西部山区RapidEye图像去薄云方法研究

尹 峰，熊德科，谢 菲

(1.湖北省土地规划勘测院，武汉 430000;2.湖北省国土测绘院，武汉 430010)

西部山区RapidEye图像去薄云方法研究

尹 峰1，熊德科2，谢 菲2

(1.湖北省土地规划勘测院，武汉 430000;2.湖北省国土测绘院，武汉 430010)

针对我国西部山区RapidEye图像的去薄云问题，研究了在Photoshop软件环境下的两种方法:一种是直接用色阶调整功能分别对三波段图像进行调整;另一种是先进行波段替换(即用红外波段替换蓝光波段)，再分别对三波段图像进行色阶调整。经实践发现，去薄云处理后的图像与原图像相比，影像质量明显改善，实际生产效率提高。

RapidEye;波段;色阶

0 引言

四川、甘肃等西部山区是地震、滑坡、泥石流等地质灾害多发地带，属于我国地质灾害重点防治区域。根据全国土地管理“一张图”工程建设的需要，该地区的建设用地分布情况属于国家遥感监测范围。但由于西部山区地形复杂、常年多云，难以获取质量较好的遥感图像数据，云层覆盖作为干扰信息降低了遥感图像的整体质量，在一定程度上影响目视解译效果，增加了有用信息提取的难度。本文针对上述问题，根据对四川省芦山县典型区域RapidEye遥感数据的实验，提出了有效的消除薄云覆盖和波段选择等图像预处理方法［1］。

1 RapidEye卫星数据概况

RapidEye是由德国RapidEye AG公司运营并提供地理空间信息服务的高空间分辨率商业卫星星座［2］。RapidEye 卫星星座相关参数［3］见表 1。

表1 RapidEye卫星星座相关参数Tab.1 RapidEye constellation parameters

(续表)

2 实验数据

实验区位于四川盆地西缘的芦山县，属盆周山区县;北与汶川，东北与崇州、大邑，东南与邛崃，南与雨城区，西南与天全，西北与宝兴相连;地形以山地为主，具有城镇化程度低、建设用地分布零星等特点，为典型的西部不发达地区。实验所采用的3景RapidEye图像有一定重叠度并且覆盖全县，获取时间为2010年9—12月，部分区域有薄云，数据格式为GeoTiff格式。

3 数据预处理

3.1 波段选择

根据图像具体情况对图像进行了必要的预处理(如波段选择、亮度调整、对比度调整等)，以使其影像清晰易读，这是保证测图精度、提高解译质量、便于后期特征信息提取的前提条件［4］。

本实验区使用的实验数据为经过辐射校正和传感器校正的1B级基础产品。针对使用要求和RapidEye图像数据特点(5个波段采样间隔相同，无全色和多光谱融合情况)，通常无需配准即可直接进行彩色合成，基本无重影或错位现象(图1)。

图1 RapidEye彩色合成图像(红线范围内为有薄云区域)Fig.1 RapidEye color composite image(the red line outlined area is the thin cloudy region)

图1是采用 RapidEye卫星图像 B3(R)、B2(G)、B1(B)波段组合合成的模拟真彩色图像，在Photoshop中进行了图像增强处理，接近自然色，将为后续的解译工作带来更多的便利。

3.2 消除薄云覆盖干扰

本文采用了以下2种方法对有薄云的区域进行处理，以增强影像清晰度，提高影像质量。

3.2.1 方法一

利用Photoshop软件选择局部有薄云区域，通过调整影像色阶来拉伸直方图，从而增强对比度，保证色彩自然，使影像更加清晰［5］。其处理步骤包括:首先打开原始图像(图2);然后选择“图像—调整—色阶”功能(图3);再对每个单波段图像分别进行色阶调整(图4)，通过移动输入色阶两边小三角光标，把输入色阶范围缩小到直方图显示的集中区域内，输出色阶范围设为最大(0～255)，使影像色彩饱满，对比度高;最后，分别对3个波段调整中间的输入色阶小三角光标(图5)，使影像色彩更加自然［6］。

图2 打开原始图像Fig.2 Open original image

图3 选择图像—调整—色阶Fig.3 Select Image—Adjustment—Level

图4 单波段色阶调整Fig.4 Adjustment of single band levels

图5 三波段色阶调整Fig.5 Adjustment of three band levels

通过用方法一处理后的图像(图6)与原始图像(图1)的对比可以看出，处理后位于薄云区的影像保持色彩自然并与薄云外部区域过渡柔和，影像纹理清晰，更有利于目视解释。

图6 方法一处理后图像Fig.6 Processed image by method one

3.2.2 方法二

采用RapidEye卫星图像的红外波段或红边波段(长波穿透云雾能力较短波强)来全部或局部代替蓝光波段，通过Photoshop的“分离通道”和“合并通道”功能实现［7］。通过对蓝光波段(图7)和红外波段(图8)图像的对比可以看出，薄云对红外波段图像的影响较小。

图7 蓝光波段Fig.7 Blue band

图8 红外波段Fig.8 Infrared band

用红外波段替换蓝光波段后，影像的纹理更清晰，但色调不自然，对解译稍有影响(需要对地物的色调重新认识);但在纹理方面比替换前的蓝光波段图像更易解译。其处理步骤包括:首先打开原始图像，选择“通道窗口—分离通道”功能(图9);然后选择“通道窗口—合并通道”功能(图10)，通道已被分成5个文件窗口，选择“合并模式”为RGB(图11)，选择与RGB模式对应的波段为B3(红)—B2(绿)—B5(红外)(图12);最后，选择“图像—调整—色阶”功能，同方法(1)类似，调整影像色阶即可完成(图13)。

图9 选择通道窗口—分离通道Fig.9 Select Channel—Split Channel

图10 选择通道窗口—合并通道Fig.10 Select Channel—Merge Channel

图11 选择合并模式Fig.11 Select merge mode

图12 选择与RGB对应的波段Fig.12 Select the corresponding bands with RGB

图13 选择图像—调整—色阶Fig.13 Select Image—Adjustment—Level

通过用方法二处理后的图像(图14)与原始图像(图1)的对比可以看出，方法二处理后图像的纹理较方法一处理后图像(图6)的纹理更加清晰，但色调不自然，需对替换区地物的光谱特征进行重新识别分类。

4 结论

(1)在Photoshop软件环境下，用2种方法对实验区RapidEye图像进行了去薄云处理:①采用直接用色阶调整功能分别对三波段图像进行调整的方法处理后，位于薄云区的影像保持色调自然并与薄云外部区域过渡柔和，影像纹理清晰，更有利于目视解释;②采用红外波段替换蓝光波段的方法处理后，影像纹理较前一种方法更加清晰，但色调不自然，需对替换区地物的光谱特征进行重新识别分类。

(2)基于以上实验，芦山县有薄云的RapidEye图像经处理后，对线状地物和图斑的显示更加清晰，能够很好地应用于土地利用变更调查监测等工作，特别是在作业时间有限、卫星图像数据来源有限等不利条件下，可提高遥感图像的利用率和工作效率，节约数据采集成本，摆脱不良气候条件的约束。

(3)运用本文方法使芦山县3景图像中的有薄云区域经处理后的图像得到了有效增强，能够满足生产要求。此生产方法相对于使用专业遥感处理软件操作简单，易于理解，并能实时显示每一处理步骤的效果，可控性强，对生产人员专业知识要求不高，可在生产过程中迅速推广，有利于高效生产。

［1］曹 爽，李 浩，马 文.基于数学形态学的遥感影像薄云处理方法［J］.地理与地理信息科学2009，25(4):30－33.

［2］祝振江，周英杰，周 萍，等.RapidEye卫星遥感影像几何精度的实验分析［J］.中南林业科技大学学报，2010，30(4):107 －111.

［3］同天视地.RapidEye卫星产品简介［EB/OL］.［2011－02－25］.http://www.bjeo.com.cn/pubnews/213730/20090218/215808.jsp.

［4］党安荣，王晓栋，陈晓峰，等.ERDAS IMAGINE遥感图像处理方法［M］.北京:清华大学出版社，2003.

［5］贺 辉，彭望琭，匡锦瑜.自适应滤波的高分辨率遥感影像薄云去除算法［J］.地球信息科学学报，2009，11(3):306 －311.

［6］李 超，朱 满，赵家平.多源遥感影像融合效果的定量评价研［J］.测绘与空间地理信息，2010，33(3):143 －146.

［7］刘 洋，白俊武.遥感影像中薄云的去除方法研究［J］.测绘与空间地理信息，2008，31(3):120 －122.

Research on the Thin Cloud Removal Method from RapidEye Image in Western Mountain Areas

YIN Feng1，XIONG De－ke2，XIE Fei2
(1.Land Surveying＆ Planning Institute of Hubei Province，Wuhan 430000，China;2.Land Surveying and Mapping Institute of Hubei Province，Wuhan 430010，China)

Two methods for removing the thin cloud cover from the RapidEye remote sensing imagery in western mountain areas of China based on Photoshop environment are introduced in this paper.One is to directly adjust the three bands respectively by adjustment function of levels，and the other is band substitution.In the second method，the first step is to substitute infrared band for blue band，and then three bands are adjusted respectively in levels.Test results show that the imagery quality is enhanced obviously when the processed imagery is compared with the original one，and the efficiency in the production practice is improved.

RapidEye;Band;Level

751.1

A

1001－070X(2011)04－0132－04

2011－03－21;

2011－05－03

中国土地勘测规划院“2010年全国土地利用变更调查监测与核查遥感监测”项目资助。

尹 峰(1982－)，男，硕士，工程师，主要从事土地调查、地理信息系统建设和土地利用遥感监测等相关工作。

(责任编辑:刘心季)