1.一种引入物理成像先验知识约束的卫星云图图像复原方法,其特征在于,包括以下步骤:S1,搭建PKKernelGAN+ZSSR图像退化模糊核估计深度神经网络;
S2,根据卫星探测器像元采样位置的非规则性,模拟气象卫星成像物理过程,构建成像退化矩阵kcloud;
S3,将成像退化矩阵kcloud写入损失函数LPK,训练PKKernelGAN网络,获得云图图像退化模糊核估计网络PKKernel‑G;
S4,采用原始云图图像作为高质量图像,基于训练好的PKKernel‑G将原始云图图像生成退化模糊低质量图像,构建“高质量‑低质量”成对云图图像数据集;
S5,基于“高质量‑低质量”成对云图图像数据集,训练基于零次学习思想的云图图像复原深度神经网络ZSSR;
S6,将原始云图图像输入步骤S5训练好的云图图像复原深度神经网络ZSSR,得到最终输出的高质量复原云图图像;
步骤S2中,模拟气象卫星成像物理过程,构建成像退化矩阵kcloud的详细步骤如下:S21,将气象卫星数据接收过程分解为若干正弦振动的叠加,表达式如下:其中,fi、Ai、 分别为第i个谐波分量的振动频率、振幅和初始相位;t为气象卫星成像时刻;
S22,根据卫星探测器像元采样位置的非规则性,模拟气象卫星成像物理过程构建成像退化矩阵kcloud;其中,非规则性几何形变,表达式如下:其中,x为像元采样位置,ε(x)为像元采样位置的偏移量,ω为像元尺寸,Q为谐波数量,Tint为相机单级积分时间;
步骤S3中,所述损失函数LPK的表达式如下:
LPK=αLsum_to_1+βLboundaries+γLsparse+λLcloud其中,α,β,γ,λ为各损失函数的权重系数;
为求和损失,该损失函数的作用是鼓励k求和为1,k为PKKernelGAN估计的卫星成像退化模糊核,m,n为模糊核的像素坐标;
为边界损失,该损失函数的作用是惩罚接近边界的非零值,μ是一个常数权重,随着边界像素与k中心的距离变大而呈指数增长;
为稀疏损失;
Lcloud=VAR(k,kcloud)=|var(k(m,n))‑var(kcloud(m,n))|为成像退化损失,kcloud是根据气象卫星成像物理先验知识构建的成像退化矩阵;
式中,kcloud是根据气象卫星成像物理先验知识构建的成像退化矩阵;m、n为模糊核的像素坐标;M、N为模糊核尺寸。
2.根据权利要求1所述引入物理成像先验知识约束的卫星云图图像复原方法,其特征在于,所述PKKernelGAN+ZSSR图像退化模糊核估计深度神经网络包括PKKernelGAN网络和ZSSR网络;其中,PKKernelGAN网络为基于KernelGAN搭建的对抗生成网络,包括PKKernel‑G网络和PKKernel‑D网络;ZSSR为基于零次学习思想搭建的图像复原网络;
所述PKKernel‑G网络由5层结构为“Convolution+ReLU”的卷积层构成,前三个层卷积核大小分别为7×7、5×5、3×3,其余卷积核大小为1×1;
所述PKKernel‑D网络为判别网络,由1个7×7卷积层、5个结构为“Convolution+SpecNorm+BatchNorm+ReLU”的1×1卷积层,以及1个“Convolution+SpecNorm+Sigmoid”的激活层构成;
所述ZSSR网络为具有跨层连接结构的8层“Convolution+ReLU”和1层“Convolution”构成。