基于GEOWAY IS的整體勻色技術(shù)方法探討

摘 要：在快速而大量的制作數(shù)字正射影像圖（DOM）產(chǎn)品中，針對原始影像通常存在色彩和明暗的差異影像成圖效果的問題，本文以功能較好的GEOWAY IS勻色軟件為例，利用逐塊法參照勻色和掩模法參照勻色兩種方法進行對比，通過分析兩種方法的計算原理和成圖效果，總結(jié)兩種方法的優(yōu)缺點，最后提出兩種方法的改進方案。

關(guān)鍵詞：數(shù)字正射影像圖；GEOWAY IS；整體勻色

中圖分類號：TP309

數(shù)字正射影像圖具有精度高，信息量豐富，影像清晰，直觀性強的優(yōu)點，具有良好的判讀與量測性能，由于生產(chǎn)與更新周期短，影像現(xiàn)勢性強，因此數(shù)字影像圖具有廣闊的市場前景和社會效應(yīng)[1]。

以航攝影像為例，在預(yù)處理過程中由于航攝一個測區(qū)往往需要跨數(shù)小時、數(shù)天或更長時間，加之?dāng)z影處理等諸多條件影響，如天氣、云霧、沖洗條件、掃描色差等客觀因素導(dǎo)致航片之間、航帶之間存在顏色、明暗等方面的差異[2][3]。若不進行亮度、灰度等差異的一致性處理，那么成圖影像將對信息判讀、提取造成困難，甚至不能作為底圖使用。所以對原始影像進行勻光勻色，目的是使得航片與航片之間的影像在紋理、亮度、反差、灰度及色相一致性上保持較好特征，以保證鑲嵌后的自然過渡以及可讀性好，便于各種應(yīng)用，使正射影像圖發(fā)揮更好作用[4]。

傳統(tǒng)勻色的缺點在于同一任務(wù)集的所有影像都被勻到了同一色調(diào)之下，看不出局部特征[5]。整體勻色的目的在于讓勻色結(jié)果合理保持局部特征，如亮度和色調(diào)的差異信息，以更符合自然成圖需求。

1 GEOWAY IS軟件簡介

目前市場上有很多勻色軟件，吉威公司的GEOWAY ImageStation軟件是應(yīng)用較為廣泛，效果比較好的軟件之一。該軟件能夠?qū)崿F(xiàn)批量數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一模板進行勻色，勻色不僅能夠解決不同影像間的數(shù)據(jù)色彩上的差異，同時也能解決同一影像內(nèi)部，由于攝影條件及中心投影等原因造成的色彩差異。

其主導(dǎo)思想是根據(jù)模板影像的色彩及其亮度對比度等信息，將其他影像的色彩調(diào)整至與模塊的一致，以保證在大規(guī)模影像生產(chǎn)時整個測區(qū)整體色調(diào)的一致性。采用模板方式的自動勻色處理與手工勻色相比，避免了多人多臺機器處理效果不一致的情況，同時提高了處理的速度。

2 逐塊法和掩模法原理及實驗過程

2.1 創(chuàng)建參照圖

參照圖的創(chuàng)建方法為將任務(wù)集數(shù)據(jù)自動鑲嵌為一幅縮略圖，在Photoshop中調(diào)整該縮略圖，使得該圖符合參照需求。參照圖應(yīng)體現(xiàn)局部特征差異，以便從參照圖上獲取各部位具有差異的期望值，使得整體勻色體現(xiàn)出部位差異。

2.2 參照勻色

參照圖設(shè)置：如果不設(shè)置參照圖，則將當(dāng)前任務(wù)集作為虛擬參照圖，并分塊統(tǒng)計，如某塊內(nèi)含有多幅影像的局部，則以面積為權(quán)重求得當(dāng)前塊的平均亮度和對比度。如果設(shè)置了參照圖，則分塊統(tǒng)計該圖。參照圖分塊和任務(wù)集中圖像自身分塊獨立進行，它們并不共用同一格網(wǎng)。

分塊設(shè)置：任務(wù)分塊大小同傳統(tǒng)勻色的設(shè)置，指在各圖上分塊的柵格尺度，因為參照圖通常是縮略圖，參照圖的分塊尺度是相對于“任務(wù)分塊大小”而言，為邏輯尺寸，程序內(nèi)部會自動換算到參照圖自身的柵格尺度。

2.3 逐塊法

逐塊法參照勻色將整體劃分為格網(wǎng)，任務(wù)中各影像獨立劃分格網(wǎng)，各部位的特征值只和該部位所在格網(wǎng)及其周邊格網(wǎng)相關(guān)。最后，建立任意部位從原始圖到參照圖的相應(yīng)部位的映射關(guān)系，執(zhí)行勻色，如圖1示。

圖1

插值方式設(shè)置：通過插值來模擬各部位的期望亮度對比度，提供格網(wǎng)插值和TIN插值方式。格網(wǎng)（GRID）插值要求在非空白區(qū)域都有有效亮度和對比度值，對于那些沒有有效信息的位置，綜合采用鄰域的信息作為相應(yīng)格網(wǎng)中心的期望亮度對比度。TIN插值在構(gòu)建TIN網(wǎng)時對于無統(tǒng)計值的區(qū)域拋棄不用，但任務(wù)區(qū)周邊需額外模擬一圈外圍值，以保證插值可靠性。

對比度增強：按比例加大期望對比度值，以達到結(jié)果圖對比度增強的目的，取值在0-0.5之間。

2.4 掩模法

掩模法參照勻色分別求取任務(wù)數(shù)據(jù)和參照數(shù)據(jù)的背景，用參照數(shù)據(jù)的背景去替換任務(wù)數(shù)據(jù)的背景。

3 實驗分析與結(jié)論

共對4份不同航片數(shù)據(jù)集做了實驗，有如下結(jié)論：

（1）“逐塊法”和“掩模法”參照勻色都體現(xiàn)了局部調(diào)整的思想，能較好消除重疊區(qū)色調(diào)和亮度差異問題。

（2）“逐塊法”考慮了對比度因素，在相鄰影像對比度差異較大時，重疊區(qū)過渡效果好，對比度由高對比區(qū)域緩慢向低對比區(qū)域過渡?！把谀７ā蹦壳斑€不具備對比度改善能力，在重疊區(qū)兩邊對比度差別大時，能明顯看到接縫處對比度差異。

（3）“逐塊法”的缺點在于運算效率低，在某些部位存在不自然的人工色彩問題，重疊區(qū)的過渡效果不及“掩模法”顯著。

（4）“掩模法”對接縫部位的處理效果好，處理后接縫部位的光照均一，差異微小。

（5）“掩模法”對參照圖的要求較高，因為其核心高斯算法對于無效區(qū)域敏感，如果任務(wù)范圍是一個不規(guī)則的多邊形，創(chuàng)建的參照圖就帶有大量空白區(qū)域，最好在Photoshop中粘貼修補這些空白區(qū)域。

（6）“逐塊法”和“掩模法”都可以以數(shù)據(jù)集自身為參照，但存在勻色后對比度降低，色彩不鮮艷的問題；制作良好的色彩鮮艷的參照圖勻色效果更好。

（7）“掩模法”有“上色”功能，比如原來采用批處理勻色后，色調(diào)差異不明顯的數(shù)據(jù)集，經(jīng)“掩模法”參照勻色后，色調(diào)差異又回來了。

4 設(shè)想與展望

（1）如果指定或從參照圖獲取期望對比度值，“掩模法”勻色后可以對結(jié)果進一步拉伸，就像“Mask勻光”所做的一樣。

（2）目前只在任務(wù)模式實現(xiàn)了參照勻色，鑒于被勻色對象的參數(shù)只和鄰域局部相關(guān)，可以擴展為批處理實現(xiàn)，指定同一批數(shù)據(jù)的參照圖，開始參照勻色，批處理模式會擺脫數(shù)據(jù)量的限制。

（3）可以在勻色和創(chuàng)建參照圖之前對數(shù)據(jù)集進行一些簡單的增強操作，如亮度對比度增強、直方圖匹配等，在此基礎(chǔ)上參照勻色，能有更好效果。這也是OrthoVista的做法。根據(jù)底層的新動作鏈實現(xiàn)，有支持勻色前的預(yù)處理的可能性。

參考文獻：

[1]葛利平.1：10000基礎(chǔ)測繪數(shù)字正射影像圖（DOM）生產(chǎn)的質(zhì)量控制[J].浙江測繪，2002（02），21-22.

[2]左大康.現(xiàn)代地理學(xué)辭典[M].北京：商務(wù)印書館，1990.

[3]李德仁，周月琴，金為銑.攝影測量與遙感概論[M].北京：中國測繪出版社，2001.

[4]武漢測繪學(xué)院航空攝影測量教研組.航空攝影測量學(xué)[M].北京：中國工業(yè)出版社，1963.

[5]張祖勛.正射投影技術(shù)[M].北京：測繪出版社，1981.

作者簡介：江瑋（1987-），女，江西寧都人，教師，助教，碩士，研究方向：攝影測量與遙感。

作者單位：江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江西贛州 341000