Photoshop在遙感影像處理中的應用探究

豆蘭欣

中色藍圖科技股份有限公司 北京 101304

引言

隨著衛星遙感技術的不斷發展，遙感影像分辨率越來越高，其在國土調查、自然資源勘測、交通出行等方面應用越來越廣泛。遙感影像成像環境復雜。受傳感器、大氣層、地形地貌等條件影響，原始影像需要經過圖像校正、影像融合、鑲嵌拼接、色彩調整等處理，才能被人們所使用。ERDASIMAGINE、ENVI、PCI等專業遙感影像處理軟件，功能強大、地學應用廣泛，但有些影像處理效果也不盡人意。

Photoshop作為一款強大的圖像、圖片處理專業平臺，圖像處理工具齊全，操作簡單，工作效率高，圖像處理效果好，而且借助于REEBOTOO等中間插件可以有效解決其在處理遙感影像的局限性，具有很高的性價比，因此，深受遙感技術人員所推崇[1]。本文介紹了Photoshop遙感影像色彩處理功能，并結合工作經驗提出一些遙感影像處理方法。

1 遙感圖像的色彩調整

1.1 色彩處理本質

影像色彩處理過程其實是一次HIS變換的正變化（由RGB到HIS）和HIS變換的逆變化（由HIS到RGB）全過程。簡單公式表示如下：

設F（R0,G0,B0）為影像調色前各點色值函數，M為i·j矩陣，圖像大小為i·j矩陣像素，F（R,G,B）為影像調色后各點色值函數。

在調色過程中M（i·j）因各種調色工具不同以及處理程度的不同，其取值千差萬別。如色階、曲線、亮度對比度、色相飽和度等調整工具均以HIS變換為基礎，以M（i·j）為變換參數進行影像調整，其視覺結果為RGB值的直接變化[2]。

1.2 色階工具

色階工具是通過通道和直方圖對影像的對比度、明暗度、色彩等內容進行調整。當影像質量較好時，影像直方圖呈正態分布，影像色彩豐富、明暗細節明顯，亮部和暗部無像素溢出，否則需要對影像色階進行調整。直方圖是通過調整影像暗部、灰部和亮部，以達到擴大影像動態范圍，使影像色彩增強的效果。影像調色需要對紅、綠、藍三通道分別進行拉伸，以提高影像對比度，使影像更生動。在用色階調整影像時，直方圖要拉伸適度，以免造成影像細節丟失。

1.3 曲線工具

曲線調整是一種更精細、更準確的圖像調整工具，一般用于影像色調較暗情況。通過調整曲線，我們可以真實、清晰的看到全圖情況。它與色階工具相同，其實質是利用直方圖均衡對圖像所有灰度值范圍進行非線性拉伸以便達到圖像特定局部或全部輻射增強的一種方法。在曲線調整時，將曲線拖動成S形，可以對RGB總通道以及R、G、B單個通道添加多個調節點來綜合調整影像色彩、去除薄云薄霧等[3]。

1.4 色彩平衡

色彩平衡在影像色彩調整時，一般用于改變色相，即影像顏色調整。用色彩平衡對影像暗調、中間調和高光區的色彩分別進行調整，可以有效調整圖像的偏色情況。如在某一地類較多情況下，影像整體顏色可能出現偏差，用色彩平衡工具，根據顏色互補原理，增加互補色，能有效調整影像顏色，使其更趨于自然真彩色。

1.5 亮度/對比度工具

亮度/對比度界面直觀，操作簡便，常用于調整圖像明暗度、對比度，對影像色調的調整非常有限。亮度/對比度在操作時亮部和暗部都是按等比調整的，比如提高暗部亮度亮部也跟著增加，應注意高光細節不要丟失。在影像有薄云薄霧時，可以通過降低亮度，提高對比度的方法有效的改變影像質量。

1.6 色相/飽和度工具

色相/飽和度可以調整圖像中特定顏色范圍的色相、飽和度和明度，或者同時調整圖像中的所有顏色。此工具對顏色調節功能較強，但我們只用來對影像顏色進行微調整，使其更接近真彩色或減小拼接色差。例如不同數據源影像植被顏色略有差異，可以用色相/飽和度工具調整影像綠色的飽和度，減小色彩差異，達到平滑過渡。

2 調整圖層在調色中的應用

Photoshop作為一款專業的圖像、圖片處理軟件，其調色功能可謂非常強大。通常我們在用Photoshop對遙感影像進行調色時，會從軟件頂部“菜單欄”進去。這樣在遙感影像色彩處理時會遇到一些問題，主要表現在以下幾方面：

①當影像過大時，調色速度也會隨之減慢，每對影像進行一項操作，都需要等待很長時間；②在調色過程中，不能對影像放大和縮小來查看影像局部或整體效果；③Photoshop默認保存記錄只有20步，常規遙感影像調色，需要修改原來參數時，必須刪除已做步驟重新調色，工作效率低而且煩瑣。

基于以上問題，在實際工作中我們采取借用調整圖層調色的方法。調整圖層是從圖層面板下端的半月按鈕創建，這里面包含圖像調整的所有功能（見圖1）。

圖1 調整圖層

用調整圖層調色時，直接點【創建】，是對調整圖層以下所有圖層調色；新建調整圖層時按【Alt】，選擇【只對前一圖層創建蒙版】，則只針對最前一圖層有效；已經創建好的調整圖層可以按住【Alt】+【左鍵】移動到圖層和蒙版中間，來切換這兩種狀態。

用調整圖層相當于建了一個調色蒙版，可以對圖像進行改變，但圖形本身的像素值沒有改變，操作起來速度較快。而且在調色過程中，可以對影像進行放大或縮小，進而查看局部和整體效果。雙擊調色圖層，還可以對原來的參數進行修改，不受步數限制，也不受步驟限制。借用調整圖層不僅能提高影像調色質量，還大大提高了工作效率。

3 遙感影像鑲嵌縫隙處理

影像鑲嵌通常選取河流、道路等線狀地物，防止出現地物錯位。消除影像間的漏洞、接邊痕跡等現象，才能實現影像間的無縫接邊[4]。在實際生產過程中，由于相鄰影像間灰度值的差別，不可避免會產生拼接縫。通常我們所采用的消除拼接縫隙的方法有：①先對單景影像調色，再用相關遙感軟件鑲嵌拼接，在鑲嵌操作時選取一定的羽化值。這種方法對單景影像調色要求較高，且不能準確調整鑲嵌線邊界附近影像色彩差異。②把待鑲嵌影像加載到Photoshop軟件中，在Photoshop中，用套索工具沿地物邊界選取待鑲嵌影像重疊部分，設置一定羽化值，將一景中的重疊部分刪除。這種方法對相鄰兩景影像的相對糾正精度要求較高，需滿足拼接線上影像之間相鄰地物完全對接。

對此提出一種借用高斯模糊工具消除拼接縫的方法。我們都知道色值是用數字表示，顏色的調整是由算法實現的。高斯模糊是用高斯函數即加權平均的方法，設定模糊半徑，計算像素點的像素值，從而達到消除色差的方法。

3.1 ERDAS鑲嵌

在ERDAS軟件中用Mosaic工具對影像進行手動鑲嵌，完成后保存鑲嵌線矢量。用保存好的鑲嵌線裁切所需影像范圍矢量文件（例如行政界線），保存為落圖文件。用AOI工具和保存的落圖文件把待調色影像按鑲嵌范圍單塊逐一輸出。

3.2 拼接縫隙的消除

將裁切好的影像加到Photoshop中，先添加一景影像，再用添加圖層工具把剩余影像全部添加到軟件中。借用調整圖層對每景影像快速調色。由于影像沿鑲嵌線裁切，在調色過程中，可以對鑲嵌線上下兩景影像之間的色彩差異進行局部調整。

用Photoshop插件中的【矢量選區】工具選擇鑲嵌線中一塊矢量，再用Photoshop菜單選項中的擴展、收縮、存儲選取、載入選取工具制作一個沿鑲嵌線外擴兩個像素的細長范圍，注意此范圍要全部在影像內部，在影像邊界處要向內收縮2～3個像素。選擇【高斯模糊】，此時需設一個半徑值。半徑值設置過大會造成影像模糊不清，半徑值設置過小則達不消除鑲嵌縫隙效果。經試驗，影像分辨率在5m以下時半徑值設置為0.5，分辨率在5m以上時半徑值設置為0.7效果最好。對于多景影像之間的鑲嵌，可以先在ArcGIS軟件中，用鑲嵌線文件將沿鑲嵌線外擴兩個像素的連續閉合矢量制作好，用此矢量可以同時處理所有影像間的拼接縫隙。拼接縫隙處理前、后效果如圖2所示。

圖2 拼接縫隙處理前、后效果

4 結束語

Photoshop的影像調色功能強大，借助調整圖層對遙感圖像進行色彩調整，可以在不改變后續操作的前提下對之前的操作進行修改，既能快速調色，又能達到理想色彩處理效果，大大提高了工作效率。

用ERDAS軟件裁切再用Photoshop軟件調色的方法，既能保證相鄰影像之間的接邊精度，又能精確地處理接邊處影像的色彩差異。

用Photoshop中的高斯模糊工具能快速消除相鄰影像之間的拼接縫隙。但此種方法會使影像接邊處產生一定的模糊，有待進一步改進。

隨著Photoshop軟件的不斷更新，其在遙感圖像處理中的應用越來越廣泛。本文所提出的影像處理功能，為其在今后遙感影像的處理方面提供了一定的參考經驗。