[發(fā)明專利]一種火星遙感圖像增強(qiáng)方法與裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210680343.1
• 申請(qǐng)日: 2022-06-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115205141A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李甲;李紅雨;趙沁平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T5/00
• 分類號(hào): G06T5/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京唯智勤實(shí)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11557
• 代理人: 孫姣

本發(fā)明公開(kāi)了一種火星遙感圖像增強(qiáng)方法與裝置，包括：獲取火星環(huán)繞器拍攝的多個(gè)清晰火星遙感圖像，使用沙塵渲染方法對(duì)每個(gè)清晰火星遙感圖像生成多個(gè)對(duì)應(yīng)的帶有沙塵的圖像；使用所生成的各個(gè)多個(gè)清晰沙塵圖像對(duì)，訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；將真實(shí)的帶有沙塵的圖像輸入訓(xùn)練完成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過(guò)一個(gè)卷積神網(wǎng)絡(luò)層和兩個(gè)二倍下采樣層降低真實(shí)的帶有沙塵的圖像的空間分辨率并擴(kuò)展通道維度，得到特征圖；將特征圖依次經(jīng)過(guò)三個(gè)密集深度卷積模塊提取特征將提取的特征經(jīng)過(guò)兩次上采樣操作和一次卷積操作。本發(fā)明能夠應(yīng)用于火星環(huán)繞器計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)和火星圖像地面分析，為地面數(shù)據(jù)分析和火星觀測(cè)工作提供了便利。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺(jué)與多媒體分析領(lǐng)域，具體涉及遙感圖像增強(qiáng)方法與裝置。

背景技術(shù)

對(duì)于一幅受到沙塵影響、被重度沙塵覆蓋的遙感圖像，增強(qiáng)方法的目標(biāo)是修復(fù)出其未受沙塵影響時(shí)的清晰狀態(tài)。隨著中國(guó)天問(wèn)一號(hào)火星探索項(xiàng)目的開(kāi)展，火星環(huán)繞器負(fù)責(zé)對(duì)火星表面的地質(zhì)地貌進(jìn)行觀測(cè)，但是火星表面的周期性沙塵暴嚴(yán)重影響了觀測(cè)任務(wù)的開(kāi)展。本發(fā)明提出的沙塵圖像復(fù)原方法對(duì)火星環(huán)繞器觀測(cè)任務(wù)的進(jìn)行和火星遙感圖像的分析工作有著重要的輔助作用。

針對(duì)遙感圖像去沙塵任務(wù)，當(dāng)下缺少與之相關(guān)的研究，圖像修復(fù)領(lǐng)域內(nèi)與之較為相關(guān)的任務(wù)是圖像去霧。但是去霧的模型無(wú)法直接應(yīng)用于遙感圖像去沙塵任務(wù)，其主要原因是遙感圖像中火星表面的沙塵分布與地球上的霧霾分布不同，在地球上霧霾趨近于均勻分布，而火星表面的沙塵分布具有一定的隨機(jī)性。在全局上看火星遙感圖像的不同位置沙塵的強(qiáng)度變化可能較大。除此之外，由于缺乏配對(duì)的數(shù)據(jù)，圖像的修復(fù)質(zhì)量受到嚴(yán)重的限制。因此，針對(duì)火星遙感圖像的去沙塵任務(wù)，需要對(duì)現(xiàn)有的散射模型進(jìn)行改進(jìn)，并設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的仿真手段以開(kāi)展深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)督訓(xùn)練。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)上述實(shí)際需求和關(guān)鍵問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于：提出一種火星遙感圖像增強(qiáng)方法與裝置，給定真實(shí)沙塵圖像，從單張圖像中修復(fù)其清晰狀態(tài)。

本發(fā)明包含如下5個(gè)步驟：

步驟S100，獲取火星環(huán)繞器拍攝的多個(gè)清晰火星遙感圖像，使用沙塵渲染方法對(duì)每個(gè)清晰火星遙感圖像生成多個(gè)對(duì)應(yīng)的帶有沙塵的圖像，其中，清晰火星遙感圖像是指未被沙塵遮擋的圖像；

步驟S200，使用所生成的各個(gè)多個(gè)清晰沙塵圖像對(duì)，訓(xùn)練深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到訓(xùn)練完成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中，多個(gè)清晰沙塵圖像對(duì)中的清晰沙塵圖像對(duì)是清晰火星遙感圖像和對(duì)應(yīng)該清晰火星遙感圖像的帶有沙塵的圖像組成的圖像對(duì)；

步驟S300，將真實(shí)的帶有沙塵的圖像輸入訓(xùn)練完成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過(guò)一個(gè)卷積神網(wǎng)絡(luò)層和兩個(gè)二倍下采樣層降低真實(shí)的帶有沙塵的圖像的空間分辨率并擴(kuò)展通道維度，得到特征圖；

步驟S400，將特征圖依次經(jīng)過(guò)三個(gè)密集深度卷積模塊提取特征；

步驟S500，將提取的特征經(jīng)過(guò)兩次上采樣操作和一次卷積操作，以將空間分辨率和通道維度還原為與真實(shí)的帶有沙塵的圖像的空間分辨率和通道維度相同，其中，訓(xùn)練完成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出是對(duì)真實(shí)的帶有沙塵的圖像的清晰重建結(jié)果，清晰重建結(jié)果是將真實(shí)的帶有沙塵的圖像轉(zhuǎn)變?yōu)槲幢簧硥m遮擋的圖像的結(jié)果。

根據(jù)發(fā)明公開(kāi)的方法屬于火星遙感圖像增強(qiáng)方法與裝置，相比傳統(tǒng)的去霧模型，具有三個(gè)有益的特點(diǎn)：1)本方法設(shè)計(jì)了火星沙塵圖像的仿真方法，該方法可以對(duì)清晰遙感圖像渲染出與真實(shí)沙塵相近的效果。2)借由渲染出的成對(duì)數(shù)據(jù)，本方法利用監(jiān)督學(xué)習(xí)方式學(xué)習(xí)清晰圖像與沙塵圖像之間的映射關(guān)系，相比無(wú)監(jiān)督方法和非深度學(xué)習(xí)方法大大提升了圖像的修復(fù)質(zhì)量。3)本方法提出的密集連接深度卷積模塊可以大大提高特征的提取效果，并可以直接應(yīng)用于其他的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架。4)本方法使用仿真數(shù)據(jù)訓(xùn)練的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以直接應(yīng)用于真實(shí)的沙塵圖像進(jìn)行修復(fù)工作，可以減弱沙塵對(duì)觀測(cè)和分析工作的視覺(jué)影響。

附圖說(shuō)明