基于spo和arcgis的衛(wèi)星影像光譜增強

在生產(chǎn)不同比例的真彩色條紋圖像時，利用tm和alos等衛(wèi)星數(shù)據(jù)對不同比例的真彩色進行了建模，并譜擴展是許多環(huán)節(jié)中的一個漸進步驟。如何獲取“讓需求者滿意”的影像底圖成為此階段的“瓶頸”。使用PHOTOSHOP軟件進行光譜增強可以靈活的進行單通道、混合通道增強或者抑制,進行某一特定顏色的增益或者削減,能夠方便快捷的完成對地理空間不同地貌、地物的準確表達。因此,探討使用PHOTOSHOP進行衛(wèi)星影像光譜增強的一般方法十分必要。1影像信息光譜增強和模擬解譯遙感的成像過程是將地物的電磁波輻射特性或者地物波譜特性用不同的成像方式生成各種影像,衛(wèi)星影像圖的制作則是通過影像空間模擬地理空間的過程。這一過程通常包括:①影像獲取。②原始影像空間域處理(如地理糾正、正射糾正等)③影像初步解譯。山區(qū)、平原,干旱地區(qū)、潮濕地區(qū),甚至同一地區(qū)不同季節(jié)的地表對不同顏色光的反射能力不同,體現(xiàn)在同一傳感器對不同地區(qū)的表達千差萬別,同一地區(qū)不同傳感器獲取的影像截然不同。④影像信息光譜增強。⑤制作各種用途的衛(wèi)星影像圖或?qū)ｎ}地圖(使用不同的制圖語言進行各種要素的表達)。⑥模擬輸出。衛(wèi)星影像解譯是制圖過程中的一個關(guān)鍵步驟(需要說明的是:影像解譯是一個龐雜的系統(tǒng)工程,它能達到的目的也遠不止是制圖),光譜增強僅僅是影像解譯的一種手段。在實際生產(chǎn)過程中,衛(wèi)星影像的空間域處理一般可由ERDAS、ARCGIS、MAPINFO、ImageStation等軟件單獨或協(xié)同完成;而影像的光譜域增強則可以通過多種途徑完成。使用ERDAS、ARCGIS等地理信息軟件進行光譜增強的優(yōu)勢在于影像間的鑲嵌方便而快捷,而且地理信息軟件制圖符號庫能滿足不同行業(yè)制圖的需要。但在真彩色影像圖底圖的生產(chǎn)過程當中,這些軟件對于色彩的細微處理和影像局部的特殊要求(如去除影像上的霧霾)卻往往不能得心應(yīng)手。本文探討使用PHOTOSHOP進行影像光譜增強的一般方法,并且尋求這一方法的普遍性和通用性。2衛(wèi)星影像的獲取制作不同用途的衛(wèi)星影像通常采用不同分辨率的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。例如:制圖比例尺小于1∶25萬,一般采用landsatTM-30m,或者ETM-30m的衛(wèi)星數(shù)據(jù);制圖比例尺1∶10萬,一般采用10m分辨率的衛(wèi)星數(shù)據(jù);制圖比例尺大于等于1∶5萬,一般采用5m和2.5m或者更高分辨率的衛(wèi)星數(shù)據(jù)。獲取真彩色或者接近真彩色的衛(wèi)星影像是真彩色衛(wèi)星影像制圖的先決條件。在LandsatTM影像上,CH3(紅外波段)對地表水體中沙的含量反映敏感,CH4(近紅外波段)對植被反射強烈,CH7(中紅外波段)對裸地、居民地有較好的反射,因此分別將7、4、3波段定義為R、G、B;在SPOT影像上RGB采用4、1、2波段(或者2、1、3波段);在ALOS影像上RGB采用3、4、1波段(或者3、2、1波段)。如表1所示。找到恰當?shù)牟ǘ魏蠹纯稍贓RDAS中將IMG格式的影像輸出為TIFF文件,為后續(xù)操作提供原始資料。為不損失影像原始信息,輸出時一般不進行灰度拉伸,如圖1所示。3對不同衛(wèi)星屬性的數(shù)據(jù)譜增強的一般方法在影像解譯過程中,不同衛(wèi)星數(shù)據(jù)、不同分辨率、不同地區(qū)、不同季節(jié)所采用的方法是不同的,但是在解譯初期,我們的工作是真彩色光譜增強,這就無外乎是對于三個顏色通道的操作,即R、G、B(紅、綠、藍)三通道。在PHOTOSHOP中對顏色的區(qū)分更加細微,例如在“選取顏色”命令中就將顏色分為“紅、黃、綠、青、藍、洋紅、白、中性色、黑”9種色彩。因而尋找一種對不同衛(wèi)星數(shù)據(jù)光譜增強的一般方法是可能的。研究發(fā)現(xiàn),這一方法遵循:整體—局部—整體的規(guī)律。下面是基于不同衛(wèi)星影像采用不同方法歸納所得的一般規(guī)律。3.1紅通道“強”字影像輸出時未進行灰度拉伸,其整體亮度往往不適當。對影像整體感觀進行目視解譯,例如高山地有植被覆蓋的,其真彩色應(yīng)為綠色,而當前影像的綠色可能被壓抑而顯出紅色、洋紅色過飽和狀態(tài),此時需對影像綠通道進行“增強”(在曲線調(diào)整命令中進行),對紅通道進行壓抑。而如果影像整體感觀藍色成分過分突出,則需在曲線命令中對藍通道進行調(diào)節(jié)。如果影像過暗,第一步驟有時需重復(fù)進行。3.2居民場地的色彩調(diào)節(jié)在此階段洋紅色和綠色往往過于飽和。這個過程往往要經(jīng)過多次細微調(diào)試方可達到理想目的。應(yīng)遵循“使用最少步驟得到最佳效果”的原則,盡量在同一步驟內(nèi)完成盡量多的調(diào)整。例如:可以在同一個“可選顏色”圖層蒙板中進行對洋紅、綠、黃等顏色的調(diào)整。我們發(fā)現(xiàn),使用“可選顏色”對于綠色、黃色的調(diào)節(jié)是形成影像最終風格的重要環(huán)節(jié),因為綠色和黃色是構(gòu)成影像信息中“植被”和“裸露地表”的主要色系,其次就是紅色和洋紅色,它們將決定居民地的整體感觀。在對居民地進行調(diào)節(jié)時,要在第二步驟初期進行,而不要等到紅色和洋紅色在其他操作中已經(jīng)部分或者完全損失后再進行調(diào)節(jié)。圖2是經(jīng)過兩次“曲線”、“選取顏色”調(diào)節(jié)后的影像。3.3地表、巖石特征的定量分析在此階段開始以前對影像基本色調(diào)的調(diào)節(jié)已經(jīng)完成,此時的調(diào)節(jié)將是十分細微的。例如植被、裸露地表、居民地分別體現(xiàn)為:綠色、淡黃褐色、或者淡灰褐色、灰白色、棕褐色偏洋紅色或者灰黑色(對于高分辨率影像則顯示居民地屋頂、街道等的真實顏色)。我們討論的衛(wèi)星影像不用作地質(zhì)判釋,故不對地表土壤、巖石所表現(xiàn)出的光譜特征進行詳細的量化分析,而只做大致的定性分析。山峰、高大建筑物的陰影與水體的區(qū)分情況較為復(fù)雜(對于高分辨率影像來說)。在對LandsatTM30影像(采用RGB-7、4、3順序輸出真彩色影像)的解譯過程中,大多數(shù)時候其CH3(紅外波段)對水體的表達較為準確,在第三步驟中如果水體的信息損失較少,應(yīng)該盡可能單獨對水體色彩進行調(diào)節(jié)(如圖3),或者在曲線調(diào)節(jié)后即對其進行水體的調(diào)整,避免后續(xù)操作造成CH3部分信息損失。而ALOS10、SPOT10多光譜影像情況則不同。在解譯初期,對水體和圖像陰影信息就難以區(qū)分(如圖4左),且后期對B通道又進行了不同途徑的壓抑,此時的水體顏色已經(jīng)演變成藍黑色或者黑色甚至紅褐色,它們與山峰以及其高屋建筑物的陰影更加難以區(qū)分(如圖4右)。限于篇幅,對水體的提取將在后續(xù)論文進行論述。3.4影像局部染色由于自然條件和傳感器自身的問題(如影像獲取時天空中有霧霾甚至云)使影像上出現(xiàn)異常斑塊,或者影像生產(chǎn)過程中的人為因素使得影像局部亮度或飽和不適當(類似于拍照過程中光圈或者快門使用不恰當)。對于霧霾類問題,應(yīng)盡量去除,而對于影像中面積較大的云,應(yīng)盡量使用相鄰影像遮蓋,如無法遮蓋的則應(yīng)搜集該區(qū)域其他衛(wèi)星的相近分辨率影像進行遮蓋。去除霧霾方法同(1)、(2)步驟。3.5設(shè)計類屬性用途不同的真彩色影像對于其對比度、亮度、色相都有不同的要求。例如用作鐵路方案競選帶狀圖底圖要求整體色彩較淡以突出線路諸要素;用作城市規(guī)劃或者災(zāi)害評價掛圖底圖要求居民地或者植被等個別地表要素突出,其他要素淡化;用作環(huán)境評價則應(yīng)對植被敏感波段(TM影像的CH4,近紅外波段)或者綠通道進行詳細調(diào)節(jié)以區(qū)分各種植被。4多光譜影像的分類筆者在項目作業(yè)過程中積累了不同地區(qū)、不同季節(jié)、不同衛(wèi)星獲取影像的調(diào)色蒙板,在對其進行歸類整理過程中發(fā)現(xiàn):不同地區(qū)、同一季節(jié)的同一衛(wèi)星數(shù)據(jù)初步解譯是有一定規(guī)律可循的,如表2所示(以華北地區(qū)LandsatTM30、SPOT10、ALOS10多光譜影像為例)。上表給出了不同季節(jié)的3種衛(wèi)星影像光譜增強時采用的色彩蒙板歸類。在同一類別中不同月份采用同一蒙板影像觀感會略有差別,但色調(diào)基本一致,可以通過較簡單的步驟實現(xiàn)多幅影像鑲嵌。其中LandsatTM30影像采用7、4、3波段對于同一季節(jié)的水系密集地區(qū)與干旱地區(qū)的表達差異較大,應(yīng)加以區(qū)分。由此可見,通過保存影像調(diào)節(jié)“通用蒙板”可以方便快捷地實現(xiàn)大面積衛(wèi)星影像快速初步解譯。5大面積衛(wèi)星影像