數字遙感影像構像質量評價研究

李英 趙京黔

（1、有色金屬礦產地質調查中心北京測繪院，北京100012；2、華北地質勘查總局綜合普查大隊測繪中心，燕郊 065201)

1 引言

本論文主要結合當前數字遙感技術的飛速發展，對數字遙感影像構像質量進行分析研究，以期從中能夠找到合理可靠有效的影像構像質量評價方法，并以此和廣大同行分享。

2 數字遙感影像構像質量評價的問題分析

雖然在各個領域數字遙感影像構像質量的評價已經得到了廣泛的應用，但是仍然存在一些問題和困難需要進一步的研究，分析現有的評價方法可以發現：

（1）構像質量評價的理論研究不足

數字遙感影像構像質量的評價涉及特征提取、人眼視覺、模式識別等多門學科，構像質量評價方法的進展就建立在這些相關學科的研究成果上，而這些相關學科目前仍然存在著很多尚未解決的問題，這直接阻礙了構像質量評價工作的進一步發展。

（2）構像質量的評價與人眼視覺系統的結合不夠

影像構像質量的評價方法或者評價模型在面對不同的評價對象時要具有普適性，就必須充分了解人眼視覺特性的最新研究成果并將其應用到影像構像質量的評價方法中，而現有的影像構像質量評價方法與人眼視覺系統沒有很好的相結合。

（3）無參考影像的構像質量評價模型沒有建立

目前大多數構像質量評價方法的應用前提都是存在著參考影像，這大大限制了評價方法的應用范圍，因此建立無參考影像的構像質量評價模型對于提高評價方法的自動化和適用性有著重要意義。

3 發展數字遙感影像構像質量評價建議與策略

3.1 影像構像質量評價流程

遙感影像構像質量的評價工作主要分為四個步驟：

(1)數據獲取

目前我們獲取的數字遙感影像主要有兩種方式：掃描和直接成像。

通過掃描獲取的影像是將傳統的光學影像數字化而獲得的，數字掃描技術的工作過程是：掃描光源通過待掃材料，再經過一組透鏡投射在CCD元件上。CCD根據光強大小不同輸出對應的模擬電信號然后經A／D轉換變成數字信號并把這三種信號轉換成接口標準格式。數字遙感影像也可以從遙感器直接獲取。將半導體傳感器CCD（Charge Coupled Device--電耦合裝置）排列到一行或者一個矩形區域中構成線陣列或面陣列CCD相機或稱數字相機。客觀物體通過光學成像系統成像在面陣CCD上，憑借快門對光通量進行控制，以得到合適的曝光量。其后續影像處理部分可以通過串行掃描讀取光電轉換器上的信息，再經過模擬信號放大、模數轉換和信息壓縮后(影像信息實現數字化)將數字影像信息存儲在隨機存儲器上。實際上由數字攝影技術獲得影像就是一個數值矩陣。

(2)指標確定

要對數字遙感影像進行構像質量評價就必須制定相應的評價指標。現階段對于影像的構像質量的評價指標主要有影像反差、清晰度、灰度均勻度等客觀指標。一般的解決方法都是通過選擇一個合適的閾值來確定構像質量某一方面的好壞，閾值選取的好壞直接決定了評價的準確度。

(3)質量評價方法的確定

確定了影像構像質量評價指標之后就要對確定的指標進行評價了，其評價方法應該滿足以下條件：

① 構像質量評價的方法應該適用于大多數數字遙感影像，以便在生產中推廣；

② 制定的客觀標準應該盡可能地與人眼目視評價結果相一致，即應盡量使客觀評價與主觀評價結合起來；

③ 由于不同種類遙感影像的用途不盡相同，因而對影像構像質量要求的側重點也不同，所以在對影像進行構像質量評價時針對不同地產品要有不同的側重點。

(4)質量評價

質量評價的具體步驟是：

① 確定評價指標權系數。各項評價指標權系數的分配應該由用戶根據各自的需求來確定；

② 各項指標的質量評價。單項指標的評價中一般包括優、良、合格和不合格，如何確定質量等級是評價中需要著重解決的問題，這需要科學的論證和大量的實驗相結合；

③ 綜合評價。一直以來，我國對遙感影像的質量評價采取的主要是缺陷扣分，加權平均的方法，目前研究比較熱門的還有模糊綜合的評價方法。

3.2 結合人眼特性發展科學的影像構像質量評價

影像是承載人眼感受信息的特殊數據，如果單純采用一般數據差異的計算方式來表達優劣化必然會與主觀結果相偏離。所以可以這么說，人眼的主要視覺特性是研究影像構像質量的重要基礎。人眼視覺存在多種特性需要去探索，因此，要真正實現合理可靠的科學的對數字遙感影像構像質量的評價，就必須結合人眼視覺特性設計評價指標和評價方法，才能夠實現構像質量評價方法朝著科學可靠的方向發展，而要實現科學評價構像質量，就必須要考慮到如下人眼特性：

(1)多通道及視覺閾值

人的視覺系統是一個多通道結構，它把輸入的影像分解成不同的感覺分量。每個感覺通道都有自己的閾值（稱之為視覺閾值），如果激勵值低于了通道的視覺閾值，人的眼睛就感覺不到該激勵。視覺閾值主要有時間性和空間性兩大特點。時間性體現在視覺的時間頻率響應。研究表明其響應類似于一個帶通濾波器，通常閃爍的臨界范圍（高過了此范圍，人眼感覺不出閃爍）在20～80Hz；而空間性特點則體現在視覺的空間頻率響應，研究表明人眼空間感知能力具有帶通和低通濾波特性，對高頻部分的失真比低頻部分失真敏感，此外，這還與目標及其背景的相對亮度有很大關系。

(2)掩蔽效應

影響上述視覺閾值的一個很重要的原因是掩蔽效應。掩蔽指的是當存在多個激勵時，激勵間的互相干擾導致視覺閾值發生的變化現象。視覺閾值的存在使低于閾值的損傷不被覺察；而掩蔽的存在則使視覺閾值變化提升，使之能夠容納更多無法覺察的損傷。只要使人眼覺察不出來的損傷造成的影響事實上可以忽略不計。典型的掩蔽效應主要有："對比掩蔽"（如人眼對損傷的敏感度在十分亮或者十分暗的區域下降）；"紋理掩蔽"（如人眼對損傷的敏感度在影像紋理復雜區比平坦區低）；"運動掩蔽"（如人眼對內容隨時間變化大的影像塊的損傷敏感度低）等。

(3)視覺的興趣性測量

視覺經驗告訴我們，對于一幅給定的遙感影像，人眼對于不同的區域感興趣的程度是不一樣的，如河流、軍事目標，人眼對軍事目標的失真肯定會更加感興趣，而對其余部位（不感興趣的區域），則能允許較大失真的存在。

4 結語

一直以來有大量的科技工作者從事數字遙感影像構像質量評價方法的研究工作，但是都是概略的、不系統的，尤其是對于影像構像質量評價方法的合理性和科學性沒有做分析探討，本論文結合數字遙感影像的構像方法，對成像質量評價方法進行了分析研究，給出了一些合理評價成像質量的方法和建議。

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