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        TH影像勻光勻色方法的探討

        2016-11-16 09:27:20鞏保勝裴寶全
        甘肅科技 2016年20期
        關(guān)鍵詞:色彩區(qū)域

        鞏保勝,裴寶全,龔 政

        (61243部隊,新疆 烏魯木齊830006)

        TH影像勻光勻色方法的探討

        鞏保勝,裴寶全,龔政

        (61243部隊,新疆 烏魯木齊830006)

        通過對天繪DGP影像糾正成果的RGB色彩通道波段增強,獲得了信息豐富的色彩數(shù)據(jù),然后通過PANSHARP最小二乘法,使其與天繪GFB影像成果融合,制作正射影像。期間加入資源三號衛(wèi)星影像,作為補漏數(shù)據(jù),通過降位處理,使其位深與天繪影像保持一致,采用勻光勻色的方法,取得較為理想的色彩效果。通過調(diào)整處理DOM色彩的關(guān)鍵環(huán)節(jié),使其在制作過程中,節(jié)約大量的人力和時間,能夠較好的保持大范圍DOM顏色的一致性。

        遙感影像;波段增強;勻光勻色;海量數(shù)據(jù)

        隨著遙感技術(shù)的快速發(fā)展,利用全色影像和多光譜影像合成高分辨率彩色影像技術(shù)已日趨成熟,其成果在眾多領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)揮了重要作用。但在實際處理影像過程中,“TH”原始影像1B級產(chǎn)品,顏色偏黑、偏暗,普通用戶根本無法看清具體內(nèi)容,加上受衛(wèi)星拍攝的時間和空間限制,影像的色彩千差萬別。同軌影像之間的色差稍好,異軌之間的色差比較明顯。是保持影像色彩的真實性還是一致性,是很多學者都在討論的熱門話題。本文以“TH”影像為主,資源三號衛(wèi)星補漏影像(以下簡稱“Z3影像”)為輔,對多源影像進行勻光勻色處理。本文以下提到的影像,均為正射糾正好的影像。

        1 基本思路及具體做法

        首先,對資源三號衛(wèi)星影像進行降位處理,使其從16bit降為8bit,與“TH”影像位深保持一致,同時將Z3影像自帶的高程信息去掉,將方便下一步批量操作處理。然后,對“TH”多光譜影像色彩信息和地理環(huán)境進行分析,采用對多光譜影像RGB通道增強或減弱的方法,在最大程度上保持影像紋理信息的同時,使其色彩保留更加豐富,在后期對紅、綠、藍波段處理時,顏色信息更加敏感,如圖1所示。

        1.1Z3影像降位與去高程處理

        正射糾正好的Z3影像,位深為16bit,將其在Global Mapper15版中打開 (只有15版可以打開*. pix格式的影像),將其轉(zhuǎn)換輸出為8bit帶坐標的Geotif文件。然后用PS插件REEBOTOO將其打開,另存為*.pix格式的影像文件,將Z3影像自帶的高程信息去除。

        圖1 研究思路及方法

        1.2TH多光譜影像的處理與融合

        “TH”多光譜影像分為紅、綠、藍、近紅外四個波段,紅波段對居民地、裸露土地等反應(yīng)比較明顯;綠波段對草地、森林的反應(yīng)比較明顯;藍波段對河流、湖泊等反應(yīng)比較明顯;近紅外波段為人眼不可見光,可以自由賦予顏色。根據(jù)各區(qū)域的地理特點和地貌分布情況,適當?shù)膶⒔t外波段增加到各波段中,進行色彩增強處理。首先對任務(wù)區(qū)域地形地貌進行分析,各任務(wù)區(qū)域不同,對多光譜影像的波段增強也不盡相同。本次試驗區(qū)域以高原地形為主,整個任務(wù)區(qū)域水系不發(fā)達,多為雪山融水,水深較淺,多辨狀河流;植被覆蓋偏低;多為裸露土地;有零星居民區(qū)。通過對任務(wù)區(qū)域的分析,可以將紅色和綠色波段增強,藍色波段不變。

        由于本次試驗區(qū)域為高原地區(qū),植被覆蓋相對較少,故將土地和植被的色彩提升,由于水系不發(fā)達,水深較淺,水系呈白色,根據(jù)經(jīng)驗值將近紅外波段分別加入紅、綠波段15%,藍色波段不變。其具體方法是:將糾正好的多光譜影像,在Geomatica2015版的model算法庫中,采用“model”算法,批量將多光譜影像四通道變?yōu)槿ǖ馈?/p>

        %1=%1;

        %2=%2*0.85+%4*0.15;

        %3=%3;

        其中,%1為紅色波段,%2為綠色波段,%3為藍色波段,%4為近紅外波段。

        將糾正好的 “TH”2m全色影像和波段增強的10m多光譜影像,通過最小二乘法,進行pansharp融合處理,得到2m分辨率的真彩色影像。融合的過程耗時比較長,具體視計算機性能而定,我部采用DELL7600計算機,cpu雙核16線程,1T固態(tài)盤,處理一景影像耗時5分30秒左右,處理速度隨著影像的增多而急劇降低。

        若小范圍的區(qū)域(TH一百景影像以內(nèi)),將處理好的影像,在Photoshop-ReebotooPSPlugIn中,先對融合后的影像進行調(diào)色預(yù)處理,將色差大的影像大概調(diào)成一致,這點很重要,因為ReebotooPSPlugIn插件可以讀取*.pix格式的影像數(shù)據(jù),并保留其坐標信息。尤其是異軌影像之間,不要出現(xiàn)明顯的色差。冬季影像與夏季影像之間的自然過渡比較棘手,人工干預(yù)較大,所耗時間較長,且需要保證影像之間的重疊度。

        1.3勻光勻色

        色彩的處理一直是正射影像極為重要的處理環(huán)節(jié),目前也是制約正射影像成果的瓶頸問題。色彩效果的好壞,直接影響正射影像成果的判讀效果,對地物判繪產(chǎn)生深遠的影像。而批量勻光勻色的遙感軟件也非常少。本次試驗以ImageStation為基礎(chǔ),采用模板法對大范圍的“TH”影像進行勻色處理。具體方法如下:

        首先選擇與目標區(qū)域相符的模板。模板的好壞,直接影像勻光勻色的效果。在任務(wù)內(nèi),選擇地物信息比較豐富的影像,通過重采樣降低其分辨率,制作縮略圖,其格式最好是*.tif+*.tfw的圖片。然后在Photoshop中,對縮略圖進行調(diào)色處理,由于數(shù)據(jù)量小,所以調(diào)色不是很麻煩,操作比較容易,模板不能生搬硬套,不同的區(qū)域特征,要使用不同的模板。通過實驗發(fā)現(xiàn),在輸出時需要注意色階,若輸出色階為0-255,則勻色時影像曝光率會大增,主要出現(xiàn)在房頂、雪山、湖泊等;若將輸出色階改為1-254,勻色時影像效果較好,曝光率幾乎沒有。然后進行勻光勻色處理。將融合好的影像,在ImageStation中打開,建立金字塔文件。這一步非常耗時間,一般不要在正常工作時間處理。實驗顯示,在機械盤上操作,一百景融合后的“TH”影像,建立金字塔文件需要8h左右,建議影像輸入輸出時,選擇不同的固態(tài)盤,則其效率為機械盤的7倍以上。金字塔文件建立完成后,影像勻光勻色速度比較快,如圖2所示。

        圖2 為影像勻光勻色前后的對比效果

        勻光勻色完成后,影像輸出也非常耗時,且需要巨大的空間。一百景勻光勻色的“TH”影像,輸出時需要800G左右的空間。在課余時間輸入輸出時,要注意計算機的電源設(shè)置,確保硬盤永不待機。

        1.4鑲嵌與裁切

        鑲嵌與裁切比較簡單,采用自動化處理與人工干預(yù)相結(jié)合的方式進行。鑲嵌前要進行鑲嵌預(yù)處理,通過計算機自動計算鑲嵌線。若不進行勻光勻色,其鑲嵌線走勢比較生硬,顏色過渡不自然,色差較大的區(qū)域鑲嵌線比較銳利;通過勻光勻色處理后,鑲嵌線走勢比較合理,人工干預(yù)量不是很大,個別區(qū)域也需要處理,但總體來說,工作量會大大減少。如圖3、圖4所示:

        圖3 勻色前鑲嵌線

        圖4 勻色后鑲嵌線

        人工編輯好鑲嵌線后,用計算機自動處理鑲嵌過程,這一步耗時較長,建議非工作時間計算機自動處理。裁切時,采用計算機自動裁切。下面介紹兩種自動裁切的方法,可根據(jù)實際情況自行選擇。單一區(qū)域裁切時,可通過編寫腳本的方式:建立*.txt文檔,寫入待裁切區(qū)域的左上角、右下角的坐標及輸出路徑,列與列之間用空格隔開即可。如圖5所示:

        圖5 單幅裁切文件

        在PCI軟件focus中,用腳本子集裁切。若多區(qū)域裁切,則用接圖表建立多區(qū)域的*.shp文件。如圖6所示:

        圖6 shp裁切文件

        圖7 天繪三線陣立體測圖矢量數(shù)據(jù)套合天繪正射影像

        在PCI軟件focus中,用圖層裁切。圖幅外擴大小,視具體情況自行增加。,圖7為天繪5m分辨率三線陣影像立體測圖的矢量數(shù)據(jù)與天繪2m分辨率正射影像的套合效果

        2 對比結(jié)果

        2.1效果對比

        通過下圖對比可知:圖8中,影像分辨率為2m,但其由于是多光譜影像沒有進行光譜增強,勻光勻色后導(dǎo)致顏色信息量不豐富,圖片感觀度不強。其紋理和顏色都有損失。圖9中,影像分辨率為2m,但其只對多光譜影像進行光譜增強,紋理損失不大,且顏色信息保留豐富,色彩飽滿。

        圖8 無光譜增強

        圖9 光譜增強

        2.2效率對比

        本次試驗數(shù)據(jù)為20景“TH”影像,通過在固態(tài)盤和機械盤上兩次試驗,對比得到工作效率,見表1、表2:

        表1 固態(tài)盤中處理效率

        表2 機械盤中處理效率

        3 結(jié)束語

        通過大量的實驗影像,采用了對“TH”多光譜影像光譜波段增強的方法,制作出來的DOM成果在不損失紋理的情況下,最大限度的保留其色彩信息。使DOM成果更具觀賞性和可讀性,本次實驗的20景影像成果,為某任務(wù)區(qū)域的判繪參考影像。經(jīng)判繪人員反饋,基本滿足判繪需要,對于無法到達的外業(yè)調(diào)繪區(qū)域,通過調(diào)色的DOM成果可以為室內(nèi)判繪人員提供可靠的依據(jù)。隨著“TH”衛(wèi)星的發(fā)展,影像的現(xiàn)時性和更新效率也會更新更快。

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        P231.4

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