[發明專利]基于多重變換域的超分辨率重建方法

有效

• 申請號: 201610032463.5
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105550993B
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: 李峰;辛蕾;詹錕;劉露
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: G06T3/40
• 分類號: G06T3/40
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 仇蕾安

本發明涉及一種基于多重變換域的超分辨率重建方法，屬于圖像超分辨率技術領域，包括下述內容：對K幅輸入的低分辨率圖像分別進行非相關的變換域分析；根據目標超分辨率圖像和輸入的低分辨率圖像尺寸確定下采樣矩陣D；通過對代價函數minλ₁‖W₁(z₁)‖₁+λ₂‖W₂(z₂)‖₂+……+λ_j‖W_j(z_j)‖₁在z＝z₁+z₂+…+z_j和‖DH_iM_iz?g_i‖₂≤n_i i＝1,2,…K約束下采用多重變換域下L₁范數最小化的優化算法重建超分辨率圖像。對比現有技術，本發明方法解決了在超分辨率重建中的先驗概率模型的選取問題，即基于多重變換域的遙感圖像稀疏性表達；同時克服了低分辨率遙感圖像間由于載荷平臺抖動和大氣擾動帶來的非規則的幾何畸變和錯位的問題，重建出具有良好效果的超分辨率圖像。

技術領域

本發明涉及一種超分辨率重建方法，特別涉及一種基于多重變換域的超分辨率重建方法，即利用多時相、同一場景的低分辨率圖像采用后處理的方式重建出高分辨率圖像的方法，屬于圖像超分辨率技術領域。

背景技術

高分辨率成像對遙感、軍事、天文、生物醫療等諸多方面具有重要意義。人類對高分辨率圖像的追求從未停止過，由于成像設備在理論上和客觀條件的限制，成像的空間分辨率往往會遭遇瓶頸。例如在保持其它條件不變的情況下，最直接提高分辨率的方法就是提高CCD或CMOS的密度，即減小每個感光單元尺寸，然而當CCD或CMOS的感光單元小到一定程度時，圖像的質量將開始下降，這是因為隨著感光單元的減小,光通量也隨之減少,在曝光過程中，每個感光單元所收集到的光子將被熱噪聲所掩蓋。提高分辨率也可以通過相應加大光學系統設計和CCD/CMOS陣列來實現，然而這就必然帶來成像設備體積和重量的增加，這在某些對成像設備體積、功耗、重量要求極為苛刻的情況下是不可接受的，例如衛星遙感成像領域。相比常規的成像設備，除了光學系統、CCD或CMOS陣列密度等因素外，還有一些特殊的因素決定衛星遙感成像分辨率，例如：觀測幅寬、觀測波段范圍、衛星重返周期等。一般來說，星載成像儀的高時間分辨率和高空間分辨率是一對矛盾，在同樣視場角的前提下，重訪周期短的衛星，往往成像的空間分辨率較低。衛星一旦發射，星載相機的成像分辨率是固定的，但衛星以一定的周期繞地球旋轉，會重復拍攝同一個區域，這就為超分辨率技術的應用提供了契機。超分辨率重建技術作為一種投資少、收益高的后處理技術，可以綜合地利用現有的航天/航空遙感載荷和觀測數據資源，從而滿足資源探測、災害監測、國防建設等行業對高空間分辨率遙感圖像的要求。

從超分辨率重建技術被第一次提出已有近三十年的歷史,在涉及公共安全的視頻監控領域、醫學成像領域和圖像通信等諸多領域獲得巨大的成功，例如：基于超分辨率技術可以把一般的NTSC格式或PAL格式電視信號轉換為高清電視信號(簡稱HDTV)而不失真地在HDTV電視上播放。但在對地觀測領域還遠沒有達到實用的程度,主要原因如下:常規超分辨率方法無法克服低分辨率遙感圖像間由于載荷平臺抖動和大氣擾動帶來的非規則的幾何畸變和錯位；缺乏針對遙感圖像的高效重建方法；并且超分辨率重建技術在航天/航空遙感領域應用中會因客觀條件而受限。由于一直以來獲取多時相低分辨率遙感圖像的時間跨度往往較大(例如美國陸地衛星LANDSAT-7的重訪周期是16天),因此很難保證地物在這個時間段內沒有發生變化。但是隨著我國近年來航天/航空事業的迅猛發展，對地觀測載荷和相應的觀測數據呈爆炸的增長態勢，極大地縮短了獲取多時相低分辨率遙感圖像的時間，例如，我國資源三號衛星的回歸周期是59天，但是在特殊需要的情況下，采用側擺功能，則它的重訪周期可達5天；再比如我國的環境減災衛星HJ-1A和HJ-1B各自的重訪周期是4天，結合HJ雙星，重訪周期可達2天。這些在短時期內獲取的在同一星下觀測點的遙感影像，為此時開展超分辨率技術研究提供了前所未有的發展契機。