一種基于衛(wèi)星圖像的增強方法

摘要：直方圖均衡化是圖像增強的一種有效方法，其基本思想是調整圖像的灰度分布。線性拉伸的方法對圖像進行增強處理，提高了圖像的解譯能力。本文從合成圖像直方圖均衡化和線性增強的優(yōu)點入手，給出了一種直方圖均衡化和線性增強相結合的改進算法，通過對算法中調節(jié)參數的選擇來獲取更好的圖像增強效果，該算法避免了圖像過亮等現象，改善了圖像質量，實驗驗證了該算法更為有效。

關鍵詞：直方圖均衡化；線性增強；圖像增強

中圖分類號：TN919文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)11-20315-03

1 引言

在人類獲取的信息中，視覺信息約占60%，而圖像正是人類獲取視覺信息的主要途徑。所謂圖像就是物體透射或者反射光形成的視覺信息肖溫格。遙感中的圖像處理和分類技術在人的大腦中的印象或者認識。但是由于衛(wèi)星圖像的傳送和轉換受遠距離的大氣層，天氣狀況，地物性質等特點影響總要造成圖像的某些降質。因此需要在圖像解讀之前，須進行一些改善處理。

2 圖像增強算法

圖像增強就是采用一系列改善圖像視覺效果的技術，將圖像處理成更適合人或計算機分析解譯的形式，并不一定追究圖像降至的原因。圖像增強是一個相對的概念，增強效果的好壞，不但與算法本身優(yōu)劣有關，還與圖像數據特征直接有關，同時評價圖像質量的優(yōu)劣往往憑觀察者的主觀決定，沒有通用的定量判據，因此增強方法屬于試探性的問題，對某類圖像好的增強方法對另一類未必適用。增強方法基本上可以分為空間域處理和頻域處理兩大類。空間域處理是在原圖像上直接進行數據運算，又分為局部相關領域運算和逐點運算。本文采用的就是空間域處理方法。

直方圖是對圖像每一亮度間隔內像元頻數的統計，亮度間隔可以人為確定，既可以是均勻的，也可以是不均勻的。圖像的亮度直方圖給出了該幅圖像概貌的總的描述，如一幅圖像的明暗狀況及對比度等，通過直方圖可以反映出來。一般情況下遙感圖像其灰度分布在較窄的區(qū)間，從而引起圖像細節(jié)的模糊，為了使圖像細節(jié)清晰，并使一些目標得到突出，達到增強圖像的目的，可通過改善各部分亮度的比例關系，即通過改造直方圖的方法來實現。

常用的直方圖調整方法有以下兩種：直方圖均衡化和直方圖規(guī)定化。該增強方法屬于非線性方法，與線性增強方法對應。

2.1 直方圖均衡調整方法描述

將原始圖像的直方圖調整到事先規(guī)定的狀態(tài)（如正態(tài)分布），并對原始圖像的特定灰度級范圍進行增強處理。直方圖規(guī)定化的實用算法步驟如下：

（1）計算原始圖像的直方圖Hf(k)和直方圖累積函數Sf(j)。根據匹配后希望實現的直方圖形狀，計算處理后圖像的直方圖累積函數Sg(i)。

（2）比較兩個直方圖累積函數，為使處理后圖像的直方圖滿足需要的形狀，處理前的圖像灰度級j和處理后的圖像灰度級i之間的關系可以由兩者直方圖累積函數按以下規(guī)則確定

Sg(i)≤Sf(j)

如果令匹配后的直方圖時平直的，即直方圖均衡，則求得的直方圖累積函數為

這種線性增強方法可以將感興趣或者重要的灰度區(qū)域拉伸，使該區(qū)域的信息量增大，同時抑制了不感興趣或者不重要的區(qū)域。被增強的[fmin，fmax]數據段的灰度分布于0～254的灰度等級，而被忽略的數據的灰度則為0或者255。也是衛(wèi)星圖像增強處理中常用的一種方法。

2.3 改進后應用于衛(wèi)星圖片增強算法

在vc++6.0下對衛(wèi)星圖像分別采用直方圖均衡調整方法和線性增強算法增強效果并不是很理想的情況下，改進后的混合增強方法中在使用直方圖均衡的基礎上同時又使用了線性增強，使圖像增強效果達到最佳。下面的增強方法以MODIS遙感衛(wèi)星圖像數據的處理為例。

設原圖像灰度f(x，y)范圍為fmin 和fmax（當像素為8位時，則fmin＝0，fmax＝255）。并將直方圖正規(guī)化為r＝[0，1]，即

3 幾種增強方法的效果對比

3.1 實際開發(fā)應用

基于上述算法，在WINDOWS XP操作系統，VC開發(fā)環(huán)境下進行開發(fā)試驗，通過一副modis數據的ldf局地數據將上述算法進行比較。比較效果如下圖2~圖5。

3.2 效果對比分析

圖2為modis衛(wèi)星圖象的局地數據顯示圖。灰度直方圖均衡如圖3，整體對比度很強，圖像比較美觀，但是會造成灰度的“吞噬”使遙感圖像信息有所丟失，特別是當原始遙感數據的質量比較差、數據動態(tài)范圍小、直方圖分布極不均勻時，進行直方圖均衡增強運算或者進一步進行直方圖規(guī)定化，變換后的圖像層次感更差，更易丟失信息。

圖4是經過分段增強后的圖像，被增強的數據段的灰度分布于0～254的灰度等級，而被忽略的數據的灰度則為0或者255，分段增強能夠很好的將感興趣的數據段增強出來，充分顯示其包含的信息，但是圖像整體對比度不強。

圖5是經過改進后的一種線性與非線性方法相結合的混合增強后的圖像，混合增強后圖像的特點是整體對比度很強，圖像比較美觀同時又可以結合線性增強的優(yōu)點有選擇的增強衛(wèi)星圖片中感興趣的數據段。

4 結束語

衛(wèi)星遙感在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中發(fā)揮著重要的作用，其影像圖的質量直接影響監(jiān)測的效果以及產品的質量，利用數字圖像處理技術，更好的處理增強衛(wèi)星圖片中的數據信息，能有效提高衛(wèi)星遙感影像圖的質量，加強了衛(wèi)星數據的推廣使用。

參考文獻：

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