西部山區RapidEye圖像去薄云方法研究

尹 峰，熊德科，謝 菲

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

西部山區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RapidEye圖像的去薄云問題，研究了在Photoshop軟件環境下的兩種方法:一種是直接用色階調整功能分別對三波段圖像進行調整;另一種是先進行波段替換(即用紅外波段替換藍光波段)，再分別對三波段圖像進行色階調整。經實踐發現，去薄云處理后的圖像與原圖像相比，影像質量明顯改善，實際生產效率提高。

RapidEye;波段;色階

0 引言

四川、甘肅等西部山區是地震、滑坡、泥石流等地質災害多發地帶，屬于我國地質災害重點防治區域。根據全國土地管理“一張圖”工程建設的需要，該地區的建設用地分布情況屬于國家遙感監測范圍。但由于西部山區地形復雜、常年多云，難以獲取質量較好的遙感圖像數據，云層覆蓋作為干擾信息降低了遙感圖像的整體質量，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，根據對四川省蘆山縣典型區域RapidEye遙感數據的實驗，提出了有效的消除薄云覆蓋和波段選擇等圖像預處理方法［1］。

1 RapidEye衛星數據概況

RapidEye是由德國RapidEye AG公司運營并提供地理空間信息服務的高空間分辨率商業衛星星座［2］。RapidEye 衛星星座相關參數［3］見表 1。

表1 RapidEye衛星星座相關參數Tab.1 RapidEye constellation parameters

(續表)

2 實驗數據

實驗區位于四川盆地西緣的蘆山縣，屬盆周山區縣;北與汶川，東北與崇州、大邑，東南與邛崍，南與雨城區，西南與天全，西北與寶興相連;地形以山地為主，具有城鎮化程度低、建設用地分布零星等特點，為典型的西部不發達地區。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，部分區域有薄云，數據格式為GeoTiff格式。

3 數據預處理

3.1 波段選擇

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

本實驗區使用的實驗數據為經過輻射校正和傳感器校正的1B級基礎產品。針對使用要求和RapidEye圖像數據特點(5個波段采樣間隔相同，無全色和多光譜融合情況)，通常無需配準即可直接進行彩色合成，基本無重影或錯位現象(圖1)。

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

圖1是采用 RapidEye衛星圖像 B3(R)、B2(G)、B1(B)波段組合合成的模擬真彩色圖像，在Photoshop中進行了圖像增強處理，接近自然色，將為后續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域進行處理，以增強影像清晰度，提高影像質量。

3.2.1 方法一

利用Photoshop軟件選擇局部有薄云區域，通過調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—調整—色階”功能(圖3);再對每個單波段圖像分別進行色階調整(圖4)，通過移動輸入色階兩邊小三角光標，把輸入色階范圍縮小到直方圖顯示的集中區域內，輸出色階范圍設為最大(0～255)，使影像色彩飽滿，對比度高;最后，分別對3個波段調整中間的輸入色階小三角光標(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—調整—色階Fig.3 Select Image—Adjustment—Level

圖4 單波段色階調整Fig.4 Adjustment of single band levels

圖5 三波段色階調整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，處理后位于薄云區的影像保持色彩自然并與薄云外部區域過渡柔和，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光波段，通過Photoshop的“分離通道”和“合并通道”功能實現［7］。通過對藍光波段(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

用紅外波段替換藍光波段后，影像的紋理更清晰，但色調不自然，對解譯稍有影響(需要對地物的色調重新認識);但在紋理方面比替換前的藍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模式對應的波段為B3(紅)—B2(綠)—B5(紅外)(圖12);最后，選擇“圖像—調整—色階”功能，同方法(1)類似，調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對應的波段Fig.12 Select the corresponding bands with RGB

圖13 選擇圖像—調整—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，但色調不自然，需對替換區地物的光譜特征進行重新識別分類。

4 結論

(1)在Photoshop軟件環境下，用2種方法對實驗區RapidEye圖像進行了去薄云處理:①采用直接用色階調整功能分別對三波段圖像進行調整的方法處理后，位于薄云區的影像保持色調自然并與薄云外部區域過渡柔和，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，但色調不自然，需對替換區地物的光譜特征進行重新識別分類。

(2)基于以上實驗，蘆山縣有薄云的RapidEye圖像經處理后，對線狀地物和圖斑的顯示更加清晰，能夠很好地應用于土地利用變更調查監測等工作，特別是在作業時間有限、衛星圖像數據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，節約數據采集成本，擺脫不良氣候條件的約束。

(3)運用本文方法使蘆山縣3景圖像中的有薄云區域經處理后的圖像得到了有效增強，能夠滿足生產要求。此生產方法相對于使用專業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，對生產人員專業知識要求不高，可在生產過程中迅速推廣，有利于高效生產。

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

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

［3］同天視地.RapidEye衛星產品簡介［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:清華大學出版社，2003.

［5］賀 輝，彭望琭，匡錦瑜.自適應濾波的高分辨率遙感影像薄云去除算法［J］.地球信息科學學報，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

中國土地勘測規劃院“2010年全國土地利用變更調查監測與核查遙感監測”項目資助。

尹 峰(1982－)，男，碩士，工程師，主要從事土地調查、地理信息系統建設和土地利用遙感監測等相關工作。

(責任編輯:劉心季)