李莉 張品超

（1.南昌市城市規(guī)劃設(shè)計研究總院 江西南昌 330038；2.南昌市自然資源局 江西南昌330038）

1 引言

科技設(shè)備與獲取技術(shù)的飛速發(fā)展，影像數(shù)據(jù)的獲取與存儲進入海量時代，這也為遙感影像和航天、航空影像在多尺度、多空間以及多專業(yè)的各種應(yīng)用上提供了強有力的后備力量支撐。與此同時，隨著影像應(yīng)用范圍越來越廣，影像的快速出圖需求愈加頻繁，為節(jié)約成本和時間，我們可利用多源影像進行拼接成圖。

然而，南昌市作為多云、多雨且季節(jié)變化影響顯著的中部地區(qū)，不論是穿過大氣層獲取的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，還是從離地千米的高空獲取的航空影像數(shù)據(jù)，都會存在薄霧和云層遮擋地物的現(xiàn)象，直接阻礙了影像判讀工作。同時，不同時段和不同天氣下，由于地物反射光譜成像差異性導(dǎo)致不同時期的成果影像呈現(xiàn)出的色相、亮度、飽和度等均不相同。綜上，當(dāng)面臨快速出圖的需求時，很難及時找到無明顯色差、無云霧遮擋且具有較佳判讀效果的高質(zhì)量影像數(shù)據(jù)。

因此，充分利用已有影像數(shù)據(jù)進行包括簡單的云霧處理、色差調(diào)整、色調(diào)統(tǒng)一等影像圖面處理顯得尤其重要[1]。本文利用Photoshop 軟件功能多、操作簡便、處理高效等優(yōu)勢進行多源影像拼接后的影像表觀質(zhì)量優(yōu)化，以滿足應(yīng)急狀況下快速出圖的需求。

2 多源影像

本文將利用從Google Earth 中下載的衛(wèi)星遙感影像與已有的南昌市航空攝影成果影像進行拼接，并通過Photoshop 軟件進行勻色處理。圖1 為從Google Earth 中下載的存在諸多不同色調(diào)、不同季節(jié)地物、不同曝光程度等狀況的衛(wèi)星遙感影像，圖2 為已有的可直接使用的航空攝影測量成果影像，圖3 為影像拼接后的成圖，如圖3 中所示，拼接成圖的影像色彩差異明顯，色調(diào)嚴(yán)重不均等，直接影響影像的視覺效果以及判讀效用。

圖1 谷歌衛(wèi)星影像

圖2 已有的航空攝影影像

圖3 拼接后影像

3 表觀質(zhì)量優(yōu)化處理

為便于人和機器對圖像進行更好的理解和分析效果，不同色相、亮度、飽和度的影像拼接前，需要進行圖像色差調(diào)整、簡單的云霧處理等影像表觀質(zhì)量優(yōu)化處理[3]。通常，成圖影像的數(shù)據(jù)量較大，基于Photoshop 僅能打開數(shù)據(jù)量大小為4GB 之內(nèi)的影像，同時為了提升工作效率，可在影像拼接前分別對待拼接影像進行優(yōu)化處理，最后拼接成圖后處理拼接縫使成圖影像各拼接處整體均勻過度（流程如圖4所示）。

3.1 色差處理

圖4 影像處理流程

不同拍照時間、不同季節(jié)、不同天氣狀況下，獲取的成果影像質(zhì)量顯著不同，色彩差異較大。色差包括色調(diào)、色相、飽和度、亮度等差異。色差調(diào)整的本質(zhì)是對圖像進行分片，以中間片為基準(zhǔn)，判斷其他部分與中間部分圖像相差多少DN（Digital Number）值，便分別對它們增減相應(yīng)的DN 值[2]。利用photoshop中的色彩平衡、色相飽和度、亮度對比度等工具通過調(diào)整DN 參數(shù)值可達到勻色效果。調(diào)整方式如圖5示例中a-c 所示以及圖6 示例中a-c 所示。

圖5 原始色差及色差調(diào)整

圖6 原始色差及色差調(diào)整

3.2 云霧去除

云霧的遮擋直接造成地物信息的丟失，因此無法通過調(diào)整DN 參數(shù)達到去處云霧、恢復(fù)被遮擋地物的效果，本文通過對比百度、高德等軟件的影像地圖，確定該影像下被云霧遮擋的地物實際屬性后，利用photoshop 軟件用臨近相同地物的像素值替換被遮擋處的像素值，在影像中恢復(fù)被遮擋的地物。

特別要注意的是：本文中的云、霧處理方式，僅在有參考物的前提下，能夠應(yīng)急處理云霧遮擋問題（如圖7 所示），但在無參考物的情況下，該方式不建議使用。

圖7 影像局部去云霧處理

3.3 光譜特性差異處理

不同季節(jié)下，地物對光譜的反射和散射作用各不相同，因而反映在成圖影像上光譜特性不同，導(dǎo)致成像中色彩差異明顯，同樣無法通過調(diào)整DN 參數(shù)達到勻色過渡的效果。此時需要判讀影像中的地物信息，借助其中的線狀地物（如田埂、池塘、道路邊線等），通過劃分地物差異范圍來過渡色差，達到不同的光譜特性能夠在視覺上平緩過度的效果。如圖8所示，同一片稻田范圍，夏季是稻田，冬季收割稻子后變?yōu)榭盏?，只需在拼接成圖中將田埂作為界線調(diào)整兩邊的光譜特性即可達到較好的視覺效果。

圖8 季節(jié)差異范圍調(diào)整

3.4 拼接縫處理

針對不同的色塊進行單獨的調(diào)整處理后，拼接縫不可避免。通過設(shè)置一定容差值，選取該拼接縫臨近范圍內(nèi)周相同地物，在確定地物屬性一致的前提下，復(fù)制該地物的像素值，覆蓋原始拼接縫，以此達到影像整體的勻色過渡效果。該方式產(chǎn)生的直接效果明顯，但需要逐細(xì)節(jié)微調(diào)。

3.5 成圖影像勻光勻色處理

根據(jù)實際情況及視覺效果，對拼接后的成圖影像進行整體勻光勻色處理。對各待拼接影像進行處理后，初步拼接成果如圖9a 所示，影像整體較暗且偏綠，因此經(jīng)過統(tǒng)一亮度和色調(diào)調(diào)整，最終成果影像如圖9b 所示。

圖9 成果影像

4 成圖表觀及質(zhì)量評價

4.1 成圖表觀

對本文中的拼接后影像進行綜上局部和整理處理后，最終成圖影像（圖8b）無云霧遮擋，無明顯色差，無明顯拼接線，色調(diào)統(tǒng)一，影像整體清晰，視覺效果較好，影像判讀效果佳。

4.2 質(zhì)量評價

影像評價分為主觀評價和客觀評價[2]。主觀評價主要考慮色調(diào)是否均勻，反差是否適中，影像是否清晰等等，原始拼接后的影像數(shù)據(jù)顏色亮度等多方面反差較大（如圖3），經(jīng)過調(diào)整后整幅影像無明顯色差，色調(diào)統(tǒng)一，且無明顯拼接縫（如圖9b）?？陀^評價主要以多波段直方圖的灰度值分布狀況進行評價，原始Google 影像（圖1）各波段灰度值分布很散（如圖10a），說明存在諸多差異極大的色塊，原始拼接后影像（圖3）依然存在某波段較為突出，圖像的顏色不均勻且反差較大（如圖10b），進行PS 處理后的成果影像（圖9b）各波段灰度值均呈現(xiàn)均勻正態(tài)的分布，說明色調(diào)統(tǒng)一，且影像整體更明亮清晰（如圖10c）。

圖10 影像直方圖分布對比圖

5 結(jié)束語

針對多源遙感影像的拼接和色彩調(diào)整的實驗的結(jié)果表明，經(jīng)過PS 的影像色彩統(tǒng)一且無明顯拼接縫，該方法可以較好的解決多源影像拼接后的勻色問題，能夠更加充分地利用現(xiàn)有的海量影像數(shù)據(jù)，為各種不同專業(yè)方向上的日常地圖生產(chǎn)和特殊情況下的應(yīng)急性出圖要求提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)支撐并發(fā)揮重要作用。

色差處理后的影像整體效果對于影像成果的使用者來說至關(guān)重要，本文提出的PS 解決方案適用于影像整體視覺效果的快速出圖，而非專題圖用圖。PS 的本質(zhì)是人造，因此對于草地、植被和森林等地物相似地域的薄霧和云層遮擋問題能夠通過PS 進行影像美化達到良好的視覺效果，但在地物變化顯著的城區(qū)卻無法通過PS 人工造出實際地物。此外，手工調(diào)圖法對人的要求較高，需要經(jīng)驗且耗時。