[發明專利]星載相機短曝光圖像序列信噪比實時處理方法及系統

有效

• 申請號: 202010311683.8
• 申請日: 2020-04-20
• 公開（公告）號: CN111464755B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 高昆;華梓錚;李果;顧海侖;王更科;周穎婕;楊樺;李若嫻;陳卓一;孔祥皓
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04N5/235
• 分類號: H04N5/235;H04N5/217
• 代理公司: 北京晟睿智杰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11603
• 代理人: 于淼

本發明公開了一種星載相機短曝光圖像序列信噪比實時處理方法及系統，涉及圖像處理技術領域，包括：采集多幀連續短曝光圖像；采集與多幀連續短曝光圖像拍攝時間內對應的多個衛星姿態數據；對衛星姿態數據進行插值運算，得到與多幀連續短曝光圖像一一對應的衛星姿態數據；對經過插值運算后的衛星姿態數據進行姿態運算，得到與插值運算后的姿態數據一一對應的多幀連續短曝光圖像的矯正數據；對與矯正數據一一對應的多幀連續短曝光圖像上的像素進行像素地址映射計算，并讀取像素地址數據，得到增強后的圖像數據；將增強后的圖像數據進行應用；清空存儲器中的數據。本發明通過星載FPGA獲取增強后的圖像數據，能夠提高圖像對比度，消除隨機噪聲。

技術領域

本發明涉及圖像處理技術領域，更具體地，涉及一種星載相機短曝光圖像序列信噪比實時處理方法及系統。

背景技術

隨著計算機圖像的快速發展，成像已經被廣泛地應用于軍事、醫學、商業以及日常生活中。由于在特種應用環境中，普通可見光圖像受成像系統本身的限制，以及周圍環境的進光量的限制，導致圖像噪聲與圖像本身所含信息差距較小，成像后的圖像信噪比過低，導致目標模糊不清，甚至被背景噪聲掩蓋，因此在實際應用中需要對信噪比較低的圖像進行圖像增強處理。

當前，衛星圖像的信噪比性能更多依賴于成像器件的動態范圍，器件的性能成為制約衛星觀測能力的瓶頸。為了實現衛星圖像質量的整體提升，實現水色觀測信噪比優于1000的指標要求，有必要對成像過程的噪聲產生環節，以及噪聲抑制方法進行更詳細的分析，并明確信噪比提升的相關技術手段。

現有的圖像增強方法包括直方圖均衡法，首先，統計直方圖每個灰度值出現的概率，其次，累積歸一化的直方圖，最后，計算新的像素值。通過使用累積函數對灰度值進行“調整”以實現對比度的增強，將圖像中灰度概率密度較大灰度值擴展到附近的灰度概率密度小的灰度值上，以改變圖像中灰度概率分布，使其均勻化。直方圖均衡法能夠有效地提高圖像對比度和擴大灰度的動態范圍。但是，由于該算法在統計概率分布時對處理的數據不加選擇，可能會增加背景和噪聲的對比度并且降低目標信號的對比度，使得變換后圖像的灰度值減少，導致某些細節消失，致使最終顯示的圖像不清楚。

因此，針對監測儀光學孔徑、探測器靈敏度和一次曝光時間有限，導致成像SNR偏低的現狀，亟需一種圖像短曝光疊加的方法，提高圖像對比度，消除隨機噪聲。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種星載相機短曝光圖像序列信噪比實時處理方法及系統，其中，通過星載FPGA獲取增強后的圖像數據，能夠提高圖像對比度，消除隨機噪聲。

本申請提供一種星載相機短曝光圖像序列信噪比實時處理方法，該方法包括：

通過星載FPGA采集多幀連續短曝光圖像，并將多幀連續短曝光圖像存儲至第一存儲器中；

通過星載FPGA控制姿態傳感器采集與多幀連續短曝光圖像拍攝時間內對應的多個衛星姿態數據，并將多個衛星姿態數據存儲至第二存儲器中；

對衛星姿態數據進行插值運算，得到與多幀連續短曝光圖像一一對應的衛星姿態數據，并存儲至第三存儲器中；

對經過插值運算后的衛星姿態數據進行姿態運算，得到與插值運算后的姿態數據一一對應的多幀連續短曝光圖像的矯正數據，并將矯正數據存儲至第四存儲器中；

對與矯正數據一一對應的多幀連續短曝光圖像上的像素進行像素地址映射計算，并讀取像素地址數據，直至讀取完所有的多幀連續短曝光圖像上的像素地址數據，得到增強后的圖像數據；

將處理得到的增強后的圖像數據傳輸給任意設備繼續進行處理，或者轉換為視頻信號輸出至成像設備；

清空第一存儲器、第二存儲器、第三存儲器和第四存儲器中的數據。