基于特性參數(shù)相關(guān)性的衛(wèi)星圖像自動判讀系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星光學(xué)載荷測試領(lǐng)域，具體涉及一種基于特性參數(shù)相關(guān)性的衛(wèi)星圖 像自動判讀系統(tǒng)和應(yīng)用該判讀系統(tǒng)的判讀方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于高分辨率遙感衛(wèi)星來說，系統(tǒng)成像質(zhì)量是其最核心的指標(biāo)。整星系統(tǒng)級驗證 過程中，通過對圖像測試數(shù)據(jù)的判讀來確定系統(tǒng)成像指標(biāo)是否達到設(shè)計預(yù)期。因此，圖像測 試數(shù)據(jù)判讀是高分辨率遙感衛(wèi)星研制過程的關(guān)鍵活動之一。
[0003] 隨著技術(shù)的發(fā)展，遙感衛(wèi)星分辨率越來越高，從而導(dǎo)致圖像測試數(shù)據(jù)并行路數(shù)越 來越多，數(shù)據(jù)速率越來越高，數(shù)據(jù)量越來越大。目前，典型的遙感衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)可達8~10 路，每路10分鐘成像數(shù)據(jù)量可達數(shù)十GB。另外，由于遙感衛(wèi)星任務(wù)及其星上載荷設(shè)計差異， 不同遙感衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)格式存在一定的差異性。因此，高分辨率遙感衛(wèi)星圖像測試數(shù)據(jù)判 讀需解決高速率、大數(shù)據(jù)量、多樣化格式數(shù)據(jù)的實時判讀問題。
[0004] 目前，遙感衛(wèi)星圖像測試數(shù)據(jù)自動判讀法主要針對特定衛(wèi)星進行專項開發(fā)，不具 備通用性，且受限于判讀速度，自動判讀多為離線判讀，不具有實時性，圖像測試數(shù)據(jù)判讀 效率低。以某遙感衛(wèi)星為例，其采用模板比對法進行圖像自動判讀，即設(shè)置一幅固定模板 圖像與接收圖像進行逐幅面像元灰度值比對判讀，該判讀方法存在兩個缺陷：第一，遙感衛(wèi) 星圖像數(shù)據(jù)量大，逐幅面逐像元比對效率低，一般星上下傳10分鐘圖像數(shù)據(jù)需兩個小時才 能完全判讀完畢；第二，圖像測試數(shù)據(jù)判讀過于依賴模板，當(dāng)待判讀圖像數(shù)據(jù)特性發(fā)生變化 時，如相機定標(biāo)測試、調(diào)制傳遞函數(shù)測試時，需更換模板圖像。
[0005] 因此，研宄一種通用化的、采用圖像測試數(shù)據(jù)自身特征進行實時自動、全幅面覆蓋 判讀的高速海量圖像數(shù)據(jù)判讀系統(tǒng)，提高遙感衛(wèi)星圖像測試數(shù)據(jù)整星級的測試判讀效率和 判讀質(zhì)量，是非常必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于特性參數(shù)相關(guān)性的衛(wèi)星圖像自動判讀系統(tǒng)和方 法，通過高速海量圖像數(shù)據(jù)特性參數(shù)相關(guān)性比對判讀方法，實現(xiàn)了遙感衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)實時 的、自動的、全幅面覆蓋判讀，同時能夠解決多樣化格式數(shù)據(jù)的實時判讀問題。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：
[0008] 該基于特性參數(shù)相關(guān)性的衛(wèi)星圖像自動判讀系統(tǒng)，包括格式化處理單元、完整性 檢測單元、特性參數(shù)計算單元、特性參數(shù)相關(guān)性對比單元、異常診斷單元、判讀結(jié)果顯示單 元、閾值計算單元、特性參數(shù)算法庫和閾值算法庫；
[0009] 該系統(tǒng)實現(xiàn)由兩個通用服務(wù)器實現(xiàn)，第一通用服務(wù)器采用軟件實現(xiàn)所述格式化處 理單元和完整性檢測單元，第二通用服務(wù)器采用軟件實現(xiàn)判讀結(jié)果顯示單元，其他組成單 元均在第一通用服務(wù)器中采用FPGA硬件實現(xiàn)；
[0010] 所述格式化處理單元，用于將來自前級設(shè)備的待判讀的圖像數(shù)據(jù)包解包后進行統(tǒng) 一的格式化處理，即打包為通用格式的數(shù)據(jù)幀，每一幀包含圖像數(shù)據(jù)中的一行，將數(shù)據(jù)幀發(fā) 送給完整性檢測單元和判讀結(jié)果顯示單元；每一幀數(shù)據(jù)依次包含如下字段：幀頭、圖像數(shù) 據(jù)載荷標(biāo)識、圖像幅號、圖像行計數(shù)、圖像量化位數(shù)、圖像幅寬、圖像幅高、輔助數(shù)據(jù)長度、圖 像數(shù)據(jù)長度、輔助數(shù)據(jù)本身和圖像數(shù)據(jù)本身；所述第一通用服務(wù)器中各單元之間交互圖像 數(shù)據(jù)時均采用所述通用格式的數(shù)據(jù)幀；
[0011] 所述完整性檢測單元，用于解析通用格式的數(shù)據(jù)幀，識別圖像數(shù)據(jù)的完整性，即檢 測圖像數(shù)據(jù)的行連續(xù)性和幅連續(xù)性；當(dāng)檢測出圖像幅號或圖像行計數(shù)不連續(xù)時，將完整性 檢測結(jié)果上報至判讀結(jié)果顯示單元，同時出現(xiàn)異常的整幅圖像不參與后續(xù)單元的處理；對 于通過完整性檢測的圖像數(shù)據(jù)，將對應(yīng)的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給特性參數(shù)計算單元和閾值計算單 元，同時將完整性檢測結(jié)果上報至判讀結(jié)果顯示單元；
[0012] 所述特性參數(shù)計算單元，用于接收并暫存當(dāng)前幅圖像的數(shù)據(jù)幀；解析數(shù)據(jù)幀，利用 特性參數(shù)算法庫中存儲的算法，計算當(dāng)前幅圖像數(shù)據(jù)的直方圖，將當(dāng)前幅圖像的數(shù)據(jù)幀和 計算得到的直方圖傳遞給特性參數(shù)相關(guān)性對比單元；在接收到當(dāng)前幅圖像正常的指示后， 將暫存的當(dāng)前幅圖像的數(shù)據(jù)幀刪除；在接收到當(dāng)前幅圖像異常的指示后，利用暫存的當(dāng)前 幅圖像的數(shù)據(jù)幀，對異常圖像幅面進行各圖像像元C的相鄰域灰度均值Lp(C)的遍歷運算， 將計算結(jié)果發(fā)送給特性參數(shù)相關(guān)性對比單元，然后將暫存的當(dāng)前幅圖像的數(shù)據(jù)幀刪除；
[0013] 所述特性參數(shù)相關(guān)性對比單元，用于接收并存儲當(dāng)前幅圖像的數(shù)據(jù)幀和直方圖； 計算當(dāng)前幅圖像數(shù)據(jù)與前一幅圖像數(shù)據(jù)的直方圖相似度，將計算得到的直方圖相似度傳遞 給異常診斷單元；在接收到當(dāng)前幅圖像正常的指示后，將暫存的當(dāng)前幅圖像數(shù)據(jù)刪除；在 接收到當(dāng)前幅圖像異常的指示后，利用存儲的當(dāng)前幅圖像的數(shù)據(jù)幀，對異常圖像幅面進行 各圖像像元C的灰度值與其相鄰域灰度均值Lp(C)的差值err(C)的遍歷計算，將計算結(jié)果 發(fā)送給異常診斷單元，然后將存儲的當(dāng)前幅圖像的數(shù)據(jù)幀刪除；
[0014] 所述閾值計算單元，用于接收并暫存當(dāng)前幅圖像的數(shù)據(jù)幀，利用當(dāng)前幅圖像的數(shù) 據(jù)幀和閾值算法庫中存儲的算法，計算用于直方圖相似度比對的判讀閾值T1，將計算得到 的判讀閾值1\傳遞給異常診斷單元；在接收到當(dāng)前幅圖像正常的指示后，將暫存的當(dāng)前幅 圖像的數(shù)據(jù)幀刪除；在接收到當(dāng)前幅圖像異常的指示后，計算用于圖像像元相鄰域值比對 的判讀閾值T2，并傳遞給異常診斷單元，然后將暫存的當(dāng)前幅圖像的數(shù)據(jù)幀刪除；
[0015] 所述異常診斷單元，用于將特性參數(shù)相關(guān)性對比單元計算的直方圖相似度與所述 判讀閾值1\進行比較，當(dāng)直方圖相似度與判讀閾值!\的差值在設(shè)定的允許范圍AEl以內(nèi)， 則給出當(dāng)前幅圖像數(shù)據(jù)正常的指示至特性參數(shù)計算單元、特性參數(shù)相關(guān)性對比單元和閾值 計算單元；進行下一幅圖像數(shù)據(jù)的判讀，并輸出圖像判讀結(jié)果至判讀結(jié)果顯示單元；
[0016] 當(dāng)直方圖相似度與判讀閾值T1的差值不在設(shè)定的允許范圍AEl以內(nèi)，則異常診 斷單元給出當(dāng)前幅圖像數(shù)據(jù)異常的指示至特性參數(shù)計算單元、特性參數(shù)相關(guān)性對比單元和 閾值計算單元，將特性參數(shù)相關(guān)性對比單元反饋的異常圖像幅面內(nèi)每個像元的差值err(c) 與判讀閾值1~2進行比較，當(dāng)差值err(c)與判讀閾值T2的差值在設(shè)定的允許范圍AE2以 內(nèi)，則判定圖像像元c正常，反之則圖像像元c異常，將異常像元的位置輸出給判讀結(jié)果顯 示單元；
[0017] 判讀結(jié)果顯示單元，用于將圖像數(shù)據(jù)、完整性檢測結(jié)果和圖像判讀結(jié)果進行界面 顯示；對于圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)所接收的數(shù)據(jù)幀將判讀系統(tǒng)獲取到的全部圖像數(shù)據(jù)進行顯示； 對于完整性檢測結(jié)果和圖像判讀結(jié)果，異常信息包括完整性檢測時的圖像異常幅號、異常 行計數(shù)、以及圖像本身內(nèi)容異常時的異常像元位置。
[0018]優(yōu)選地，所述特性參數(shù)相關(guān)性對比單元計算的直方圖相似度采用兩幅圖像的直方 圖的相關(guān)值Cov來表達：
【主權(quán)項】
1. 一種基于特性參數(shù)相關(guān)性的衛(wèi)星圖像自動判讀系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括格式 化處理單元、完整性檢測單元、特性參數(shù)計算單元、特性參數(shù)相關(guān)性對比單元、異常診斷單 元、判讀結(jié)果顯示單元、閾值計算單元、特性參數(shù)算法庫和閾值算法庫； 該系統(tǒng)實現(xiàn)由兩個通用服務(wù)器實現(xiàn)，第一通用服務(wù)器采用軟件實現(xiàn)所述格式化處理單 元和完整性檢測單元，第二通用服務(wù)器采用軟件實現(xiàn)判讀結(jié)果顯示單元，其他組成單元均 在第一通用服務(wù)器中采用FPGA硬件實現(xiàn)； 所述格式化處理單元，用于將來自前級設(shè)備的待判讀的圖像數(shù)據(jù)包解包后進行統(tǒng)一的 格式化處理，即打包為通用格式的數(shù)據(jù)幀，每一幀包含圖像數(shù)據(jù)中的一行，將數(shù)據(jù)幀發(fā)送給 完整性檢測單元和判讀結(jié)果顯示單元；每一幀數(shù)據(jù)依次包含如下字段：幀頭、圖像數(shù)據(jù)載 荷標(biāo)識、圖像幅號、圖像行計數(shù)、圖像量化位數(shù)、圖像幅寬、圖像幅高、輔助數(shù)據(jù)長度、圖像數(shù) 據(jù)長度、輔助數(shù)據(jù)本身和圖像數(shù)據(jù)本身；所述第一通用服務(wù)器中各單元之間交互圖像數(shù)據(jù) 時均采用所述通用格式的數(shù)據(jù)幀； 所述完整性檢測單元，用于解析通用格式的數(shù)據(jù)幀，識別圖像數(shù)據(jù)的完整性，即檢測圖 像數(shù)據(jù)的行連續(xù)性和幅連續(xù)性；當(dāng)檢測出圖像幅號或圖像行計數(shù)不連續(xù)時，將完整性檢測 結(jié)果上報至判讀結(jié)果顯示單元，同時出現(xiàn)異常的整幅圖像不參與后續(xù)單元的處理；對于通 過完整性檢測的圖像數(shù)據(jù)，將對應(yīng)的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給特性參數(shù)計算單元和閾值計算單元，同 時將完整性檢測結(jié)果上報至判讀結(jié)果顯示單元； 所述特性參數(shù)計算單元，用于接收并暫存當(dāng)前幅圖像的數(shù)據(jù)幀；解析數(shù)據(jù)幀，利用特性 參數(shù)算法庫中存儲的算法，計算當(dāng)前幅圖像數(shù)據(jù)的直方圖，將當(dāng)前幅圖像的數(shù)據(jù)幀和計算 得到的直方圖傳遞給特性參數(shù)相關(guān)性對比單元；在接收到當(dāng)前幅圖像正常的指示后，將暫 存的當(dāng)前幅圖像的數(shù)據(jù)幀刪除；在接收到當(dāng)前幅圖像異常的指示后，利用暫存的當(dāng)前幅圖 像的數(shù)據(jù)幀，對異常圖像幅面進行各圖像像元c的相鄰域灰度均值L p(C)的遍歷運算，將計 算結(jié)果發(fā)送給特性參數(shù)相關(guān)性對比單元，然后將暫存的當(dāng)前幅圖像的數(shù)據(jù)幀刪除； 所述特性參數(shù)相關(guān)性對比單元，用于接收并存儲當(dāng)前幅圖像的數(shù)據(jù)幀和直方圖；計算 當(dāng)前幅圖像數(shù)據(jù)與前一幅圖像數(shù)據(jù)的直方圖相似度，將計算得到的直方圖相似度傳遞給異 常診斷單元；在接收到當(dāng)前幅圖像正常的