尹 峰，熊德科，謝 菲

(1.湖北省土地規(guī)劃勘測院，武漢 430000;2.湖北省國土測繪院，武漢 430010)

西部山區(qū)RapidEye圖像去薄云方法研究

尹 峰1，熊德科2，謝 菲2

(1.湖北省土地規(guī)劃勘測院，武漢 430000;2.湖北省國土測繪院，武漢 430010)

針對我國西部山區(qū)RapidEye圖像的去薄云問題，研究了在Photoshop軟件環(huán)境下的兩種方法:一種是直接用色階調(diào)整功能分別對三波段圖像進(jìn)行調(diào)整;另一種是先進(jìn)行波段替換(即用紅外波段替換藍(lán)光波段)，再分別對三波段圖像進(jìn)行色階調(diào)整。經(jīng)實踐發(fā)現(xiàn)，去薄云處理后的圖像與原圖像相比，影像質(zhì)量明顯改善，實際生產(chǎn)效率提高。

RapidEye;波段;色階

0 引言

四川、甘肅等西部山區(qū)是地震、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)地帶，屬于我國地質(zhì)災(zāi)害重點防治區(qū)域。根據(jù)全國土地管理“一張圖”工程建設(shè)的需要，該地區(qū)的建設(shè)用地分布情況屬于國家遙感監(jiān)測范圍。但由于西部山區(qū)地形復(fù)雜、常年多云，難以獲取質(zhì)量較好的遙感圖像數(shù)據(jù)，云層覆蓋作為干擾信息降低了遙感圖像的整體質(zhì)量，在一定程度上影響目視解譯效果，增加了有用信息提取的難度。本文針對上述問題，根據(jù)對四川省蘆山縣典型區(qū)域RapidEye遙感數(shù)據(jù)的實驗，提出了有效的消除薄云覆蓋和波段選擇等圖像預(yù)處理方法［1］。

1 RapidEye衛(wèi)星數(shù)據(jù)概況

RapidEye是由德國RapidEye AG公司運營并提供地理空間信息服務(wù)的高空間分辨率商業(yè)衛(wèi)星星座［2］。RapidEye 衛(wèi)星星座相關(guān)參數(shù)［3］見表 1。

表1 RapidEye衛(wèi)星星座相關(guān)參數(shù)Tab.1 RapidEye constellation parameters

(續(xù)表)

2 實驗數(shù)據(jù)

實驗區(qū)位于四川盆地西緣的蘆山縣，屬盆周山區(qū)縣;北與汶川，東北與崇州、大邑，東南與邛崍，南與雨城區(qū)，西南與天全，西北與寶興相連;地形以山地為主，具有城鎮(zhèn)化程度低、建設(shè)用地分布零星等特點，為典型的西部不發(fā)達(dá)地區(qū)。實驗所采用的3景RapidEye圖像有一定重疊度并且覆蓋全縣，獲取時間為2010年9—12月，部分區(qū)域有薄云，數(shù)據(jù)格式為GeoTiff格式。

3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

3.1 波段選擇

根據(jù)圖像具體情況對圖像進(jìn)行了必要的預(yù)處理(如波段選擇、亮度調(diào)整、對比度調(diào)整等)，以使其影像清晰易讀，這是保證測圖精度、提高解譯質(zhì)量、便于后期特征信息提取的前提條件［4］。

本實驗區(qū)使用的實驗數(shù)據(jù)為經(jīng)過輻射校正和傳感器校正的1B級基礎(chǔ)產(chǎn)品。針對使用要求和RapidEye圖像數(shù)據(jù)特點(5個波段采樣間隔相同，無全色和多光譜融合情況)，通常無需配準(zhǔn)即可直接進(jìn)行彩色合成，基本無重影或錯位現(xiàn)象(圖1)。

圖1 RapidEye彩色合成圖像(紅線范圍內(nèi)為有薄云區(qū)域)Fig.1 RapidEye color composite image(the red line outlined area is the thin cloudy region)

圖1是采用 RapidEye衛(wèi)星圖像 B3(R)、B2(G)、B1(B)波段組合合成的模擬真彩色圖像，在Photoshop中進(jìn)行了圖像增強處理，接近自然色，將為后續(xù)的解譯工作帶來更多的便利。

3.2 消除薄云覆蓋干擾

本文采用了以下2種方法對有薄云的區(qū)域進(jìn)行處理，以增強影像清晰度，提高影像質(zhì)量。

3.2.1 方法一

利用Photoshop軟件選擇局部有薄云區(qū)域，通過調(diào)整影像色階來拉伸直方圖，從而增強對比度，保證色彩自然，使影像更加清晰［5］。其處理步驟包括:首先打開原始圖像(圖2);然后選擇“圖像—調(diào)整—色階”功能(圖3);再對每個單波段圖像分別進(jìn)行色階調(diào)整(圖4)，通過移動輸入色階兩邊小三角光標(biāo)，把輸入色階范圍縮小到直方圖顯示的集中區(qū)域內(nèi)，輸出色階范圍設(shè)為最大(0～255)，使影像色彩飽滿，對比度高;最后，分別對3個波段調(diào)整中間的輸入色階小三角光標(biāo)(圖5)，使影像色彩更加自然［6］。

圖2 打開原始圖像Fig.2 Open original image

圖3 選擇圖像—調(diào)整—色階Fig.3 Select Image—Adjustment—Level

圖4 單波段色階調(diào)整Fig.4 Adjustment of single band levels

圖5 三波段色階調(diào)整Fig.5 Adjustment of three band levels

通過用方法一處理后的圖像(圖6)與原始圖像(圖1)的對比可以看出，處理后位于薄云區(qū)的影像保持色彩自然并與薄云外部區(qū)域過渡柔和，影像紋理清晰，更有利于目視解釋。

圖6 方法一處理后圖像Fig.6 Processed image by method one

3.2.2 方法二

采用RapidEye衛(wèi)星圖像的紅外波段或紅邊波段(長波穿透云霧能力較短波強)來全部或局部代替藍(lán)光波段，通過Photoshop的“分離通道”和“合并通道”功能實現(xiàn)［7］。通過對藍(lán)光波段(圖7)和紅外波段(圖8)圖像的對比可以看出，薄云對紅外波段圖像的影響較小。

圖7 藍(lán)光波段Fig.7 Blue band

圖8 紅外波段Fig.8 Infrared band

用紅外波段替換藍(lán)光波段后，影像的紋理更清晰，但色調(diào)不自然，對解譯稍有影響(需要對地物的色調(diào)重新認(rèn)識);但在紋理方面比替換前的藍(lán)光波段圖像更易解譯。其處理步驟包括:首先打開原始圖像，選擇“通道窗口—分離通道”功能(圖9);然后選擇“通道窗口—合并通道”功能(圖10)，通道已被分成5個文件窗口，選擇“合并模式”為RGB(圖11)，選擇與RGB模式對應(yīng)的波段為B3(紅)—B2(綠)—B5(紅外)(圖12);最后，選擇“圖像—調(diào)整—色階”功能，同方法(1)類似，調(diào)整影像色階即可完成(圖13)。

圖9 選擇通道窗口—分離通道Fig.9 Select Channel—Split Channel

圖10 選擇通道窗口—合并通道Fig.10 Select Channel—Merge Channel

圖11 選擇合并模式Fig.11 Select merge mode

圖12 選擇與RGB對應(yīng)的波段Fig.12 Select the corresponding bands with RGB

圖13 選擇圖像—調(diào)整—色階Fig.13 Select Image—Adjustment—Level

通過用方法二處理后的圖像(圖14)與原始圖像(圖1)的對比可以看出，方法二處理后圖像的紋理較方法一處理后圖像(圖6)的紋理更加清晰，但色調(diào)不自然，需對替換區(qū)地物的光譜特征進(jìn)行重新識別分類。

4 結(jié)論

(1)在Photoshop軟件環(huán)境下，用2種方法對實驗區(qū)RapidEye圖像進(jìn)行了去薄云處理:①采用直接用色階調(diào)整功能分別對三波段圖像進(jìn)行調(diào)整的方法處理后，位于薄云區(qū)的影像保持色調(diào)自然并與薄云外部區(qū)域過渡柔和，影像紋理清晰，更有利于目視解釋;②采用紅外波段替換藍(lán)光波段的方法處理后，影像紋理較前一種方法更加清晰，但色調(diào)不自然，需對替換區(qū)地物的光譜特征進(jìn)行重新識別分類。

(2)基于以上實驗，蘆山縣有薄云的RapidEye圖像經(jīng)處理后，對線狀地物和圖斑的顯示更加清晰，能夠很好地應(yīng)用于土地利用變更調(diào)查監(jiān)測等工作，特別是在作業(yè)時間有限、衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)來源有限等不利條件下，可提高遙感圖像的利用率和工作效率，節(jié)約數(shù)據(jù)采集成本，擺脫不良?xì)夂驐l件的約束。

(3)運用本文方法使蘆山縣3景圖像中的有薄云區(qū)域經(jīng)處理后的圖像得到了有效增強，能夠滿足生產(chǎn)要求。此生產(chǎn)方法相對于使用專業(yè)遙感處理軟件操作簡單，易于理解，并能實時顯示每一處理步驟的效果，可控性強，對生產(chǎn)人員專業(yè)知識要求不高，可在生產(chǎn)過程中迅速推廣，有利于高效生產(chǎn)。

［1］曹 爽，李 浩，馬 文.基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的遙感影像薄云處理方法［J］.地理與地理信息科學(xué)2009，25(4):30－33.

［2］祝振江，周英杰，周 萍，等.RapidEye衛(wèi)星遙感影像幾何精度的實驗分析［J］.中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2010，30(4):107 －111.

［3］同天視地.RapidEye衛(wèi)星產(chǎn)品簡介［EB/OL］.［2011－02－25］.http://www.bjeo.com.cn/pubnews/213730/20090218/215808.jsp.

［4］黨安榮，王曉棟，陳曉峰，等.ERDAS IMAGINE遙感圖像處理方法［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2003.

［5］賀 輝，彭望琭，匡錦瑜.自適應(yīng)濾波的高分辨率遙感影像薄云去除算法［J］.地球信息科學(xué)學(xué)報，2009，11(3):306 －311.

［6］李 超，朱 滿，趙家平.多源遙感影像融合效果的定量評價研［J］.測繪與空間地理信息，2010，33(3):143 －146.

［7］劉 洋，白俊武.遙感影像中薄云的去除方法研究［J］.測繪與空間地理信息，2008，31(3):120 －122.

Research on the Thin Cloud Removal Method from RapidEye Image in Western Mountain Areas

YIN Feng1，XIONG De－ke2，XIE Fei2
(1.Land Surveying＆ Planning Institute of Hubei Province，Wuhan 430000，China;2.Land Surveying and Mapping Institute of Hubei Province，Wuhan 430010，China)

Two methods for removing the thin cloud cover from the RapidEye remote sensing imagery in western mountain areas of China based on Photoshop environment are introduced in this paper.One is to directly adjust the three bands respectively by adjustment function of levels，and the other is band substitution.In the second method，the first step is to substitute infrared band for blue band，and then three bands are adjusted respectively in levels.Test results show that the imagery quality is enhanced obviously when the processed imagery is compared with the original one，and the efficiency in the production practice is improved.

RapidEye;Band;Level

751.1

A

1001－070X(2011)04－0132－04

2011－03－21;

2011－05－03

中國土地勘測規(guī)劃院“2010年全國土地利用變更調(diào)查監(jiān)測與核查遙感監(jiān)測”項目資助。

尹 峰(1982－)，男，碩士，工程師，主要從事土地調(diào)查、地理信息系統(tǒng)建設(shè)和土地利用遙感監(jiān)測等相關(guān)工作。

(責(zé)任編輯:劉心季)