利用ps進(jìn)行遙感影像的色彩處理

數(shù)字正射影像作為一種重要的數(shù)字測(cè)繪產(chǎn)品，已經(jīng)廣泛地被社會(huì)各行業(yè)所認(rèn)可，尤其在建設(shè)基礎(chǔ)地理信息框架、數(shù)字城市構(gòu)建、交通和城市規(guī)劃、居家旅游、土地資源調(diào)查、環(huán)境和災(zāi)害的監(jiān)測(cè)等很多行業(yè)，發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。無(wú)論是通過(guò)航空或衛(wèi)星方式獲取的影像資料，由于地域特點(diǎn)、天氣和季節(jié)條件、傳感器等因素的存在，原始遙感影像一般不能直接應(yīng)用于各種工程項(xiàng)目，通常要做大量的處理，才能進(jìn)行提供給用戶使用。這些處理包括幾何糾正、格式轉(zhuǎn)換、色彩增強(qiáng)等等，其中影像的色彩處理最復(fù)雜又非常重要，往往需要投入大量的人力和時(shí)間。通常情況下，使用一些諸如ERDAS、PCI、ER Mapper等專(zhuān)業(yè)遙感圖像處理軟件可進(jìn)行影像的輻射增強(qiáng)和色彩處理，從而達(dá)到一定的結(jié)果。但是這些軟件價(jià)格昂貴、操作十分復(fù)雜，處理的效果也比較一般，成本太大。而Photoshop作為一種國(guó)際上通用的圖像處理工具，價(jià)格便宜，操作簡(jiǎn)便，圖像處理工具比較齊全，工作效率和處理效果都不錯(cuò)，因此慢慢被遙感技術(shù)人員所推崇，在圖像數(shù)據(jù)輸入輸出、色彩調(diào)整、遙感影像糾正融合、鑲嵌和裁切、濾波和數(shù)字分析等方面使用廣泛。幾年來(lái)，我們利用Photoshop在遙感圖像處理方面做了一些嘗試，并取得了一定的經(jīng)驗(yàn)，這里主要就影像的色彩處理方面作簡(jiǎn)單的介紹。

一、 色階調(diào)整

在Photoshop中，“色階調(diào)整”工具是常用的顏色調(diào)整工具，利用它可以調(diào)整圖象的明暗度，反差，色彩等很多內(nèi)容。所謂“色階”本來(lái)是指彩色圖像各基本色的灰階，但是在Photoshop中，已經(jīng)將這個(gè)概念擴(kuò)展到圖像的每個(gè)波譜分量，并且用直方圖來(lái)表示圖像中每個(gè)分量的像素分布情況，因此對(duì)色階進(jìn)行調(diào)整就是設(shè)法改變影像的直方圖。彩色圖像的色階可以一起進(jìn)行調(diào)整，也可以分通道來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如RGB模式的圖像可以分別調(diào)整R、G、B分量， CMYK模式的圖像，可以分別調(diào)整C、M、Y、K四個(gè)分量，HIS模式的圖像可以分別調(diào)整圖象的亮度、飽和度和色度等等。

色階調(diào)整主要指標(biāo)包括：最大色階、最小色階和中間值，這三個(gè)滑塊往右滑動(dòng)，使得圖像顏色加深；往左，則顏色漸淡。直方圖是理解圖像明暗顏色的常用工具。對(duì)于遙感影像來(lái)說(shuō)，比較好的影像效果，其直方圖一般呈正態(tài)分布，直方圖的峰頂在中間值附近，直方圖的底部盡量在最大和最小色階附近，如果這樣的話影像的色調(diào)、飽和度比較適中，看起來(lái)比較舒服，否則應(yīng)該調(diào)整色階。但是如果遙感影像具有大片的單一地物，比如水面、云霧以及特殊的山地等等，往往使得直方圖形狀比較奇特，比如有幾個(gè)山峰，直方圖兩側(cè)很不對(duì)稱(chēng)或者每個(gè)通道直方圖形狀差異過(guò)大，這樣情況，處理的時(shí)候就另當(dāng)別論了。必須注意的是，在色階調(diào)整時(shí)，不要將直方圖拉伸多大而造成最亮和最暗的色階信息的丟失。直方圖提供的中間值與有些系統(tǒng)（圖像軟件、數(shù)碼相機(jī)或掃描儀）的“Gamma”概念， 它衡量圖像中間調(diào)的對(duì)比度，改變Gamma值可改變圖像中間調(diào)的亮度值，但不會(huì)對(duì)暗部和亮部有太大的影響。將Gamma值向右稍動(dòng)，可以使中間調(diào)變暗，向右稍動(dòng)可使中間調(diào)變亮。

我們使用的絕大部分彩色遙感影像是RGB模式和多通道的模式，每個(gè)通道對(duì)應(yīng)了遙感數(shù)據(jù)的每一個(gè)光譜。對(duì)影像各光譜的色階分別調(diào)整，可以達(dá)到改變顏色的目的，比如：調(diào)整紅波段可以使圖像上增加紅色或者增加青色。通過(guò)色階調(diào)整可以將有些反差太小、比較沉悶的影像調(diào)到比較逼真、比較生動(dòng)、反差較大的效果。

如果有些圖像質(zhì)量太差，或者數(shù)據(jù)大于8位灰階，可以先進(jìn)行自動(dòng)色階處理，軟件根據(jù)影像的直方圖，將圖像自動(dòng)調(diào)整到較好的狀態(tài)。比如IKONOS數(shù)據(jù)是11位灰階，打開(kāi)時(shí)候呈現(xiàn)黑色，主要是Photoshop只顯示256色的直方圖，而IKONOS圖像主要信息集中在11位的低階部分，因此在顯示器上很難看清，通過(guò)自動(dòng)色階的處理才能看清影像具體內(nèi)容。

二、 色彩平衡

色彩平衡是圖像處理軟件最簡(jiǎn)單常用的色彩調(diào)整方法，但是一般只用來(lái)改變圖像的色度，即圖像的顏色改變，對(duì)于亮度、反差、飽和度的調(diào)整是有限的。色彩平衡的方法比較簡(jiǎn)單，可以調(diào)整影像暗調(diào)、中間調(diào)和高光的各種顏色。所以只想調(diào)整圖像色彩，而對(duì)于明暗度等其他要素不加改變的遙感影像可以使用這種方法，例如河流在有些遙感影像中，合成后的彩色遙感圖像城區(qū)和水系顏色偏色太大，城區(qū)顯示為紅色，而水面通常顯示成品紅色，在Photoshop中選取這些地物，使用“色彩平衡”進(jìn)行調(diào)整減少城區(qū)的紅色，將水面調(diào)整為天藍(lán)色，更加接近于真實(shí)情況。

三、 可選顏色

在Photoshop“中可選顏色”也是一種調(diào)整圖像色彩的有效方法。可選顏色是高檔掃描儀和分色程序使用的一項(xiàng)技術(shù)，它在圖像中的每個(gè)加色和減色的原色圖素中增加和減少顏色的量。即使“可選顏色”使用 CMYK 顏色校正圖像，也可以將其用于校正 RGB 圖像以及將要打印的圖像。使用這種方法可以在不影響其他原色的情況下修改圖像中某種原色中印刷色的數(shù)量。
調(diào)整的時(shí)候首先選擇需要調(diào)整的顏色，然后改變所選顏色的成分，從而實(shí)現(xiàn)顏色的調(diào)整，調(diào)整時(shí)候有兩個(gè)概念：Relative（相對(duì)）和Absolute（絕對(duì)）。選擇Relativec選項(xiàng)時(shí)，Photoshtop按照總量的百分比更改現(xiàn)有的青色、洋紅、黃色和黑色量。例如，圖像中現(xiàn)有50%的青色，如果你增加了30%，那么相對(duì)于原有的50%來(lái)說(shuō)，實(shí)際增加了15％。選擇Absolute選項(xiàng)時(shí)，Photoshop5.5會(huì)按絕對(duì)值調(diào)整顏色。例如，圖像中現(xiàn)有５０％的青色，如果你從增加了30%，那么增加后圖像中就會(huì)有8０％的青色。
在遙感影像的處理中使用這種方法通常來(lái)調(diào)整影像的綠色植被和城區(qū)偏色現(xiàn)象。例如通過(guò)TM或者SPOT合成的彩色圖像，城區(qū)通常顯示紫色，用“可選顏色”方法選取洋紅，并較少數(shù)值，還可以影像情況加減黃色、青色或黑色，使得他更接近于真實(shí)的效果。還有一些影像上植被顏色不鮮艷，顏色偏紅偏藍(lán)，也可以使用“可選顏色”方法選取綠色同時(shí)減少洋紅、增加黃色，使得影像的綠色植被更加鮮明、真實(shí)。

與“色彩平衡”相比，“可選顏色”有很多優(yōu)勢(shì)，使用前者改變了圖像整體色彩，而后者只改變了一種顏色。所以使用“色彩平衡”有時(shí)需要精確選取需調(diào)整的區(qū)域慢慢進(jìn)行處理，還經(jīng)常出現(xiàn)處理過(guò)的色彩調(diào)整縫隙，后用后者一般不用人工選取調(diào)整區(qū)域，也不會(huì)出現(xiàn)色彩縫隙現(xiàn)象，效率要高得多。但是后者的不足是對(duì)于遙感影像的有些色彩調(diào)整效果不好，很難達(dá)到你所想要的顏色。

四、 替換顏色

替換顏色是色彩調(diào)整的有效方法，效率也很高。它使用了HIS（色度—飽和度—亮度）的概念，來(lái)處理RGB等其他模式的圖像。

在HIS概念中，亮度I表示顏色的整體強(qiáng)度，而不管它的顏色是什么。一般用R、G、B三個(gè)灰度的平均數(shù)值來(lái)表示顏色的亮度值，因此通過(guò)平均RGB分量將彩色圖像轉(zhuǎn)化為灰度圖像，其實(shí)就是得到了影像的亮度分量。色度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(zhǎng)，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(lán)色。色相從0°變到240°覆蓋了所有可見(jiàn)光譜的顏色。在240°到300°之間是人眼可見(jiàn)的非光譜色（紫色）。飽和度S就是表示顏色的純度，有時(shí)稱(chēng)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(lái)度量。

在Photoshop中運(yùn)用“替換顏色”工具，首先用吸管吸取你所需要的調(diào)整的顏色，并給于一定的容差，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)圖像的直方圖計(jì)算需要調(diào)整的區(qū)域，并顯示給用戶，然后可以分別調(diào)整圖像的色度、飽和度和亮度了，也可以直接編輯結(jié)果圖像的色彩來(lái)替換。

“替換顏色”工具優(yōu)勢(shì)很多，它也是調(diào)整圖像的某一種具體的顏色，對(duì)圖像的整體色調(diào)沒(méi)有太大影響，克服了“可選顏色”對(duì)有些色彩處理效果不好的弊病，也克服了“色彩平衡”工具在區(qū)域選取方面需要較大的工作量的缺點(diǎn)，不會(huì)產(chǎn)生色彩縫隙現(xiàn)象，因此適合于各種各樣的彩色遙感圖像。

五、 顏色匹配

在進(jìn)行一個(gè)較大的彩色DOM制作項(xiàng)目中，很多人經(jīng)常為影像顏色難處理而苦惱，往往將每景圖像處理好了，但是圖像之間的色彩和色調(diào)沒(méi)有統(tǒng)一，導(dǎo)致影像鑲嵌時(shí)色彩接縫明顯。Photoshop CS則提供了“顏色匹配”，可以較好的解決這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)他，會(huì)將一個(gè)圖像（源圖像）的顏色與另一個(gè)圖像（目標(biāo)圖像）相匹配。還可以通過(guò)更改亮度和色彩范圍以及中和色痕來(lái)調(diào)整圖像中的顏色，“匹配顏色”命令僅適用于 RGB 模式。

首先需要定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模版，即將你認(rèn)為調(diào)整的效果比較好，測(cè)區(qū)影像應(yīng)該達(dá)到的顏色和色調(diào)效果定義到一個(gè)后綴為STA的文件中，該文件記錄了源圖像的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)信息，然后在目標(biāo)圖像中載入這些信息，目標(biāo)圖像將運(yùn)用這些統(tǒng)計(jì)信息自動(dòng)調(diào)整影像的直方圖，使得目標(biāo)圖像具有與源影像相似的統(tǒng)計(jì)信息，即表現(xiàn)為相似的色彩和色調(diào)效果。

在Photoshop中，可以自定義需要匹配的區(qū)域。因?yàn)樵磮D像的統(tǒng)計(jì)信息要盡量反映測(cè)區(qū)的最常見(jiàn)的色彩和色調(diào)，避開(kāi)一些大面積的特殊地物，比如：水面、云霧、甚至森林、城市等，目標(biāo)圖像也應(yīng)盡量避開(kāi)這些地物。當(dāng)然我們還定義一個(gè)匹配數(shù)據(jù)庫(kù)，建立水面、森林、城鎮(zhèn)、農(nóng)田匹配數(shù)據(jù)文件，然后相應(yīng)的運(yùn)用這些匹配數(shù)據(jù)，使得測(cè)區(qū)所有影像的處理更加完美。

當(dāng)然影像色彩處理工作是一個(gè)十分復(fù)雜，又沒(méi)有統(tǒng)一的量化指標(biāo)進(jìn)行衡量其過(guò)程和結(jié)果，只有通過(guò)人們?cè)诖罅康木唧w工作中實(shí)踐和總結(jié)。世界流行的Photoshop是圖像處理軟件的排頭兵，提供的色彩調(diào)整的工具遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比上述列出的多，但是我們?cè)趶氖逻b感圖像色彩處理的工作中，覺(jué)得所闡述的這些工具可以有效地完成對(duì)于遙感影像的色彩調(diào)整工作，是常用的方法。