一种卫星图像的云检测标识填充方法与流程

1.本发明涉及一种卫星图像的云检测标识填充方法，属于电子与通信系统图像数据处理技术领域。


背景技术：

2.对于光学遥感卫星而言，云是光传播的严重障碍，很大程度上影响了遥感信息获取的质量。许多卫星遥感图像存在云层遮挡的“盲区”，局部地物信息丢失，不利于图像的分析和理解，降低了数据的利用率。根据国际卫星云气候计划isccp提供的1983年7月至2008年6月期间全球云量数据统计，全球平均云量为66.38％。实时有效地进行云检测，降低云区图像数据量，一方面可缓解遥感卫星海量数据对传输通道的压力和提高卫星遥感图像利用率，另一方面节省出来的数据量可以提供给非云区图像，对于非云区图像可以获得更好的压缩图像质量。
3.云检测技术的发展轨迹主要遵循两条路线，其一是云特征空间的构建，即通过辐射、光谱、纹理、频谱、时频分析建立云描述空间；其二是基于云特征空间的分类器设计，主要是非线性分类器设计。这些研究多没有考虑算法运算资源与实现速度问题。
4.而星上云检测技术由于受到资源限制及实时性要求的制约，在算法检测准确度保证的情况下，其运算复杂度就成为其可实现性的重要评估指标。2003年nasa地球科学技术研究室与麻省理工林肯实验室合作开发并在eo
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1(earth observing
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1)卫星上成功试验了一种星上实时云检测算法，该算法采用基于pca(主分量分析)的云光谱数据结构模型，融合基于地物信息先验知识的地物光谱“阈值检测”策略，进行遥感图像的云像素及云覆盖区域检测，对6个波段的多光谱图像进行特征分析，可区分云、雪、冰、沙等多种地表类型，据报告错误率仅为1％
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2％。美国landsat7卫星，采用一种自动云量评估算法(acca)对获取的每一景图像中的云量进行评分，评分结果作为卫星飞行任务制定者重新安排接收计划和从用户查询数据库中删除多云景的依据。
5.我国于2000年发射的“航天清华一号”微小卫星有绿(0.52—0.6um)、红(0.63—0.69um)、近红外(0.76—0.94um)三个波段，对红波段图像采用了灰度阈值法云检测技术，去除被云污染的地物图像,并选用一种简单的压缩技术a
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mpbtc对图像进行压缩，减轻了传输的压力，同时获得了较为满意的图像。我国遥感系列卫星等均采用了云检测技术，该技术利用分类纹理特征值等方法，进行实时云检测，检测结果或下传，或者作为遥控信号，或者实时指导压缩等。
6.目前星上云检测结果必然要随图像一起下传。下传方式有几种：一是把云检测标识打到遥测数据进行下传，因为遥测信息是由整星发送指令按时读取，而数据传输分系统云检测处理与图像接收帧有关，因此云检测结果与遥测读取不能同步，读取分析不够直接；二是把云检测标识添加到图像数据区进行下传，因对图像做云检测后，需要进行数据压缩、aos编码等操作，而后续的压缩编码，图像数据内容发生改变，数据量及压缩包格式、数传包格式发生重大改变，因此在地面要解析出来对应图像的云检测结果前，必须进行一系列的
解包操作。


技术实现要素：

7.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种卫星图像的云检测标识填充方法，把云检测结果填充到图像辅助数据区，因图像辅助数据不参与云检测和数据压缩，只是实时的与当前图像数据进行同步并下传，地面解析简单明了，不需要占用其它数据区，节省数传带宽；其次，地面接收卫星图像数据时，便于实时提取分析；最后，由于云标识内容或为“ffff”，或为“0000”，该内容不仅便于主观观测云检测算法判决的正确性，而且能够有效的阻止信道误码的干扰。
8.本发明的技术解决方案是：一种卫星图像的云检测标识填充方法，包括如下步骤：
9.步骤a：获取预设帧格式的卫星图像数据；所述预设帧格式的卫星图像数据包括辅助数据和图像数据；
10.步骤b：对卫星图像数据进行云检测；
11.步骤c：根据云检测结果产生对应的云检测标识，把云检测标识填充到辅助数据区。
12.进一步地，所述辅助数据的长度为32，用于记录卫星拍摄时间、行数、地面位置信息，且预留信息位供后续填充；所述图像数据的长度根据卫星相机设置。
13.进一步地，所述对卫星图像数据进行云检测包括如下步骤：
14.根据云图分辨率和卫星轨道高度对图像进行分块，块大小为height*width，满足图像数据的长度l2是width的整数倍；
15.统计块内高灰度像素的个数num，若个数num大于整块像素数的3/4，则为云，否则计算图像块均值、方差和均方根，并计算参数m1值；
16.产生图像块灰度共生矩阵并计算特征值asm；
17.参数加权计算得到云检测判别值m，若云检测判别值m大于0，则当前图像块为云，否则为非云。
18.进一步地，若为云，则云检测标识为“ffff”，若为非云，则云检测标识为“0000”。
19.一种卫星图像的云检测标识填充系统，包括：
20.时钟处理模块，用于对fpga输入时钟，进行dcm倍频，分别产生100mhz、120mhz、clk_200mhz的时钟，供其它模块使用；
21.2711输入模块，用于把2711时钟域的数据，通过异步fifo缓存，转换成fpga时钟域；
22.2711输出模块，用于把fpag时钟域的数据，通过异步fifo缓存，转换成2711时钟域；
23.fifo缓存模块，用于把120m的非连续ddr输出数据，缓存成100m的按行输出地连续数据；
24.ddr用户接口模块，用于对数据进行时序和位宽处理，以满足各模块和外部ddr之间的数据交换；
25.云检测模块，用于对卫星图像数据进行云检测，并产生云检测标识；
26.云检测标识填充模块，用于将云检测标识填充到预设帧格式的卫星图像数据的辅
助数据区。
27.进一步地，所述辅助数据的长度为32，用于记录卫星拍摄时间、行数、地面位置信息，且预留信息位供后续填充；所述图像数据的长度根据卫星相机设置。
28.进一步地，所述对卫星图像数据进行云检测包括如下步骤：
29.根据云图分辨率和卫星轨道高度对图像进行分块，块大小为height*width，满足图像数据的长度l2是width的整数倍；
30.统计块内高灰度像素的个数num，若个数num大于整块像素数的3/4，则为云，否则计算图像块均值、方差和均方根，并计算参数m1值；
31.产生图像块灰度共生矩阵并计算特征值asm；
32.参数加权计算云检测判别值m值，若云检测判别值m值大于0，则当前图像块为云，否则为非云。
33.进一步地，若为云，则云检测标识为“ffff”，若为非云，则云检测标识为“0000”。
34.一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现所述一种卫星图像的云检测标识填充方法的步骤。
35.一种卫星图像的云检测标识填充设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述的处理器执行所述的计算机程序时实现所述一种卫星图像的云检测标识填充方法的步骤。
36.本发明出了一种卫星图像的云检测标识填充方法，该方法利用卫星图像的辅助数据区，实时的把检测结果填充到辅助数据区的预留位置，这种方法有如下几个优点：
37.首先，不需要占用其它数据区，节省数传带宽；
38.其次，地面接收卫星图像数据时，便于实时提取分析；
39.再次，由于云标识内容或为“ffff”，或为“0000”，这种填充方式能够有效的对抗信道误码。若信道有一定的误码率，则通过
‘1’
和
‘0’
的大概率个数，保持正确云判结果的判读。
40.最后，由于云标识内容或为“ffff”，或为“0000”，该内容便于主观观测云检测算法判决的正确性。图像显示时，如果是云，图像辅助数据区显示为一个亮点，非云则显示为一个黑点；如附图5所示，这样则明显显示右边图像块的云判决结果，能人为主观看出云判决的正确性。
41.本发明适用于遥感卫星数据传输平台，由于其云检测标识填充方法简单、有效、抗无码，且便于主观观测云检测的正确性，在遥感卫星数据平台会有很好的应用前景和竞争力。
附图说明
42.图1是卫星图像数据帧格式原理图。
43.图2是云检测算法流程图。
44.图3是用fpga实现云检测原理框图。
45.图4是云检测标识填充示意图。
46.图5是原图放大效果看辅助数据中的云判决结果。
47.图6是原图看辅助数据中的云判决结果。
具体实施方式
48.为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本技术技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
49.以下结合说明书附图对本技术实施例所提供的一种卫星图像的云检测标识填充方法做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～6所示)：
50.步骤a：卫星图像数据帧格式由两部分组成，分别是辅助数据和图像数据；
51.卫星图像数据是按帧传送到数据传输分系统的，前一帧传完，接着是后一帧；每帧数据包括辅助数据和图像数据，辅助数据长度记为l1，图像数据长度记为l2，如附图1所示，不同的卫星，辅助数据和图像数据长度会不同。
52.步骤b：对卫星图像数据做云检测功能，算法流程图详见附图2；
53.(1)根据云图分辨率和卫星轨道高度等，对图像进行分块，块大小为height*width，其中图像行长l2是width的整数倍；
54.(2)统计块内高灰度像素的个数num，若个数大于整块像素数的3/4，则为云，否则计算其它数值；
55.(3)计算图像块均值方差
[0056][0057][0058]
等数值，其中x
i,j
为第i行第j列的图像灰度值，为图像块的平均灰度值，sign()为符号值。
[0059]
(4)产生图像块灰度共生矩阵并计算特征值
[0060][0061]
其中，glcm为一块图像的灰度共生矩阵。
[0062]
(5)参数加权计算得到m＝m1 asm
‑
0.2，若m大于0则为云，否则为非云；其中，asm为灰度共生矩阵特征值。
[0063]
用fpga实现云检测算法具体原理框图见附图3，主要包括七个模块，分别是2711接收模块、时钟处理模块、ddr用户接口模块、云检测模块、云检测标识填充模块、输出fifo缓存模块和2711输出模块。
[0064]
(1)时钟处理模块：对fpga输入时钟，进行dcm倍频，分别产生100mhz、120mhz、clk_200mhz的时钟，供其它模块使用。
[0065]
(2)2711输入模块：把2711时钟域的数据，通过异步fifo缓存，转换成fpga时钟域；2711输出模块，功能是把fpag时钟域的数据，通过异步fifo缓存，转换成2711时钟域。
[0066]
(3)fifo缓存模块：把120m的非连续ddr输出数据，缓存成100m的按行输出地连续数据。
[0067]
(4)ddr用户接口模块：把数据进行时序和位宽处理，以满足fpga和ddr之间的数据交换。
[0068]
(5)云检测模块：完成附图2所示的云检测算法，并产生云检测标识；
[0069]
(6)云检测标识填充模块：把云检测标识(云或非云)，填充到固定辅助数据区，具体填充方法见步骤c；
[0070]
(7)参数加权判定模块：是对各个参数进行一定算法计算，求得最准确的云判结果。
[0071]
步骤c：把云检测标识填充到辅助数据区，详见附图4。
[0072]
(1)图像数据输入时，每帧数据中前端都有固定长度l1的辅助数据，辅助数据位宽为16比特，且有一定的预留区域；
[0073]
(2)对图像进行分块，每帧图像数据包括整数倍的块数；
[0074]
(3)若图像块判决为云，则云标识为“ffff”；若图像块判决为非云，则云标识为“0000”。
[0075]
(4)云检测标识填充：在图像块的第一帧辅助数据尾部预留区，按图像块数，依次填充云标识；具体如附图4中绿色部分，“1”位置填充第一块云标识，“2”位置填充第二块云标识，等等，最后一个位置，填充最后一块云标识。
[0076]
以下结合实施例，帧长为32 2048，图像块大小为512*512的图像数据，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，详见附图1～附图6。
[0077]
步骤a：卫星图像数据帧格式由两部分组成，分别是辅助数据和图像数据，辅
[0078]
助数据长度为32，图像数据长度为2048。
[0079]
步骤b：对卫星图像数据做云检测功能，算法流程图详见附图2；
[0080]
(1)对图像进行分块，块大小为512*512，每帧图像长度分为4个图像块，分别为图块1、图块2、图块3和图块4；
[0081]
(2)统计块内高灰度像素的个数num，若个数大于整块像素数的3/4，则为云，否则计算其它数值；
[0082]
(3)计算图像块均值，方差，均方根等数值，其中，
[0083]
(4)产生图像块灰度共生矩阵并计算特征值asm；
[0084]
(5)参数加权计算得到m，若m大于0则为云，否则为非云。
[0085]
步骤c：把云检测标识填充到辅助数据区，详见附图4。
[0086]
(1)图像每帧数据中前端都有固定长度32的辅助数据，辅助数据位宽为16比特，且在辅助数据尾部有4个位置的预留区；
[0087]
(2)对图像进行分块，分别为图块1、图块2、图块3和图块4；
[0088]
(3)若图像块判决为云，则云标识为“ffff”；若图像块判决为非云，则云标识为“0000”。
[0089]
(4)云检测标识填充：在图像块的第一帧辅助数据尾部预留区，倒数第四个位置填充图块1的云标识，倒数第三个位置填充图块2的云标识，倒数第二个位置填充图块3的云标
识，最后一个位置填充图块4的云标识。
[0090]
本技术提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行图1所述的方法。
[0091]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0092]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0093]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0094]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0095]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。
[0096]
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。