堂教學(xué)，還利用系統(tǒng)的特色欄目開展課外活動(dòng)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全教育、健康教育、

6、反邪教教育等豐富學(xué)生的課余文化生活。為了確?！敖虒W(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備正常使用，我校做到安裝、教師培訓(xùn)同步進(jìn)行。設(shè)備安裝到位后，中心校組織各學(xué)點(diǎn)管理人員統(tǒng)一到縣教師進(jìn)修學(xué)校進(jìn)行培訓(xùn)，熟悉系統(tǒng)的使用和維護(hù)?！　”≡瞥上衲Ｐ汀　?實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析　　本文選取兩景高分二號(hào)遙感衛(wèi)星全色影像為原始圖像，其中既有全圖都被薄云覆蓋的影像，也有被部分薄云覆蓋的影像。實(shí)驗(yàn)采用小波，分解層數(shù)為4層。其中，雙邊濾波的參數(shù)σs和σr取值分別為2和IDmax‘/10，IDmax‘為濾波后紋理細(xì)節(jié)圖的最大灰度值。為比較本方法去除薄云的效果，對(duì)每景影像同時(shí)采用文獻(xiàn)[7]中的同態(tài)濾波法

7、和文獻(xiàn)[8]中的濾波小波變換法去云。對(duì)兩景影像的去云結(jié)果，我們均將灰度值調(diào)整到0～1范圍內(nèi)，方便比較目視效果?！　∧恳曅Ч容^為了充分發(fā)揮“教學(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備的作用，我們不僅把資源運(yùn)用于課堂教學(xué)，還利用系統(tǒng)的特色欄目開展課外活動(dòng)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全教育、健康教育、反邪教教育等豐富學(xué)生的課余文化生活。為了確?！敖虒W(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備正常使用，我校做到安裝、教師培訓(xùn)同步進(jìn)行。設(shè)備安裝到位后，中心校組織各學(xué)點(diǎn)管理人員統(tǒng)一到縣教師進(jìn)修學(xué)校進(jìn)行培訓(xùn)，熟悉系統(tǒng)的使用和維護(hù)?！　D2是全圖均被薄云覆蓋的影像，圖3是被部分薄云覆蓋的影像。采用同態(tài)濾波法和

8、濾波小波法對(duì)薄云覆蓋影像