[发明专利]一种光谱图像处理方法

摘要

本发明提供了一种光谱图像处理方法，属于遥感图像数据处理技术领域。本方法利用光谱成像仪获取谱段间具有亚像素位移的光谱数据立方体，并获取各个谱段图像之间的亚像素位移，建立窄谱段低分辨图像与宽谱段高分辨图像之间的物理关系模型‑图像降质模型，基于建立的图像降质模型和亚像素位移计算出光谱响应系数，将亚像素位移和光谱响应系数代入所建立的图像降质模型，并基于该图像降质模型进行图像超分辨率重建。本发明避免由辐射度基础不同造成的图像失真，以及由于时间和环境变化而引入的辐射度误差，适用于现有多种基于空间域超分辨的图像超分辨方法。

主权项

一种光谱图像处理方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一：利用光谱成像仪获取谱段间具有亚像素位移的光谱数据立方体；步骤二：建立光谱成像仪获取数据的图像降质模型；图像降质模型的公式如下：其中，是中心波长为λk的低分辨率窄谱段光谱图像，的空间分辨率为[M1×M2]像素；M1和M2为正整数，k＝1,2,…,N，N是谱段数目；X是原始高分辨率宽谱段图像，覆盖谱段[λ1,λ2,…,λN]，X的空间分辨率为[qM1×qM2]，q为空间分辨率提高倍数；是中心波长为λk的光谱滤波矩阵，是第i个像素所对应地物在谱段λk中的光谱响应系数；Dk是下采样矩阵，大小为[M1M2×q2M1M2]；Bk是模糊矩阵，大小为[q2M1M2×q2M1M2]；Fk是位移形变矩阵，大小为[q2M1M2×q2M1M2]；Vk是噪声矩阵，大小为[M1M2×1]；步骤三：获取各个谱段图像之间的亚像素位移；步骤四：基于图像降质模型和亚像素位移计算出光谱响应系数；光谱响应系数通过下式获得：其中，是中心波长为λk的光谱图像中第i个像素的灰度值，根据步骤三得到的谱段图像之间亚像素位移，是重采样后中心波长为λj的第i个像素的灰度值；步骤五：将亚像素位移和光谱响应系数代入步骤二所建立的图像降质模型，基于该图像降质模型进行图像超分辨率重建；采用基于改进Huber范数估计的正则化超分辨方法进行图像超分辨率重建，该方法的描述公式如下：其中，表示超分辨率重建得到的图像，函数表示求取使f(X)最小化的X的取值；为基于改进Huber范数的最大似然估计算子；是中心波长为λk的低分辨率窄谱段光谱图像；Ψ(X)为双边总变差正则项，η是正则项系数；基于最陡梯度下降法，所述的正则化超分辨方法采取的迭代公式如下：其中，和分别表示第n+1次和第n次迭代所得到的图像；β为迭代步长；yk为第k个谱段对应的低分辨率图像；参数P≥1；α是权重系数；I为单位矩阵；和分别表示将图像在竖直方向向下或者向上移动l个像素的位移矩阵，和分别表示将图像在水平方向向左或者向右移动m个像素的位移矩阵；根据最大似然估计算子的影响函数获得，表示如下：x为最大似然估计算子的输入值；T1和T2是最大似然估计算子的阈值，规定为正值；sign(.)为符号函数；ξ是权重因子，取值范围为[T1/T2,1]。