專利名稱：用于遙感圖像色彩調(diào)整的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于遙感圖像色彩調(diào)整的處理方法，具體說，是以航天、航空遙感圖像作為主要信息源，調(diào)整常規(guī)假彩色合成中圖像色彩失真的處理方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，一般都有相應(yīng)的色彩調(diào)整模塊，這些模塊都是依據(jù)圖像統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行的。調(diào)整的結(jié)果是在多數(shù)情況下，當(dāng)調(diào)整好一種地物的色彩之后，又帶來了其它地物的變色變化，很難達(dá)到預(yù)期的要求；尤其是通常采用的模擬彩色的圖像中，雖然人工地物接近真彩色，但是植物卻呈現(xiàn)深灰綠色；如果把植被調(diào)整為綠色時(shí)，則道路就失去本色，所以很難達(dá)到理想效果。特別在使用多景圖像制作鑲嵌圖時(shí)，要把不同季節(jié)的圖像色彩調(diào)整一致，并且保持各類地物本色幾乎不可能。
技術(shù)方案本發(fā)明就是為了解決上述問題而提出的，本發(fā)明的目的在于提供一種完整有效的、符合各類假彩色合成需要的用于遙感圖像色彩調(diào)整的處理方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為用于遙感圖像色彩調(diào)整的處理方法，其特殊之處在于所述的方法包括以下步驟(1)、對需要調(diào)整的圖像進(jìn)行融合和假彩色合成處理；(2)、通過光譜分析技術(shù)，分析高分辨率遙感圖像上主要地物的波譜屬性；(3)、根據(jù)用戶需要，確定色彩調(diào)整的對象；(4)、確定調(diào)整對象與其它近似地物之間的光譜反射率的差別，建立判別模型；(5)、利用判別模型，在軟件平臺上編制程序，對圖像進(jìn)行色彩調(diào)整處理；(6)、如果色彩調(diào)整效果欠佳，則返回步驟(4)，調(diào)整判別模型和調(diào)整參數(shù)；(7)、當(dāng)達(dá)到色彩調(diào)整效果時(shí)，輸出色彩調(diào)整后的圖像。
上述的方法步驟(2)中的分析高分辨率遙感圖像上主要地物的波譜屬性，主要地物包括火燒地、植被、水體、裸地。
上述的方法步驟(3)中的用戶需要，確定色彩調(diào)整的對象，包括火燒地、植被、水體、裸地。
上述的色彩調(diào)整的對象為火燒地時(shí)，分析確定調(diào)整火燒土與其它易混地物如陰影、灰黑色建筑物之間的光譜反射率的差別，建立判別模型。
上述的色彩調(diào)整的對象為植被時(shí)，分析確定調(diào)整植被與其它易混地物之間的光譜反射率的差別，建立判別模型。
上述的色彩調(diào)整的對象為水體時(shí)，分析確定調(diào)整水體與其它易混地物之間的光譜反射率的差別，建立判別模型。
上述的色彩調(diào)整的對象為裸地時(shí)，分析確定調(diào)整裸地與其它易混地物之間的光譜反射率的差別，建立判別模型。
上述方法中利用判別模型，在IDL軟件平臺上編制程序，對圖像進(jìn)行色彩調(diào)整處理。
上述方法中將火燒地的灰黑色調(diào)整為暗綠色，植被的灰綠色調(diào)整為亮綠色；水體的灰黑色調(diào)整為深蘭色；裸地的灰色調(diào)整為黃綠色；如果效果欠佳，則返回步驟(4)，調(diào)整判別模型和調(diào)整參數(shù)。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)如下本發(fā)明突破常規(guī)的思維，實(shí)現(xiàn)針對面向?qū)ο蟮纳收{(diào)整。在模仿真彩色合成圖像時(shí)，可以隨意調(diào)整主色調(diào)如植物、水體、裸地等，改善視覺效果，達(dá)到亂真的目的，同時(shí)保證其它地物的色彩不變。
本發(fā)明的基本思路是研究各類地物的色彩特征和相應(yīng)波段的象元值，也就是研究圖像上地物的光譜特征，尋找各類主要地物在光譜特征上的差異；然后量化和比較特征差異，用邏輯表達(dá)式描述這種差異，建立相互關(guān)系數(shù)學(xué)模型。通過設(shè)計(jì)靈活的用戶界面，輸入這些模型，用于自動識別需要調(diào)整目標(biāo)。最后根據(jù)彩色原理，調(diào)整目標(biāo)象元的相應(yīng)數(shù)值，重點(diǎn)調(diào)整水體、植被等。達(dá)到改變視覺效果的目的，使得合成圖像逼近自然色彩。


圖1為本發(fā)明調(diào)整遙感圖像色彩的流程原理圖；圖2為火燒地的色彩調(diào)整的具體流程圖；圖3為寶雞快鳥圖像上幾類主要深色地物的亮度統(tǒng)計(jì)曲線圖；
具體實(shí)施例方式參見圖1、本發(fā)明的具體方法是在長期對遙感圖像的彩色合成原理、光譜反射率與色彩之間的對應(yīng)關(guān)系深入研究的基礎(chǔ)上，吸收面向?qū)ο蟮姆诸愖R別方法，研發(fā)而成的。
本發(fā)明的基本思路是研究各類地物的色彩特征和相應(yīng)波段的象元值，也就是研究圖像上地物的光譜特征，尋找各類主要地物在光譜特征上的差異。然后量化和比較特征差異，用邏輯表達(dá)式描述這種差異；建立相互關(guān)系數(shù)學(xué)模型。通過設(shè)計(jì)靈活的用戶界面，輸入這些模型，用于自動識別需要調(diào)整目標(biāo)。最后根據(jù)彩色原理，調(diào)整目標(biāo)象元的相應(yīng)數(shù)值，重點(diǎn)調(diào)整水體、植被等，從而達(dá)到改變視覺效果的目的，使得合成圖像逼近自然色彩。
通常情況下，遙感傳感器能夠分別感受可見光中的紅、綠、蘭光波段的亮度信息，產(chǎn)生對應(yīng)紅、綠、蘭三個(gè)單波段圖像，如果利用該三個(gè)波段作假彩色合成，基本能夠重現(xiàn)自然界中大多數(shù)的地物的天然色彩。比較反常的是，綠色植物中葉綠素在綠光波段強(qiáng)烈吸收，反射率很低，所以在模擬合成圖像上，綠色植物的呈現(xiàn)暗灰綠色，遠(yuǎn)離了綠色植物的本色。如果利用常規(guī)的圖像色彩增強(qiáng)方法，去調(diào)整綠色植物的色彩，就不能達(dá)到效果。但是植物有其特征的光譜屬性，即在近紅外波段強(qiáng)反射、紅光波段強(qiáng)吸收、在綠光波段弱反射、在蘭光波段也是強(qiáng)吸收，并且強(qiáng)弱之間的差別巨大，為判別綠色植物提供了理想的判別參數(shù)。
對于火燒地，水體，裸地等主要地物的也通過其與容易混淆的地物之間的差別，確定其特征的光譜屬性，從而建立判別參數(shù)和判別模型。
參見圖1、圖2、圖3、本發(fā)明用于遙感圖像色彩調(diào)整的處理方法，其包括以下步驟(1)、對需要特征的圖像進(jìn)行融合和假彩色合成處理；(2)、通過光譜分析技術(shù)，分析高分辨率遙感圖像上主要地物的波譜屬性；(3)、根據(jù)用戶需要，確定色彩調(diào)整的對象；其調(diào)整的對象包括火燒地、植被、水體、裸地；可根據(jù)用戶的需要，進(jìn)行調(diào)整；如確定調(diào)整的對象為火燒地時(shí)，用戶需要將灰黑色調(diào)整為暗綠色；如確定調(diào)整的對象為植被時(shí)，用戶需要將灰綠色調(diào)整為亮綠色；如確定調(diào)整的對象為水體時(shí)，用戶需要將灰黑色調(diào)整為深蘭色；如確定調(diào)整的對象為裸地時(shí)，用戶需要將灰色調(diào)整為黃綠色；當(dāng)然也可以根據(jù)用戶的不同需要，將其調(diào)整為不同的色彩。
(4)、確定調(diào)整對象與其它近似地物之間的光譜反射率的差別，建立判別模型；(5)、利用判別模型，在軟件平臺上編制程序，對圖像進(jìn)行色彩調(diào)整處理；(6)、如果色彩調(diào)整效果欠佳，則返回步驟(4)，調(diào)整判別模型和調(diào)整參數(shù)；(7)、當(dāng)達(dá)到色彩調(diào)整效果時(shí)，輸出色彩調(diào)整后的圖像。
參見圖2、圖3、為火燒地的色彩調(diào)整的具體實(shí)施例流程；因?yàn)椴煌竟?jié)的圖像中，如5月初麥田全為綠色覆蓋，6月中旬麥?zhǔn)蘸?，農(nóng)民焚燒麥秸，農(nóng)田成為焦土，此時(shí)的圖像上為大片灰黑色調(diào)，多數(shù)的用戶希望把焦土調(diào)成綠色，其具體的步驟如下(1)、對需要特征的圖像進(jìn)行融合和假彩色合成處理；(2)、通過光譜分析技術(shù)，分析高分辨率遙感圖像上主要地物的波譜屬性；(3)、根據(jù)用戶需要，確定色彩調(diào)整的對象；(4)、確定調(diào)整對象與其它近似地物之間的光譜反射率的差別，建立判別模型；參見圖3、其為寶雞快鳥圖像上幾類主要深色地物的亮度統(tǒng)計(jì)曲線圖；火燒地在各個(gè)波段的總體亮度介于陰影和灰黑色建筑物之間，圖中展示了陰影、火燒地、灰黑色建筑物的光譜曲線，所以調(diào)整火燒地的關(guān)鍵是如何識別火燒地，分析發(fā)現(xiàn)，火燒地的光譜特征顯著1)、在第三波段，火燒地的亮度值高于幾乎所有陰影的亮度值。
2)、在第四波段，雖然火燒地的亮度值與灰黑色建筑物的亮度值區(qū)間有重疊，但是對于每個(gè)象元而言，火燒地上第四波段與第三波段的亮度差值大于灰黑色建筑物的相應(yīng)差值。
3)、在第一波段，火燒地的亮度值明顯小于灰黑色建筑物的亮度值。
(5)、利用判別模型，在軟件平臺上編制程序，對圖像進(jìn)行色彩調(diào)整處理；以寶雞中間幅Quickbird圖像為例，火燒土的調(diào)整方法如下其采用計(jì)算機(jī)語言編程如下以b1，b2，b3，b4分別代表第1、2、3、4波段的像元值，kk4、k4、k5、k6、k7、k8為系數(shù)。
dt4＝abs(b2-b3)；計(jì)算第二波段與第三波段之間的差值。
if(b1＞minb1 and b1＜maxb1；minb1和maxb1代表第一波段火燒土亮度值上、下限。
and b2＞minb2 and b2＜maxb2；minb2和maxb2為火燒土第二波段的統(tǒng)計(jì)上下限。
and b4＞(b2-dt4*2.0/3.0)；第四波段亮度值基本位于第二、三波段之間偏上。
and b4＜(b2+dt4)；規(guī)定第4波段的上限位于特定值之間。
and b3＜meanb2)then begin；規(guī)定第三波段亮度值上限小于第二波段的均值亮度meanb2。
dt＝average(b1，b2，b3，b4)；求四個(gè)波段亮度均值。
kk4＝(0.0+b4-b3)/b3；用第四波段與第三波段的差值決定總的調(diào)整幅度。
if b4＜(b2-dt4/2.0)then k5＝(b2-dt4/2.0-b4)/dt4；限制紅外波段過低亮度值的象元參與調(diào)整。
if(b4＞(b2+dt4/2.0))then k6＝(b4-b2)/b4；限制紅外波段高亮度的象元參與調(diào)整。
if(b3＞meanb3+4stdb3)then k7＝(b3-meanb3-4stdb3)/(meanb3+4stdb3)；限制紅光波段的高亮度；meanb3+4stdb3相當(dāng)于第三波段的均值+標(biāo)準(zhǔn)差的4倍。
if(dt＞meanall+stdall)then k8＝(dt-meanall-stdall)/meanall；meanall為裸土的平均亮度；限制總體過亮的裸土區(qū)參與調(diào)整；并且實(shí)現(xiàn)逐步過渡，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，meanall火燒地的總體亮度的均值，stdall為火燒地總波段的標(biāo)準(zhǔn)差，所以對總體亮度超過meanall+stdall或低于meanall-stdall的象元實(shí)行有限調(diào)整，如果距離meanall的差距越大，調(diào)整的幅度越小，直至為0。
if(dt＜meanall-stdall)then k9＝(meanall-stdall-dt)/meanall；限制總體過暗的象元參與調(diào)整，如水體、陰影等；并且實(shí)現(xiàn)逐步過渡；if kk4＞0.2 then kk4＝0.2；限制整體調(diào)整幅度為原來的20％kk4＝kk4-k5-k6-k7-k8-k9；對上述各系數(shù)調(diào)節(jié)，當(dāng)某些系數(shù)超標(biāo)時(shí)，適當(dāng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)逐步過渡。
if kk4＜0.0 then kk4＝0.0；如果總系數(shù)出現(xiàn)負(fù)值，則表明不符條件，不要調(diào)整。調(diào)整公式綠光b2＝b2*(1.0+kk4*zb1
/100.0)；zb1
，zb[1]為人工調(diào)節(jié)參數(shù)。
紅光b3＝b3*(1.0+kk4*zb1[1]/100.0)該軟件程序適合于Quickbird、IKONOS、SPOT、ETM、TM等所有波長相近的多光譜遙感圖像的色彩調(diào)整。
(6)、如果色彩調(diào)整效果欠佳，則返回步驟(4)，調(diào)整判別模塊和調(diào)整參數(shù)；根據(jù)上述3點(diǎn)，基本可以識別出火燒地。但是在實(shí)現(xiàn)過程中，還會出現(xiàn)一些誤判現(xiàn)象，在調(diào)整結(jié)果圖像上，會出現(xiàn)不協(xié)調(diào)的色塊，所以如何設(shè)置閾值，達(dá)到準(zhǔn)確的判斷，需要仔細(xì)分析和試驗(yàn)。例如在火燒地的邊緣上必然有混合象元，在色調(diào)上出現(xiàn)過渡色，如果利用某個(gè)閾值來劃分調(diào)整的邊界，那么在閾值之上的即被調(diào)整，閾值之下的不調(diào)整。本來色彩漸變的火燒土邊界上，會出現(xiàn)兩種不協(xié)調(diào)的色調(diào)，影像了視覺效果。所以當(dāng)被調(diào)整的象元值靠近閾值時(shí)，需要降低調(diào)整幅度，即越靠近閾值，調(diào)整幅度越小，這樣就達(dá)到漸變的效果。
(7)、當(dāng)達(dá)到色彩調(diào)整效果時(shí)，輸出色彩調(diào)整后的圖像。
本發(fā)明突破常規(guī)的思維，實(shí)現(xiàn)針對目標(biāo)對象的色彩調(diào)整。在模仿真彩色合成圖像時(shí)，根據(jù)用戶需要調(diào)整植物、水體、土壤等主色調(diào)，改善視覺效果，達(dá)到亂真的目的。同時(shí)保證其它地物的色彩不變。
在制作陜西寶雞市、寧夏汝箕溝、甘肅酒泉市等地Quickbird影像圖中，分別把不同季節(jié)的火燒麥茬地、冬季的山區(qū)和城市林地調(diào)整成用戶喜歡的綠色，把污染的灰色水體調(diào)整成藍(lán)色，其它地物保持本色，其深受好評。
權(quán)利要求
1.用于遙感圖像色彩調(diào)整的處理方法，其特征在于所述的方法包括以下步驟(1)、對需要調(diào)整的圖像進(jìn)行融合和假彩色合成處理；(2)、通過光譜分析技術(shù)，分析高分辨率遙感圖像上主要地物的波譜屬性；(3)、根據(jù)用戶需要，確定色彩調(diào)整的對象；(4)、確定調(diào)整對象與其它近似地物之間的光譜反射率的差別，建立判別模型；(5)、利用判別模型，在軟件平臺上編制程序，對圖像進(jìn)行色彩調(diào)整處理；(6)、如果色彩調(diào)整效果欠佳，則返回步驟(4)，調(diào)整判別模型和調(diào)整參數(shù)；(7)、當(dāng)達(dá)到色彩調(diào)整效果時(shí)，輸出色彩調(diào)整后的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于遙感圖像色彩調(diào)整的處理方法，其特征在于所述的方法步驟(2)中的分析高分辨率遙感圖像上主要地物的波譜屬性，主要地物包括火燒地、植被、水體、裸地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于遙感圖像色彩調(diào)整的處理方法，其特征在于所述的方法步驟(3)中的用戶需要，確定色彩調(diào)整的對象，包括火燒地、植被、水體、裸地。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于遙感圖像色彩調(diào)整的處理方法，其特征在于所述的色彩調(diào)整的對象為火燒地時(shí)，分析確定調(diào)整火燒土與其它易混地物如陰影、灰黑色建筑物之間的光譜反射率的差別，建立判別模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于遙感圖像色彩調(diào)整的處理方法，其特征在于所述的色彩調(diào)整的對象為植被時(shí)，分析確定調(diào)整植被與其它易混地物之間的光譜反射率的差別，建立判別模型。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于遙感圖像色彩調(diào)整的處理方法，其特征在于所述的色彩調(diào)整的對象為水體時(shí)，分析確定調(diào)整水體與其它易混地物之間的光譜反射率的差別，建立判別模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于遙感圖像色彩調(diào)整的處理方法，其特征在于所述的色彩調(diào)整的對象為裸地時(shí)，分析確定調(diào)整裸地與其它易混地物之間的光譜反射率的差別，建立判別模型。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6或7所述的用于遙感圖像色彩調(diào)整的處理方法，其特征在于利用判別模塊，在IDL軟件平臺上編制程序，對圖像進(jìn)行色彩調(diào)整處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6或7所述的用于遙感圖像色彩調(diào)整的處理方法，其特征在于判斷是否根據(jù)需要，將火燒地的灰黑色調(diào)整為暗綠色，植被的灰綠色調(diào)整為亮綠色；水體的灰黑色調(diào)整為深蘭色；裸地的灰色調(diào)整為黃綠色；如果效果欠佳，則返回步驟(4)，調(diào)整判別模型和調(diào)整參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以航天、航空遙感圖像作為主要信息源，調(diào)整常規(guī)假彩色合成中圖像色彩失真的處理方法。在現(xiàn)有技術(shù)中，一般都有相應(yīng)的色彩調(diào)整模塊，這些模塊都是依據(jù)圖像統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行的，在使用多景圖像制作鑲嵌圖時(shí)，要把不同季節(jié)的圖像色彩調(diào)整一致，并且保持各類地物本色幾乎不可能。本發(fā)明的是研究圖像上地物的光譜特征，尋找各類主要地物在光譜特征上的差異；然后量化和比較特征差異，用邏輯表達(dá)式描述這種差異，建立相互關(guān)系數(shù)學(xué)模型，通過輸入這些模型，用于自動識別需要調(diào)整目標(biāo)，根據(jù)彩色原理，調(diào)整目標(biāo)象元的相應(yīng)數(shù)值，重點(diǎn)調(diào)整水體、植被等，達(dá)到改變視覺效果，達(dá)到亂真的目的，同時(shí)保證其它地物的色彩不變，使得合成圖像逼近自然色彩。
文檔編號G01N21/25GK1831868SQ20051004178
公開日2006年9月13日 申請日期2005年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月10日
發(fā)明者萬余慶, 王政偉, 劉俊蓉 申請人:中國煤炭地質(zhì)總局航測遙感局