基于Photoshop的遙感影像融合

石毅，田芳蓮，孫紅慶，王曉飛

（青海省核工業地質局，西寧 810000）

0 引言

隨著遙感技術的快速發展，光學、熱紅外和微波等各類衛星傳感器為地面發送了同一地區的多空間分辨率、多光譜分辨率、多時相分辨率的海量影像資料。如何將這些海量數據盡可能地作為一個整體來綜合利用，從而充分、有效地運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據融合技術來解決。

影像融合是個較為復雜的數學算法，要借助于專門的遙感圖像處理軟件才能實現，比如：ERDAS IMAGINE、PCI、Envi 等，這些專業軟件功能強大、地學應用廣泛，難于學習和掌握。在這里我就Adobe 公司的Photoshop 軟件進行遙感圖像融合的原理、方法與應用展開討論。

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，為了專業研究的需要，人們又設計了另外一個非常有用的色彩模式—HIS 色彩模式，這種設計反映了人觀察彩色的方式，同時也有利于圖像處理。

在HIS中，亮度I 表示顏色的整體強度，而不管它的顏色是什么。一般用R、G、B 三個灰度的平均數值來表示顏色的亮度值，因此通過平均RGB 分量將彩色圖像轉化為灰度圖像，其實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，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，表現為兩個方面：①、它有效地把一幅彩色影像的紅（R）、綠（G）、藍（B）三個分量變換成H、I、S 三個分量，即空間信息的強度分量、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算機圖像處理的有關參考資料，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 是國際上使用最為廣泛的圖像處理軟件，在平面藝術設計、多媒體應用、出版等許多行業都有卓越的表現。它提供了相當多的圖像處理工具，使得人們能充分發揮自己的想象能力來實現各種處理效果。

在Photoshop中，運用層的概念來組織一個文件中的若干圖像，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行混合，從而創建各種特殊效果。Photoshop 共提供了22種混合方法，其中“顏色”和“亮度”就可以實現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 已經校準，并經過重新采樣。

1.3.2 將M 和PAN 放到同一個圖像窗口中，調整位置使得同名像素嚴格對齊。

1.3.3 如果M 在上面圖層，則將M的混合選項設置為“顏色”，如果PAN 在上面圖層，則將PAN的混合選項設置為“亮度”，這時就得到了影像融合的效果。

這里，混合選項設置為“顏色”，則表示用基色PAN的亮度以及混合色M的色相和飽和度創建結果色，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；混合選項設置為“亮度”，則表示使用基色M的色相和飽和度以及混合色PAN的亮度創建結果色。這兩個原理完全符合HIS 變換的融合方法，因此都能達到好的融合效果。

這里一個例子，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，色彩協調。

圖2 原始全色影像

圖3 原始多光譜影像

圖4 融合結果影像

2 結論

Photoshop 進行融合的主要優勢表現在：

2.1 Photoshop 是大眾化軟件，可以進行比較簡單的遙感影像處理，包括：影像鑲嵌、裁切、色彩增強、影像注記、格式轉換、調整大小、影像底圖成圖輸出等操作十分方便快捷，效果也相當不錯。

2.2 Photoshop 融合過程簡單實用，速度很快，而且可以充分利用軟件方便實用化的工具，實現其他操作，所有的操作過程能達到“所見即所得”；而其他大型遙感軟件，功能復雜，不易學用，HIS 融合技術的過程比較麻煩，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齊，然后進行融合。

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，因此可以對融合后的結果重新進行調整，達到滿意的效果以后再進行圖層合并，用于它用。Photoshop 圖像處理工具相當強，能夠對影像進行各種色彩調整、影像濾波，其處理效果是其它軟件難于達到的。

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單應用，很多遙感數據復雜處理和專業應用都無法實現，只用一種較為實用的融合方法。Photoshop 不提供GEOTIFF 影像格式，無法在文件內加載大地信息和投影參數，必須借助于其它軟件才能彌補。

[1]韋玉春，湯國安，楊昕.遙感數字圖像處理教程[M]北京：科學出版社

[2]賈永紅.數字圖像處理[M]武昌：武漢大學出版社

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