基于Photoshop的遙感影像融合

石毅，田芳蓮，孫紅慶，王曉飛

（青海省核工業(yè)地質(zhì)局，西寧 810000）

0 引言

隨著遙感技術(shù)的快速發(fā)展，光學(xué)、熱紅外和微波等各類衛(wèi)星傳感器為地面發(fā)送了同一地區(qū)的多空間分辨率、多光譜分辨率、多時(shí)相分辨率的海量影像資料。如何將這些海量數(shù)據(jù)盡可能地作為一個(gè)整體來綜合利用，從而充分、有效地運(yùn)用各種類型遙感影像的綜合信息，克服遙感影像解譯中單一信息源不足的問題，這就需要采用遙感數(shù)據(jù)融合技術(shù)來解決。

影像融合是個(gè)較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法，要借助于專門的遙感圖像處理軟件才能實(shí)現(xiàn)，比如：ERDAS IMAGINE、PCI、Envi 等，這些專業(yè)軟件功能強(qiáng)大、地學(xué)應(yīng)用廣泛，難于學(xué)習(xí)和掌握。在這里我就Adobe 公司的Photoshop 軟件進(jìn)行遙感圖像融合的原理、方法與應(yīng)用展開討論。

1 融合的原理與過程

1.1 HIS 色彩模式

我們通常使用RGB 來描述影像的色彩，為了專業(yè)研究的需要，人們又設(shè)計(jì)了另外一個(gè)非常有用的色彩模式—HIS 色彩模式，這種設(shè)計(jì)反映了人觀察彩色的方式，同時(shí)也有利于圖像處理。

在HIS中，亮度I 表示顏色的整體強(qiáng)度，而不管它的顏色是什么。一般用R、G、B 三個(gè)灰度的平均數(shù)值來表示顏色的亮度值，因此通過平均RGB 分量將彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，其實(shí)就是得到了影像的亮度分量。

色相H 由角度表示，它反映了該彩色最接近于什么樣的光譜波長(zhǎng)，即彩虹中的哪種顏色，一般情況下，0°的彩色為紅色，120°的為綠色，240°的為藍(lán)色。色相從0°變到240°覆蓋了所有可見光譜的顏色。在240°到300°之間是人眼可見的非光譜色（紫色）。

飽和度S 就是表示顏色的純度，有時(shí)稱為彩度。飽和度表示色相中灰色分量所占的比例，它使用從0%（灰色）至100%（完全飽和）的百分比來度量。

1.2 HIS 融合方法的原理

HIS 融合方法是基于HIS 色彩模型的融合變換方法，表現(xiàn)為兩個(gè)方面：①、它有效地把一幅彩色影像的紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三個(gè)分量變換成H、I、S 三個(gè)分量，即空間信息的強(qiáng)度分量、光譜信息的色相分量和飽和度分量，這一過程稱為HIS 正變換；②、它具有可逆性，既能將H、I、S 變換成R、G、B，這一過程稱為逆變換或反變換，該變換公式可以參考計(jì)算機(jī)圖像處理的有關(guān)參考資料，這里不一一列出，具體的HIS 融合方法的原理如圖1。

1.3 基于Photoshop的融合過程

Photoshop 是國(guó)際上使用最為廣泛的圖像處理軟件，在平面藝術(shù)設(shè)計(jì)、多媒體應(yīng)用、出版等許多行業(yè)都有卓越的表現(xiàn)。它提供了相當(dāng)多的圖像處理工具，使得人們能充分發(fā)揮自己的想象能力來實(shí)現(xiàn)各種處理效果。

在Photoshop中，運(yùn)用層的概念來組織一個(gè)文件中的若干圖像，通過混合模式可以決定其像素如何與圖像中的下層像素進(jìn)行混合，從而創(chuàng)建各種特殊效果。Photoshop 共提供了22種混合方法，其中“顏色”和“亮度”就可以實(shí)現(xiàn)遙感影像的視覺融合。具體步驟如下：

1.3.1 保證多光譜影像M 和全色波段影像PAN 已經(jīng)校準(zhǔn)，并經(jīng)過重新采樣。

1.3.2 將M 和PAN 放到同一個(gè)圖像窗口中，調(diào)整位置使得同名像素嚴(yán)格對(duì)齊。

1.3.3 如果M 在上面圖層，則將M的混合選項(xiàng)設(shè)置為“顏色”，如果PAN 在上面圖層，則將PAN的混合選項(xiàng)設(shè)置為“亮度”，這時(shí)就得到了影像融合的效果。

這里，混合選項(xiàng)設(shè)置為“顏色”，則表示用基色PAN的亮度以及混合色M的色相和飽和度創(chuàng)建結(jié)果色，這樣可以保留PAN 圖像中的灰階，并且給單色圖像PAN 添加M的色相和飽和度；混合選項(xiàng)設(shè)置為“亮度”，則表示使用基色M的色相和飽和度以及混合色PAN的亮度創(chuàng)建結(jié)果色。這兩個(gè)原理完全符合HIS 變換的融合方法，因此都能達(dá)到好的融合效果。

這里一個(gè)例子，圖2是Landsat7高分辨率全色波段影像，影像地面分辨率為14.250米；圖3是Landsat7多光譜影像，地面分辨率為28.500米；圖4是融合的結(jié)果，地面分辨率為14.25米。由此可見圖3擁有高分辨率影像的分辨率，圖2的色彩效果，影像清晰，色彩協(xié)調(diào)。

圖2 原始全色影像

圖3 原始多光譜影像

圖4 融合結(jié)果影像

2 結(jié)論

Photoshop 進(jìn)行融合的主要優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：

2.1 Photoshop 是大眾化軟件，可以進(jìn)行比較簡(jiǎn)單的遙感影像處理，包括：影像鑲嵌、裁切、色彩增強(qiáng)、影像注記、格式轉(zhuǎn)換、調(diào)整大小、影像底圖成圖輸出等操作十分方便快捷，效果也相當(dāng)不錯(cuò)。

2.2 Photoshop 融合過程簡(jiǎn)單實(shí)用，速度很快，而且可以充分利用軟件方便實(shí)用化的工具，實(shí)現(xiàn)其他操作，所有的操作過程能達(dá)到“所見即所得”；而其他大型遙感軟件，功能復(fù)雜，不易學(xué)用，HIS 融合技術(shù)的過程比較麻煩，速度偏慢，效率不高。

2.3 一般來講，利用其他遙感軟件進(jìn)行影像融合，首先要保證影像具有相同的分辨率和覆蓋范圍，而在Photoshop中，可以不考慮影像的覆蓋范圍，可以利用其方便的操作工具將影像手工對(duì)齊，然后進(jìn)行融合。

2.4 利用其他遙感軟件融合的影像都是單圖層影像，而Photoshop 融合的成果可以以多圖層的形式保存，因此可以對(duì)融合后的結(jié)果重新進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到滿意的效果以后再進(jìn)行圖層合并，用于它用。Photoshop 圖像處理工具相當(dāng)強(qiáng)，能夠?qū)τ跋襁M(jìn)行各種色彩調(diào)整、影像濾波，其處理效果是其它軟件難于達(dá)到的。

但是，Photoshop 畢竟不是專用的遙感處理軟件，只能做一些基于影像的簡(jiǎn)單應(yīng)用，很多遙感數(shù)據(jù)復(fù)雜處理和專業(yè)應(yīng)用都無法實(shí)現(xiàn)，只用一種較為實(shí)用的融合方法。Photoshop 不提供GEOTIFF 影像格式，無法在文件內(nèi)加載大地信息和投影參數(shù)，必須借助于其它軟件才能彌補(bǔ)。

[1]韋玉春，湯國(guó)安，楊昕.遙感數(shù)字圖像處理教程[M]北京：科學(xué)出版社

[2]賈永紅.數(shù)字圖像處理[M]武昌：武漢大學(xué)出版社

[3]張丹丹，毛志超.Photoshop 入門與提高[M]北京：人民郵電出版社