一种干涉高光谱条纹去除方法及装置与流程

1.本发明涉及航天遥感技术领域，特别是一种干涉高光谱条纹去除方法及装置。


背景技术：

2.环境减灾2号卫星上搭载的高光谱成像仪是一种时空联合调制的干涉成像光谱仪，该光谱仪通过对整个视场的推扫产生带有空间信息和干涉信息三维图像。对干涉图进行傅里叶变换即可获得光源目标的光谱分布，经过数据图像系统处理后即可合成高光谱影像。时空联合调制的干涉型光谱仪具有潜在高通量、多通道和高光谱分辨率的优势，具有很好的发展潜力和应用前景。
3.环境减灾2号卫星上搭载的干涉光谱仪在成像过程中，由于ccd(chargecoupled device，半导体感光元件)器件会反射左(右)视场的入射光，从而分别在右(左)视场产生新的干涉条纹，复原后的图像会有寄生鬼像充满整个视场。寄生鬼像是由探测器硅物质表面和空气形成的介质界面光线增透处理工艺不足导致的。探测器反射的光经过傅氏镜二次进入干涉仪，再经过干涉仪分光后重新经过傅氏镜，二次进入探测器，从而形成新的干涉数据叠加在真是干涉数据上。寄生鬼像的存在影响了高光谱数据的图像信噪比和光谱准确度。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种干涉高光谱条纹去除方法及装置。
5.本发明的技术解决方案是：
6.第一方面，本发明实施例提供了一种干涉高光谱条纹去除方法，所述方法包括：
7.根据干涉型光谱仪数据特性，提取每一景光谱图像的小双边干涉数据；
8.根据所述小双边干涉数据，计算得到各帧双边采样干涉数据的相位信息；
9.计算每个波束的所述相位信息的空间上的相位频率信息；
10.对所述光谱图像每个波段进行列方向上的傅里叶变换，并通过所述相位信息在空间上的频率确定每个频谱的高频信息位置；
11.基于所述相位频率信息和所述高频信息位置对所述光谱图像进行处理，得到去除条纹后的光谱图像。
12.可选地，所述根据干涉型光谱仪数据特性，提取每一景光谱图像的小双边干涉数据，包括：
13.根据干涉型光谱仪数据特点，提取每一景光谱图像的干涉数据；
14.提取所述干涉数据的初始小双边干涉数据；
15.对所述初始小双边干涉数据进行补零处理，得到每一景光谱图像的小双边干涉数据。
16.可选地，所述根据所述小双边干涉数据，计算得到各帧双边采样干涉数据的相位信息，包括：
17.对所述小双边干涉数据进行傅里叶变换，得到复数光谱信息；
18.根据所述复数光谱信息，计算得到各波数对应的相位信息；
19.基于各波数对应的相位信息，计算得到各帧双边采样干涉数据的相位信息。
20.可选地，所述基于所述相位频率信息和所述高频信息位置对所述光谱图像进行处理，得到去除条纹后的光谱图像，包括：
21.根据所述高频信息位置和所述相位频率信息抑制所述光谱图像的高频信息，得到去除条纹后的光谱图像。
22.第二方面，本发明实施例提供了一种干涉高光谱条纹去除装置，所述装置包括：
23.小双边干涉数据提取模块，用于根据干涉型光谱仪数据特性，提取每一景光谱图像的小双边干涉数据；
24.相位信息计算模块，用于根据所述小双边干涉数据，计算得到各帧双边采样干涉数据的相位信息；
25.相位频率信息计算模块，用于计算每个波束的所述相位信息的空间上的相位频率信息；
26.高频信息位置确定模块，用于对所述光谱图像每个波段进行列方向上的傅里叶变换，并通过所述相位信息在空间上的频率确定每个频谱的高频信息位置；
27.光谱图像获取模块，用于基于所述相位频率信息和所述高频信息位置对所述光谱图像进行处理，得到去除条纹后的光谱图像。
28.可选地，所述小双边干涉数据提取模块包括：
29.干涉数据提取单元，用于根据干涉型光谱仪数据特点，提取每一景光谱图像的干涉数据；
30.小双边干涉数据提取单元，用于提取所述干涉数据的初始小双边干涉数据；
31.小双边干涉数据获取单元，用于对所述初始小双边干涉数据进行补零处理，得到每一景光谱图像的小双边干涉数据。
32.可选地，所述相位信息计算模块包括：
33.复数光谱信息获取单元，用于对所述小双边干涉数据进行傅里叶变换，得到复数光谱信息；
34.第一相位信息计算单元，用于根据所述复数光谱信息，计算得到各波数对应的相位信息；
35.第二相位信息计算单元，用于基于各波数对应的相位信息，计算得到各帧双边采样干涉数据的相位信息。
36.可选地，所述光谱图像获取模块包括：
37.光谱图像获取单元，用于根据所述高频信息位置和所述相位频率信息抑制所述光谱图像的高频信息，得到去除条纹后的光谱图像。
38.本发明与现有技术相比的优点在于：本发明实施例提供的干涉高光谱条纹去除方法及装置。通过根据干涉型光谱仪数据特性，提取每一景光谱图像的小双边干涉数据，根据小双边干涉数据，计算得到各帧双边采样干涉数据的相位信息，计算每个波束的相位信息的空间上的相位频率信息，对光谱图像每个波段进行列方向上的傅里叶变换，并通过相位信息在空间上的频率确定每个频谱的高频信息位置，基于相位频率信息和高频信息位置对
光谱图像进行处理，得到去除条纹后的光谱图像。本发明实施例通过结合相位的频率和光谱图像的频率对高频信息进行抑制，从而达到去除图像寄生鬼像的目的。
附图说明
39.图1为本发明实施例提供的一种干涉高光谱条纹去除方法的步骤流程图；
40.图2为本发明实施例提供的一种干涉高光谱条纹去除流程的示意图；
41.图3为本发明实施例提供的一种干涉高光谱条纹去除装置的结构示意。
具体实施方式
42.环境2号干涉型成像光谱仪采集得到的干涉数据，包含有寄生鬼像所带来的信息，从而导致复原后的光谱图像存在规律性的条纹噪声。为了提高干涉型高光谱仪光谱复原的光谱准确度和图像信噪比，根据实际光谱仪实际特点，基于光谱仪成像原理，通过结合频率和相位的分析对干涉数据复原后的图像进行了高频信号修正，解决了复原后图像存在的寄生鬼像问题。
43.接下来结合具体实施例对本发明实施例的技术方案进行如下详细描述。
44.实施例一
45.参照图1，示出了本发明实施例提供的一种干涉高光谱条纹去除方法的步骤流程图，如图1所示，该方法可以包括以下步骤：
46.步骤101：根据干涉型光谱仪数据特性，提取每一景光谱图像的小双边干涉数据。
47.在本发明实施例中，可以以环境减灾2号卫星高光谱成像仪为例对本实施例的技术方案进行详细描述。
48.在具体实现中，可以根据干涉型光谱仪数据特性，提取每一景光谱图像的小双边干涉数据。具体地，可以根据干涉型光谱仪数据特点，提取每一景光谱图像的干涉数据；提取所述干涉数据的初始小双边干涉数据；对所述初始小双边干涉数据进行补零处理，得到每一景光谱图像的小双边干涉数据。
49.在实际应用中，可以根据干涉型光谱仪数据特点，提取每一景图像干涉数据(从第1帧到第n帧，共n帧干涉数据)，进一步提取各帧数据零级条纹附近对称采样的小双边干涉数据(即本示例中的初始小双边干涉数据)。
50.小双边干涉数据补零处理：对小双边干涉数据进行补零处理，是由于小双边数据采样点较少，直接进行光谱复原后的光谱曲线波数间隔较大，需要进行插值处理，时域的补零相当于在频域(光谱和相位信息)进行了插值处理。从而可以得到每一景光谱图像的小双边干涉数据。
51.在根据干涉型光谱仪数据特性提取出每一景光谱图像的小双边干涉数据之后，执行步骤102。
52.步骤102：根据所述小双边干涉数据，计算得到各帧双边采样干涉数据的相位信息。
53.在根据干涉型光谱仪数据特性提取出每一景光谱图像的小双边干涉数据之后，可以根据小双边干涉数据计算得到各帧双边采样干涉数据的相位信息。具体地，可以对所述小双边干涉数据进行傅里叶变换，得到复数光谱信息；根据所述复数光谱信息，计算得到各
波数对应的相位信息；基于各波数对应的相位信息，计算得到各帧双边采样干涉数据的相位信息。
54.在实际应用中，计算各帧双边采样干涉数据的相位信息的详细步骤如下：
55.1、计算相位误差
56.干涉数据与光谱数据满足傅立叶变换关系，根据(公式1)对双边数据进行傅立叶变换，得到复数光谱信息b(ν)，b(ν)为复数，br(ν)为实部，bi(ν)为虚部。根据(公式2)计算各波数对应的相位信息；
57.b(v)＝ft(i(l))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
58.phase(ν)＝arctan(bi(ν)/br(ν))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
59.2、计算各帧相位误差
60.由此可以计算得到每一景图像多帧干涉数据对应的相位信息，其中某一列的相位信息为phase1(v)，phase2(v)，
…
，phasen(v)。
61.在根据小双边干涉数据计算得到各帧双边采样干涉数据的相位信息之后，执行步骤103。
62.步骤103：计算每个波束的所述相位信息的空间上的相位频率信息。
63.在根据小双边干涉数据计算得到各帧双边采样干涉数据的相位信息之后，可以计算每个波束的相位信息的空间(列方向)上的相位频率信息。
64.在计算得到每个波束的相位信息的空间上的相位频率信息之后，执行步骤 104。
65.步骤104：对所述光谱图像每个波段进行列方向上的傅里叶变换，并通过所述相位信息在空间上的频率确定每个频谱的高频信息位置。
66.傅里叶变换(fourier transform)能将满足一定条件的某个函数表示成三角函数(正弦和/或余弦函数)或者它们的积分的线性组合。在不同的研究领域，傅里叶变换具有多种不同的变体形式，如连续傅立叶变换和离散傅立叶变换。
67.在计算得到每个波束的相位信息的空间上的相位频率信息之后，可以对光谱图像每个波段进行列方向上的傅里叶变换，并通过相位信息在空间上的频率确定每个频谱的高频信息位置。
68.在具体实现中，该实现过程为复原后的图像傅里叶变换，确定高频位置：对光谱图像每个波段进行列方向上的傅里叶变换，通过相位信息在空间(列方向)上的频率来确定每个频谱的高频信息位置。
69.在对光谱图像每个波段进行列方向上的傅里叶变换，并通过相位信息在空间上的频率确定每个频谱的高频信息位置之后，执行步骤105。
70.步骤105：基于所述相位频率信息和所述高频信息位置对所述光谱图像进行处理，得到去除条纹后的光谱图像。
71.在得到相位频率信息和高频信息位置之后，可以基于相位频率信息和高频信息位置对光谱图像进行处理，得到去除条纹后的光谱图像。具体地，可以根据高频信息位置和相位频率信息抑制光谱图像的高频信息，得到去除条纹后的光谱图像。
72.在实际应用中，可以抑制光谱图像的高频信息，并进行图像复原，即对每一列的高频信息乘以1/3，然后对每个频谱取模复原为光谱图像。此时便可得到去除条纹后的光谱图像，充分利用了原有干涉数据的相位频率信息，通过对傅里叶变换后的高频信息去除，以达
到去除图像条纹噪声的目的，使得最终复原的光谱数据信噪比和光谱准确度明显提高。
73.干涉型成像光谱仪干涉图像光谱复原过程中，产生寄生鬼像的条纹叠加在干涉图像上，使得复原后的在整个光学视场存在水波纹。经过复原前相位和复原后图像的空间频率结合分析，得出水波纹的频率与波数成正比，随着波数的增加，波纹的频率越来越高。在每个波段上相位的频率与水波纹的空间频率具有很好的一致性。因此，可以通过计算每个谱段的相位在空间推扫方向上的频率变化来设置复原后的图像每个波段傅里叶变换后高频信息的位置。对高频信息的抑制可以达到去除水波纹的目的。
74.接下来结合图2对本发明实施例的技术方案进行如下描述。
75.参照图2，示出了本技术实施例提供的一种干涉高光谱条纹去除流程的示意图。
76.如图2所示，该干涉高光谱条纹去除流程可以包括如下步骤：
77.1、获取每帧图像的干涉数据，如图2所示，获取第1帧干涉数据、第2 帧干涉数据、第...帧干涉数据和第n帧干涉数据，其中，n为正整数。
78.2、根据每帧的干涉数据，计算每帧对应的相位误差。
79.3、根据多帧的相位误差计算出相位频率。
80.4、对采集的光谱数据进行空间域fft处理，得到高频信息位置。
81.5、结合相位频率和高频信息位置抑制图像内的高频信息，从而可以得到无条纹光谱数据。
82.实施例二
83.参照图3，示出了本发明实施例提供的一种干涉高光谱条纹去除装置的结构示意图，如图3所示，该装置可以包括以下模块：
84.小双边干涉数据提取模块310，用于根据干涉型光谱仪数据特性，提取每一景光谱图像的小双边干涉数据；
85.相位信息计算模块320，用于根据所述小双边干涉数据，计算得到各帧双边采样干涉数据的相位信息；
86.相位频率信息计算模块330，用于计算每个波束的所述相位信息的空间上的相位频率信息；
87.高频信息位置确定模块340，用于对所述光谱图像每个波段进行列方向上的傅里叶变换，并通过所述相位信息在空间上的频率确定每个频谱的高频信息位置；
88.光谱图像获取模块350，用于基于所述相位频率信息和所述高频信息位置对所述光谱图像进行处理，得到去除条纹后的光谱图像。
89.可选地，所述小双边干涉数据提取模块包括：
90.干涉数据提取单元，用于根据干涉型光谱仪数据特点，提取每一景光谱图像的干涉数据；
91.小双边干涉数据提取单元，用于提取所述干涉数据的初始小双边干涉数据；
92.小双边干涉数据获取单元，用于对所述初始小双边干涉数据进行补零处理，得到每一景光谱图像的小双边干涉数据。
93.可选地，所述相位信息计算模块包括：
94.复数光谱信息获取单元，用于对所述小双边干涉数据进行傅里叶变换，得到复数光谱信息；
95.第一相位信息计算单元，用于根据所述复数光谱信息，计算得到各波数对应的相位信息；
96.第二相位信息计算单元，用于基于各波数对应的相位信息，计算得到各帧双边采样干涉数据的相位信息。
97.可选地，所述光谱图像获取模块包括：
98.光谱图像获取单元，用于根据所述高频信息位置和所述相位频率信息抑制所述光谱图像的高频信息，得到去除条纹后的光谱图像。
99.本技术所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本技术，但不以任何方式限制本技术。因此，本领域技术人员应当理解，仍然对本技术进行修改或者等同替换；而一切不脱离本技术的精神和技术实质的技术方案及其改进，均应涵盖在本技术专利的保护范围中。
100.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。