遥感资料中内波表面特征强化的多通道融合图像增强方法与流程

本发明属于海洋工程，具体涉及遥感资料中内波表面特征强化的多通道融合图像增强方法。

背景技术：

1、内波是一种发生于水体内部密度跃层处的波动现象。内波波幅大，携带能量高，往往伴随着强烈的水体起伏、波致流场，以及海水密度、盐度、温度等物理性质分布的剧烈变化，这会对各种海洋结构物造成显著威胁。基于实测资料，对海洋内波进行捕捉观测与研究统计，对于海洋工程领域具有重要意义。

2、海洋内波具有多种观测方式，如电导率—温度—深度剖面仪、声学多普勒流速仪、回声测深仪以及卫星遥感等。其中，卫星遥感影像得益于广阔的视野范围，已成为目前最重要的内波大范围捕捉与观测手段之一。内波在水下传播时，会通过内波—表面波相互作用使其上方的海洋表面波产生辐聚、辐散现象，导致海洋表面粗糙度分布发生不均匀变化，在遥感影像中呈现为独特的明暗相间的条纹图样，这种图样被称为内波的表面特征。通过内波的表面特征，即可实现对海洋内波的捕捉与观测。

3、卫星遥感影像数据通常具有多个通道，每个通道成像特性不同，分别擅长针对不同的成像环境与目标对象进行成像。内波表面特征往往仅能被其中有限的特定通道记录，且处于不同成像环境下的内波表面特征所对应的能够良好成像的通道往往不同，分别具有各自的最优成像通道。同时，由于卫星遥感影像数据常具有接收信号范围广、成像内容复杂等特点，在未加处理的原始卫星遥感影像中，内波表面特征往往仅占有非常有限的色彩区间，难以直接观察辨识。因此，选取合适的通道，并进行适当的图像增强处理，以突显内波表面特征的成像效果，对于内波的发现与观察具有重要意义。

4、目前，已有的内波表面特征强化图像增强方法，往往针对单一通道进行。其局限性在于：首先，不同内波表面特征的最优成像通道往往不同，单一成像通道无法同时成为所有内波表面特征的最优成像通道，难以广泛的适应处于不同成像环境下的内波表面特征。仅选取单一通道作为内波图像增强信息来源，一方面会导致大量在当前被选取通道中无法良好成像的内波表面特征因无法观测而被遗漏；另一方面，当被选取通道为部分内波表面特征的非最优成像通道时，这部分内波表面特征即便可以在被选取通道中得到勉强成像，其成像效果也会与最优成像通道相比存在显著差距。其次，对应任意内波表面特征，无论某一通道是否为其最优成像通道，单一成像通道所能记录的图像信息都是有限的，无法与多个通道所记录的信息总量相比。仅以单一通道的遥感数据作为图像增强方法的输入，其增强效果受制于有限的信息输入量，法无法突破单个遥感成像通道所能记录和表达的信息上限，难以进一步提升增强效果。

技术实现思路

1、本发明技术方案要解决的技术问题是：现有技术中，内波表面特征增强方法增强效果不够理想，对不同成像环境下内波表面特征普适性较差的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明技术方案提供了遥感资料中内波表面特征强化的多通道融合图像增强方法，包括以下步骤：

3、从遥感影像中选取多个适合于海面成像的遥感图像通道，并采集遥感数据作为原始遥感输入数据，设置与原始遥感图像输入数据的通道相等个数的图像处理通道，每个遥感图像通道所记录的数据分别输入一条图像处理通道；

4、对每一图像处理通道中的遥感影像进行色彩归一化处理，按照线性映射将各个通道内的图像数据转化为0-1的浮点数，每个数据对应一个像素；

5、按照将0-1的浮点数进行255等分的方式，计算每一图像处理通道中的归一化图像的色彩直方图，根据色彩直方图确定图像的成像像素数量与有效色彩区间；

6、根据每一图像处理通道中的图像的有效色彩区间，分别对各通道图像进行色彩拉伸；

7、对所有图像处理通道中的图像进行亮度均衡色彩映射，随后进行通道融合，得到一个融合通道，对融合通道中的图像提升对比度后得出结果图像。

8、优选地，所述色彩归一化处理相对应的公式如下：

9、

10、其中，，分别表示遥感影像像素的行、列索引，同时也是其所对应的数据在遥感数据矩阵中的行、列索引，上标表示当前所计算的图像处理通道的序号，为原始遥感影像数据值，为归一化处理后的像素颜色值，，分别表示当前所计算的图像处理通道内，遥感影像数据所能取到的最小值与最大值，运算符表示对其作用对象进行向下取整运算。

11、优选地，所述根据色彩直方图确定图像的成像像素数量与有效色彩区间，包括以下步骤：

12、统计色彩直方图中像素的分布情况；

13、将像素值落于与范围内的像素所组成的集合称为非成像像素，非成像像素所包含的像素个数称为非成像像素数量，反之为成像像素，成像像素所包含的像素个数称为成像像素数量；

14、选取色彩拉伸比例，将所有成像像素按照像素值由小至大排列后，将其中像素值最小的比例部分像素和像素值最大的比例部分像素排除在外，剩余的成像像素所组成的集合称为有效像素，所包含的像素个数称为有效像素数量；

15、将有效像素中，最小像素值作为有效色彩区间下界，最大像素值作为有效色彩区间上界，确定有效色彩区间。

16、优选地，所述色彩拉伸采用的公式如下：

17、

18、其中，为经过色彩拉伸后的像素值，为有效色彩区间下界，为有效色彩区间上界。

19、优选地，所述亮度均衡色彩映射采用的公式如下：

20、

21、其中，为亮度均衡色彩映射后的图像像素值，表示通道的亮度调整系数。

22、优选地，所述通道的亮度调整系数的选取需根据所采用的遥感影像产品的成像特性，综合考虑所有选用的通道的亮度特性选取，以完成亮度均衡色彩映射后的各通道图像亮度水平大体相近为宜。

23、优选地，所述对亮度均衡色彩映射后的图像进行融合采用的融合公式如下：

24、

25、其中，为亮度均衡色彩映射后的图像像素值，为融合后图像的像素值。

26、优选地，根据所使用的遥感产品的成像特性，选取所述遥感图像通道。

27、优选地，根据所使用的遥感产品的成像特性，调整所述色彩拉伸时的色彩拉伸比例。

28、优选地，所述色彩拉伸比例选取范围为1%-10%。

29、本发明技术方案提出遥感资料中内波表面特征强化的多通道融合图像增强方法，采用多个遥感影像通道作为图像增强方法的输入信息，将来自不同通道的内波表面特征融合至同一通道中，以实现兼顾不同成像环境下内波表面特征的成像效果，并扩充输入的信息量，将内波表面特征图像在多个通道的融合过程中叠加加强。

1.遥感资料中内波表面特征强化的多通道融合图像增强方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的遥感资料中内波表面特征强化的多通道融合图像增强方法，其特征在于，所述色彩归一化处理相对应的公式如下：

3.如权利要求1所述的遥感资料中内波表面特征强化的多通道融合图像增强方法，其特征在于，所述根据色彩直方图确定图像的成像像素数量与有效色彩区间，包括以下步骤：

4.如权利要求1所述的遥感资料中内波表面特征强化的多通道融合图像增强方法，其特征在于，所述色彩拉伸采用的公式如下：

5.如权利要求1所述的遥感资料中内波表面特征强化的多通道融合图像增强方法，其特征在于，所述亮度均衡色彩映射采用的公式如下：

6.如权利要求5所述的遥感资料中内波表面特征强化的多通道融合图像增强方法，其特征在于，所述通道的亮度调整系数的选取需根据所采用的遥感影像产品的成像特性，综合考虑所有选用的通道的亮度特性选取，以完成亮度均衡色彩映射后的各通道图像亮度水平大体相近为宜。

7.如权利要求1所述的遥感资料中内波表面特征强化的多通道融合图像增强方法，其特征在于，所述对亮度均衡色彩映射后的图像进行融合采用的融合公式如下：

8.如权利要求1所述的遥感资料中内波表面特征强化的多通道融合图像增强方法，其特征在于，根据所使用的遥感产品的成像特性，选取所述遥感图像通道。

9.如权利要求1所述的遥感资料中内波表面特征强化的多通道融合图像增强方法，其特征在于，根据所使用的遥感产品的成像特性，调整所述色彩拉伸时的色彩拉伸比例。

10.如权利要求9所述的遥感资料中内波表面特征强化的多通道融合图像增强方法，其特征在于，所述色彩拉伸比例选取范围为1%-10%。