GF-4卫星图像综合质量提升技术及软件设计

发布时间：2020-11-11 17:38

　　 高分4号(GF-4)卫星是我国高分辨率对地观测系统中首颗高分辨率静止轨道卫星,由北京空间机电研究所研制,主要用于减灾、气象、林业、环境等领域,在国民安全、环境监测、天气预测等具有重大的应用价值。但是GF-4卫星轨道高、工作环境复杂、环境温度变化剧烈,成像光学系统和电子学系统易受宇宙射线、大气等多方面的影响,所以遥感图像退化严重。空间噪声类型复杂,图像信噪比不稳定,影响用户单位的应用需求;GF-4卫星空间分辨率还不足以满足用户的需求,对弱小目标的成像质量大部分时段会远低于某些低轨卫星;GF-4卫星受天气、光照等条件影响,造成部分时段和区域的成像质量下降,难以满足用户的需求。本文针对GF-4卫星的实际成像问题及参数,研究GF-4卫星成像质量提升技术,主要包括图像对比度和分辨率两方面的提升。首先在对图像对比度提升的方面,本文基于人的视觉系统对场景局部像素对比度更为敏感的特性,提出了基于最小对比度失真的图像显示对比度增强算法。首先基于weber-Fechner准则建立图像对比度模型,优化目标为显示对比度失真最小,并将该问题转化为图像统计特征的有向无环图最优路径的求解,同时对映射函数中的色调误差进行有效约束。实验的结果表明,本论文所提出的算法能够有效的改善GF-4卫星图像的显示对比度,从而达到应用要求。针对GF-4卫星图像空间分辨率提升的问题,本文提出了基于事例的改进图像超分辨算法,利用GF-4相机的点扩散函数构造图像训练集,采用了邻域回归的方法提高GF-4卫星图像的空间分辨率,仿真的实验结果体现了本算法的优越性,处理结果图像拥有较高的峰值信噪比。真实实验显示,本文所提出的算法能够有效地提升GF-4卫星图像空间分辨率,超分辨重建的图像中高频细节丰富。GF-4卫星所拍摄的单幅图像的原始分辨率达到10K×10K,超分后的图像尺寸更是达到了15K×15K,最终的图像处理软件应满足我国应用部门所提出的分块交互式处理及实时显示等需求。本文通过多线程完成上述图像增强算法的加速,并基于QT和图像渲染引擎开发友好的实时大尺寸卫星图像交互处理软件。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP751;V443.5
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
    1.1 选题意义与选题背景
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 图像对比度增强技术
        1.2.2 图像分辨率提升技术
    1.3 本文的主要研究内容以及创新点
第二章 GF-4图像对比度增强研究
    2.1 基于滤波处理的对比度增强方法
    2.2 基于直方图的对比度增强方法
    2.3 基于对比度最小失真算法的图像显示增强方法
        2.3.1 基于图像对比度最小失真的算法
        2.3.2 色调失真参量的选择
        2.3.3 算法处理结果对比
    2.4 本章小结
第三章 GF-4图像分辨率提升研究
    3.1 基于插值的图像分辨率提升
        3.1.1 双线性差值
        3.1.2 双三次插值
        3.1.3 其他插值方法
    3.2 基于学习的图像分辨率提升
        3.2.1 字典学习超分辨技术
    3.3 基于事例的图像分辨率提升
        3.3.1 ANR图像分辨率提升
        3.3.2 A+图像分辨率提升
        3.3.3 算法处理结果对比
    3.4 本章小结
第四章 GF-4图像质量提升软件设计与集成
    4.1 基于QT的用户界面设计
    4.2 基于SDL的超大图像实时渲染设计
    4.3 基于多线程的算法效率提升
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 本文工作总结
    5.2 未来工作展望
参考文献
致谢
作者简介

【参考文献】

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1 刘锦辉;曾伟文;;基于高通滤波器的图像增强方法[J];科学技术与工程;2010年24期

2 党向盈;吴锡生;赵勇;;新的基于边缘检测提高图像质量的插值算法[J];计算机工程与设计;2007年15期

3 罗毅文,玉梅,肖义男;改进的PDE边缘保持图像插值算法[J];仪器仪表学报;2004年S2期

本文编号：2879519