[發明專利]一種邊緣先驗引導的單幀遙感圖像超分辨率處理方法

有效

• 申請號: 201510098356.8
• 申請日: 2015-03-05
• 公開（公告）號: CN104732491B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 曹世翔;劉薇;邢坤;何紅艷;周楠;李巖;張炳先;岳春宇;李方琦
• 申請（專利權）人: 北京空間機電研究所
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 陳鵬

技術領域

本發明屬于圖像處理領域，涉及一種單幀遙感圖像的超分辨率處理方法。

背景技術

分辨率是衡量光學衛星影像成像質量的一個重要評價指標，遙感圖像中包含的細節信息與分辨率密切相關，其直接影響著對目標的分析、識別和定位能力。由于像元尺寸的限制，再加上高分辨率相機體積龐大、造價昂貴，往往只能獲取到低分辨率圖像。因此在已有成像環境(無法改變成像系統硬件條件)和數據源條件下，如何根據信息理論，采用數字圖像處理技術來提高遙感圖像的分辨率，是衛星地面分析與處理的重要環節之一。

常用的超分辨率方法歸納起來可以分為兩類：一類是多幀超分辨率方法，即獲取相對運動關系已知的圖像，利用冗余的采樣信息構建重疊區域的高分辨率細節；另一類為單幀超分辨率方法，即只有目標區域的一幅影像。大多數情況下，衛星成像系統不支持微動模式，無法得到多幀圖像，或者多幀間的相對運動關系難以求解，因此單幀超分辨率技術的突破更為迫切。

目前主要的單幀超分辨率方法包括：插值、重構和統計學習的方法。

典型的插值方法包括：最近鄰插值、線性插值、雙三次插值(Keys，Hou)等。此類方法通常模糊了高頻信息，尤其是邊緣細節，且會產生嚴重的塊狀效應，在遙感應用中難以忍受。但其計算速度快、實時性好，一般作為復雜超分方法的基礎。為了克服傳統方法的不足，Li，Allebach等提出了基于最小二乘法的邊緣內插算法，對插值的邊緣有所改善，但在大幅遙感圖像應用上無法克服分塊間的條紋效應。

基于重構的方法通常需要操作者給出某種先驗，對超分辨率的結果與原始圖像進行先驗一致投影，實用性較高。這類算法主要有迭代反投影法、凸集投影法。迭代反投影法由Irani等人提出并引入到超分辨率問題中，該方法將反投影誤差均勻地累加到重建圖像上，導致重建圖像在邊緣存在鋸齒效應且邊緣信息模糊。Stark等人基于集合理論提出了凸集投影法，試圖將解投影到約束集上。Morse等人利用水平集實現了重構。這些算法數學描述直觀，但是約束集往往難以定義，而且對于整幅衛星圖像的處理，計算速度需改善。

基于學習的方法需要構造低分辨率和高分辨率圖像樣本庫，通過學習樣本庫得到兩者內在的聯系，完成重建。早期，Chang等人提出了鄰域嵌入算法，使基于學習的算法得到了很大的關注。Yang等人利用稀疏表示中過完備字典的思想，取得了很好的效果。但需要注意的是，任何一種學習方法都會嚴重依賴學習的樣本，且計算量龐大。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有單幀超分辨率方法應用于遙感圖像時復雜度高、塊狀效應及地物邊緣模糊等不足，針對大幅遙感圖像，提供了一種基于邊緣先驗約束的單幀超分辨率并行處理方法，融合梯度場轉移和迭代后投影處理方法，使得最終重建的圖像邊緣細節得以保護，同時信噪比等質量指標未大幅下降且處理速度快。

本發明的技術解決方案是：一種邊緣先驗引導的單幀遙感圖像超分辨率處理方法，包括如下步驟：

(1)獲取原始圖像I_L，并對I_L進行分塊，對I_L的分塊圖像進行索引并記為SubI_L；

(2)根據超分辨率倍數m，對每一個SubI_L進行插值，得到分塊圖像SubI_Htmp，SubI_Htmp的集合構成過程圖像I_Htemp；

(3)針對任意SubI_L及其對應插值后的SubI_Htmp，均執行以下的操作：

(3.1)按超分辨率倍數m，形成模糊濾波器h，利用h對SubI_L和SubI_Htmp分別進行卷積，并在卷積的基礎上分別計算SubI_L的行方向邊緣圖SubL_ex，列方向邊緣圖SubL_ey，以及SubI_Htmp的行方向邊緣圖SubHtmp_ex，列方向邊緣圖SubHtmp_ey；

(3.2)對SubL_ex按像素求絕對值，并按最大最小值進行線性拉伸得到線性邊緣圖|SubL_ex|_lin，