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文檔簡介
1、空間濾波技術(shù)的應(yīng)用 摘 要 空間濾波技術(shù)是一種采用濾波處理的影響增強(qiáng)方法,目的是改善影像質(zhì)量,包括去除高頻噪聲與干擾,及影像邊緣增強(qiáng)、線性增強(qiáng)以及去模糊等。本文主要介紹了空間濾波技術(shù)在如下二個方向的應(yīng)用:遙感圖像和條帶噪聲去除。關(guān)鍵詞 空間濾波;遙感圖像;條帶噪聲The application of spatial filtering technologyAbstract The spatial filtering technique is a filtering process enhancement method,the purpose is to improve the image qu
2、ality,including removing high frequency noise and interference,and the image edge enhancement,linear enhancement,and deblurring. This paper describes the spatial filtering with noise removal technology in the application of the following three directions: quality testing,remote sensing image,as well
3、 as Article.Key words spatial filtering; remote sensing image; striping noise1. 引言空間濾波技術(shù)的理論基礎(chǔ)是空間卷積,分為低通濾波(平滑化)、高通濾波(銳化)和帶通濾波。空間濾波能夠應(yīng)用在很多方面,在對影像的增強(qiáng)作用上效果明顯,還可以配合其它的圖像處理技術(shù)在圖像處理方面發(fā)揮更大作用。2. 空間濾波在遙感圖像中的應(yīng)用近些年,隨著人們生活素質(zhì)的提高,對信息的需求越來越多,遙感信息的需求量更是日益增加,為此,快速地發(fā)展遙感圖像處理技術(shù)具有很深刻的現(xiàn)實(shí)意義。2.1. 線性空間濾波的理論傳感器獲取的遙感圖像含有大量地物特征信
4、息,在圖像上這些地物特征信息以灰度形式表現(xiàn)出來當(dāng)?shù)匚锾卣鏖g表現(xiàn)的灰度差很小時,目視判讀就無法認(rèn)辨,而圖像增強(qiáng)的方法就可以突顯這種微小灰度差的地物特征,它的實(shí)質(zhì)是增強(qiáng)感興趣地物和周圍地物圖像間的反差, 改善遙感圖像目視判讀的視覺效果,以提高目視判能力。圖像增強(qiáng)按所用方法可分成頻率域法和空間域法。前者把圖像看成一種二維信號,對其進(jìn)行基于二維傅里葉變換的信號增強(qiáng)。采用低通濾波(即只讓低頻信號通過)法,可去掉圖中的噪聲;采用高通濾波(即只讓高頻信號通過)法,則可增強(qiáng)邊緣等高頻信號,使模糊的圖片變得清晰。后者指的是在空間域內(nèi)直接對圖像的像素進(jìn)行處理的方法,它包括灰度變換和空間濾波(也稱鄰域處理或空間卷積
5、)。鄰域處理的過程包括以下四步:1) 定義中心點(diǎn)(x,y);2) 僅對預(yù)先定義的以(x,y)為中心點(diǎn)的鄰域內(nèi)的像素進(jìn)行運(yùn)算;3) 令運(yùn)算結(jié)果為該點(diǎn)處處理的響應(yīng);4) 對圖像中的每一點(diǎn)重復(fù)此步驟。2.2. 線性空間濾波在遙感圖像中的應(yīng)用方法線性運(yùn)算包括將領(lǐng)域中的每個像素與對應(yīng)的系數(shù)相乘, 然后將結(jié)果進(jìn)行累加, 從而得到點(diǎn)(x,y)處的響應(yīng)。若鄰域的大小為mn, 則總共需要nm個系數(shù)。這些系數(shù)排列為一個矩陣, 稱濾波器、掩模、濾波掩模、核、模板或窗口。線性空間濾波的過程僅是簡單地在圖像中逐點(diǎn)移動濾波器掩模w中心。在每個點(diǎn)(x,y)處,濾波器在該點(diǎn)地響應(yīng)時濾波掩模所限定地相應(yīng)鄰域像素與濾波器系數(shù)的乘
6、機(jī)結(jié)果的累加。因?yàn)榫哂形ㄒ坏闹行狞c(diǎn)的特性,掩模的大小應(yīng)均為奇數(shù), 故有意義掩模的最小尺寸是33 。在執(zhí)行線性空間濾波時有兩個相近的概念, 即相關(guān)與卷積。前者和后者的過程是相同的, 區(qū)別它們的是掩模w,卷積只是在圖像移動w 前,將w 旋轉(zhuǎn)180度。假設(shè)圖像的原點(diǎn)為左側(cè)的點(diǎn),求兩個函數(shù)的相關(guān),移動w,使w最右側(cè)的點(diǎn)(或中心點(diǎn))與原點(diǎn)重合,這樣兩個函數(shù)之間有一些點(diǎn)未重疊,可以通過在圖像中填充足夠多的的方法,以保證w在圖像中移動時總存在相應(yīng)的點(diǎn)。之后濾波掩模所限定地相應(yīng)鄰域像素就開始進(jìn)行與對應(yīng)的系數(shù)相乘累加的過程,其結(jié)果值為w與圖像的相關(guān)。3. 空間濾波在條帶噪聲去除上的應(yīng)用航天和航空遙感圖像中,普遍
7、存在著條帶噪聲,任何使用多個探測元進(jìn)行獲取圖像的遙感器圖像數(shù)據(jù)中均存在條帶噪聲。利用直方圖匹配和線性空間濾波相結(jié)合的方法進(jìn)行條帶噪聲的去除,其中,直方圖匹配用于去除探測元間的條帶噪聲,線性空間濾波用于清除橫向隨機(jī)條帶噪聲。3.1. 線檢測圖1使用的四種模版,如果第1個模板在圖像中移動,這個模板將對水平方向的線條(一個像素寬度)有更強(qiáng)的響應(yīng);圖1中的第2個模板對于垂直 線有最強(qiáng)響應(yīng);第3個模板對于45方向有最強(qiáng)響應(yīng);第4個模板對于-45方向有最強(qiáng)響應(yīng);這些方向上用比其他方向更大的系數(shù)設(shè)置權(quán)值。注意每個模板系數(shù)相加的總和為零,表示模板對灰度級恒定區(qū)域的響應(yīng)為零。圖1 線模板設(shè)33模板如圖2所示,則
8、圖像中任意點(diǎn)的模板響應(yīng)公式由公式(1)給出: (1)圖2 33模板3.2. 二維空間濾波條帶噪聲處像素的灰度值是用鄰域值線性內(nèi)插得到的,不同的線檢測模板對應(yīng)的空間濾波模板如圖3中所示。其中計算公式同公式(2)為: (2)圖3 線性空間濾波器系數(shù)模板橫向條帶噪聲的亮度是漸變的,不能一次全部檢測出來,需要迭代求解,且每次迭代求解需設(shè)置不同的門限值。進(jìn)行第一次線檢測時,可設(shè)置較高的輸出門限值,將線條的最高和最暗端檢測出來,然后進(jìn)行濾波處理;接著對處理過的圖像進(jìn)行第二次線檢測,此時應(yīng)適當(dāng)降低輸出門限值,再對條帶噪聲做濾波處理;若條帶噪聲仍然存在則需繼續(xù)進(jìn)行同樣的處理,直到條帶噪聲完全去除為止。4. 結(jié)束語線性空間濾波采用空間卷積方法進(jìn)行運(yùn)算,算法簡單易操作,所得結(jié)果能很好地改善影響質(zhì)量,加強(qiáng)圖像判讀和識別效果。通過對空間濾波在遙感圖像和條帶噪聲去除上的應(yīng)用,更好的理解了空間濾波的理論基礎(chǔ)和原理。參 考 文 獻(xiàn)1 宋燕,劉團(tuán)結(jié),丁赤飚,趙永超. 一種直方圖匹配和線性空間濾波相結(jié)合的條帶噪聲去除方法. 測繪科學(xué)
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