CN111754590A - 基于全球色彩特征库遥感影像自动匀色的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于全球色彩特征库遥感影像自动匀色的方法，该方法包括：S1多尺度空间色彩库的构建，应用地物色彩真实，辐射质量良好的多源遥感影像在不同的分块尺度上分别统计均值、方差，结合地物纹理及光谱特征，建立覆盖全球范围的多尺度空间色彩特征库，S2根据具体的匀色需求对空间色彩库进行局部更新；S3基于空间色彩库与wallis滤波器对遥感影像自动匀色处理。本发明的有益效果：本申请提出的基于多尺度空间色彩库的自动匀色技术，有效避免大规模遥感影像生产中制作匀色模板的工作量，同时满足单张影像内部与多张影像之间，以及大范围镶嵌影像的匀色需求，多尺度的统计信息有利于满足不同数据源、不同分辨率影像的色彩一致性处理。

Description

基于全球色彩特征库遥感影像自动匀色的方法

技术领域

本发明涉及数字正射影像图制作匀色技术领域，具体来说，涉及一种基于全球色彩特征库遥感影像自动匀色的方法。

背景技术

由于获取光学遥感影像的传感器特性，以及影像获取时间、拍摄环境等多种因素的影响，使得遥感影像在色彩上会存在不同程度的差异，这种差异会给遥感影像在数字正射影像图制作、影像判读、影像解译等工程领域的应用造成不同程度的影响，为了消除影像的色彩差异，需要对影像进行色彩一致性处理，按照生产需求，将遥感影像的匀光匀色处理分成三种场景：一是对单张影像内部的色彩一致性处理，二是为保证整个测区最终成图的色彩一致性而进行的多幅影像之间的匀光匀色处理，三是对镶嵌后的大范围影像镶嵌成果进行的色彩一致性处理。

传统的影像色彩一致性处理主要依靠技术人员使用图像处理软件进行人工调节，工作量大及主观性强，难以满足规模逐渐增大的生产需求，近年来，国内外业界专家陆续提出新的理论和方法，具有代表性的有Mask匀光算法和基于Wallis滤波的匀光算法，Mask匀光是利用低通滤波的原理从原始影像中减去不均匀的背景影像以获得亮度均匀的影像，这种方法在针对单幅影像的匀光处理中应用较多，但是对于细节较多的大面积测区往往难以使用统一的参数批量处理，容易造成整体反差不均匀，Wallis滤波方法常被应用于影像之间的色彩一致性处理，为了使整个测区的影像拥有统一的色彩基准且不受影像处理顺序的影响，需要确定一个目标均值和目标标准差，通常的做法是选择一幅具有代表性的标准片，即匀色模板，所有的影像以匀色模板为基准进行匀色处理，由于均值和标准差都是统计值，匀色模板与待处理影像的尺寸不宜相差太大，否则容易造成地物色彩的失真，在工程应用中，为了获取较优的匀色效果，匀色模板的选取和制作成为一项繁琐的工作，比如厉芳婷等人提出首先对降分辨率拼接输出的生产测区正射影像进行人工调色，然后以调节后的低分辨率影像作为匀色模板对原分辨率影像进行匀色，这种方法需要对整测区的影像完成两次拼接，而且需要对作为匀色模板的低分辨率影像进行人工调色，增加了工作量，此外，对于多种数据源、多种分辨率、多种幅面大小的影像混合的较大测区，使用单一模板对整测区的影像进行处理容易造成不同类型的地物色彩过分趋近一致，造成不同类型地物之间的区分度下降，另一方面，在遥感正射影像工程化生产中，不同分包单位的处理成果、同一单位不同批次的处理成果、以及不同作业人员的处理成果都难以避免存在色彩方面的差异，因此如何保证不同分包数据在处理过程中拥有统一的色彩基准以及如何对不同测区的成果影像进行进一步的一致性处理都对匀光匀色的技术和方案提出了新的要求。

上述现有匀光匀色技术在大规模遥感影像生产中存在的技术缺陷具体包括：

1）国产光学卫星影像色彩较弱，特别是资源一号02C的原始影像本身缺少足够的可见光波段，现有匀光匀色技术无法满足较高的工艺制图要求；

2）在大地理范围、多数据源、不同分辨率以及影像质量参差不齐等复杂数据条件下，传统匀色技术易造成色彩偏差的积累和传递，难以兼顾地物色彩的保真和影像间色彩的均匀过渡；

3）覆盖大区域的多尺度色彩特征库能够为工程化的多分包、多批次影像生产提供统一的色彩基准，有效减少大范围匀色模板制作带来的工作量。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种基于全球色彩特征库遥感影像自动匀色的方法，能够解决现有匀光匀色技术在大规模遥感影像生产中存在的技术不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：基于全球色彩特征库遥感影像自动匀色的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：多尺度空间色彩库的构建，应用地物色彩真实，辐射质量良好的多源遥感影像在不同的分块尺度上分别统计均值、方差，建立覆盖全球范围的多尺度空间色彩特征库；

S2：根据具体的匀色需求对空间色彩库进行局部更新；

S3：基于空间色彩库与wallis滤波器对遥感影像自动匀色处理。

进一步地，在所述的S1中进一步包括：

S1.1根据影像均值反映的色调及亮度，结合方差反映的灰度值变化范围，运用wallis滤波器使不同影像或影像不同位置的均值及方差具有近似的数值，从而实现影像色彩均匀一致；

S1.2获取在空间上覆盖待匀色影像的匀色模板，使得匀色模板及待匀色影像的统计结果在空间上相互对应；

S1.3按照匀色模板与待匀色影像的均值及方差分别进行分块统计，分块大小决定了统计的精细程度，在不同的分块尺度上分别统计获取均值及方差，用于反映影像的多尺度的色彩信息；

S1.4色彩库存储的多尺度空间色彩特征是影像色彩信息的统计值，有助于减少存储的数据量，以及在生产中减少读写和统计的耗时。

进一步地，在所述的S2中进一步包括：

S2.1运用空间色彩库存储多时相遥感影像的色彩特征，并根据遥感影像的色彩处理及空间地物变化对空间色彩特征进行局部修正；

S2.2根据新增色彩信息数据源的地理坐标确定更新的空间位置，根据新增色彩信息数据源的分辨率确定更新的尺度。

进一步地，在所述的S3中进一步包括：

S3.1 基于多尺度空间色彩库进行影像色彩处理时，从空间色彩库直接读取多尺度色彩信息；

S3.2 Wallis滤波器进行影像处理时，为使不同影像或影像不同位置的均值及方差具有近似相等的数值，基于局部线性变换，通过参考的均值及方差去纠正待处理的影像，从而达到影像色彩均匀一致；

S3.3根据生产要求及待匀色影像的具体情况计算适当的尺度，对影像的色彩进行统一处理。

进一步地，在所述的S1.3中色彩信息统计包括以下具体步骤：

S1.3.1 根据全球影像的地理范围，按照一定时间间隔进行规则格网划分，并将每个格网的中心点坐标作为最终统计值的地理坐标，根据格网划分，获得一系列中心点坐标集合；

S1.3.2 基于坐标集合获取出每一个元素，根据遍历的影像库集合求出有相交关系的影像子集，在影像子集中以遍历的影像库集合为中心点获得影像块，统计影像块的均值方差作为色彩库的特征值；

S1.3.3 基于遍历的影像库集合所有元素，获得影像库在时间间隔尺度上的信息；

S1.3.4 变换尺度时间间隔，获得整个影像库信息。

进一步地，在所述的S2.3中色彩库更新进一步包括：

S2.3.1将获得的待更新影像子集的外扩矩形与影像库的格网求交集，同时获得待更新的所有格网点集合；

S2.3.2运用新的特征值替换原来的特征值，同地区相似时相的影像集通过多个用户验证色彩后，更新对应地区的同实相色彩库。

进一步地，在所述的S3.2中色彩库对遥感影像匀色进一步包括：

S3.2.1根据影像的分辨率和影像库的格网尺度对应计算匀色尺度、根据空间及尺度的对应关系读取相应的色彩信息；

S3.2.2对由色彩库读取的多尺度色彩信息进行特征融合和内插处理获取空间自适应的色彩特征值，对影像进行匀色处理。

本发明的有益效果：鉴于上述引用现有技术中存在的不足，本申请提出的基于多尺度空间色彩库的自动匀色技术，有效避免大规模遥感影像生产中制作匀色模板的工作量，同时满足单张影像内部与多张影像之间，以及大范围镶嵌影像的匀色需求，其中，多尺度的统计信息有利于满足不同数据源、不同分辨率影像的色彩一致性处理，保证不同批次、不同分包的数据色彩基准的统一，且有助于对大范围影像使用单一匀色模板引起的色彩失真，在自动匀色处理中直接获取参考统计值，不需要临时统计参考信息，提高了自动化处理的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的基于全球色彩特征库遥感影像自动匀色的方法的流程框图；

图2是根据本发明实施例所述的基于全球色彩特征库遥感影像自动匀色的方法的步骤流程框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图 1-2 所示，根据本发明实施例所述的基于全球色彩特征库遥感影像自动匀色的方法，该方法包括：

首先，多尺度空间色彩库的构建；

其次，根据具体的匀色需求对空间色彩库进行更新；

最后，基于空间色彩库与wallis滤波器对遥感影像自动匀色处理。

在本发明的一个具体实施例中，

多尺度空间色彩库的构建，根据影像均值反映的色调及亮度，结合方差反映的灰度值变化范围，运用wallis滤波器使不同影像或影像不同位置的均值及方差具有近似的数值，从而实现影像色彩均匀一致目的，由于均值和方差都是统计值，作为色彩基准的匀色模板与待匀色影像的尺寸及地物类型的差异较大，容易造成地物色彩失真，因此，获取在空间上覆盖待匀色影像的匀色模板，使得匀色模板及待匀色影像的统计结果在空间上相互对应，按照一定的分块大小对匀色模板与待匀色影像的均值及方差分别进行分块统计，分块大小决定了统计的精细程度，在不同的分块尺度上分别统计获取均值及方差，用于反映影像的多尺度的色彩信息，应用地物色彩真实特征，辐射质量良好的多源遥感影像在不同的分块尺度上分别统计均值和方差，建立覆盖全球范围的多尺度空间色彩库，其中，色彩库保存具体反应影像色彩信息的统计值，有助于减少存储的数据量，以及在生产中减少读写和统计的耗时。

在本发明的一个具体实施例中，

根据具体的匀色需求对空间色彩库进行局部更新，避免反复制作大范围匀色模板带来的工作量，同时保证空间色彩库适应多时相遥感影像的色彩处理需求和空间地物的变化，保证更新的色彩信息被更新到准确的空间位置，根据新创建的色彩信息数据源的具体情况确定更新的尺度。

在本发明的一个具体实施例中，

基于空间色彩库与wallis滤波器对影像自动匀色处理， Wallis滤波器进行影像处理时，基于局部线性变换，由于不同影像或影像不同位置的均值及方差具有近似相等的数值，通过参考的均值及方差去纠正待处理的影像，从而达到影像色彩均匀一致，基于多尺度空间色彩库进行影像色彩处理时，从空间色彩库直接读取多尺度色彩信息，根据生产要求及待匀色影像的具体情况计算适当的尺度，对影像的色彩进行统一处理，具体根据影像的分辨率和影像库的格网尺度对应计算匀色尺度、根据空间及尺度的对应关系读取相应的色彩信息，对影像进行匀色处理。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

在具体使用时，根据本发明所述的基于全球色彩特征库遥感影像自动匀色的方法，例举说明如下：

根据各金字塔级别色彩信息的统计方法、粒度，构建空间、时间两个维度的色彩库，进一步包括；

其一，根据全球影像的地理范围，按照一定间隔t进行规则格网划分，并将每个格网的中心点坐标作为最终统计值的地理坐标，根据格网划分，获得一系列中心点坐标集合P；

其二，基于坐标集合P获取出每一个元素m，根据遍历的影像库集合求出有相交关系的影像子集Q，在影像子集Q中以元素m为中心点获得宽高为w影像块，统计影像块的均值方差作为色彩库n的特征值；

其三，基于遍历的影像库集合Z所有元素，获得影像库在t尺度上的信息；

其四，变换尺度t，获得整个影像库信息；

其次，色彩库更新方法包括：

其一，将获得的待更新影像子集Q的外扩矩形与影像库的格网求交集，同时获得待更新的所有格网点集合X；

其二，更新条件：同地区相似时相的影像集通过多个用户验证色彩后，更新对应地区的同实相色彩库。

最后，基于空间色彩库对遥感影像自动匀色处理：根据影像的分辨率和影像库的格网尺度对应计算匀色尺度，根据空间和尺度的对应关系读取相应的色彩信息，对影像进行匀色处理。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，有效避免大规模遥感影像生产中制作匀色模板的工作量，同时满足单张影像内部与多张影像之间，以及大范围镶嵌影像的匀色需求，通过多尺度的统计信息有利于满足不同数据源、不同分辨率影像的色彩一致性处理，保证不同批次、不同分包的数据色彩基准的统一，且有助于对大范围影像使用单一匀色模板引起的色彩失真，在自动匀色处理中直接获取参考统计值，不需要临时统计参考信息，提高了自动化处理的效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于全球色彩特征库遥感影像自动匀色的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：多尺度空间色彩库的构建，应用地物色彩真实，辐射质量良好的多源遥感影像在不同的分块尺度上分别统计均值、方差，结合地物纹理及光谱特征，建立覆盖全球范围的多尺度空间色彩特征库；

S2：根据具体的匀色需求对空间色彩库进行局部更新；

S3：基于空间色彩库与wallis滤波器对遥感影像自动匀色处理。

2.根据权利要求1所述的基于全球色彩特征库遥感影像自动匀色的方法，其特征在于，在所述的S1中进一步包括：

S1.1根据影像均值反映的色调及亮度，结合方差反映的灰度值变化范围，运用wallis滤波器使不同影像或影像不同位置的均值及方差具有近似的数值，从而实现影像色彩均匀一致；

S1.2获取在空间上覆盖待匀色影像的匀色模板，使得匀色模板及待匀色影像的统计结果在空间上相互对应；

S1.3按照匀色模板与待匀色影像的均值及方差分别进行分块统计，分块大小决定了统计的精细程度，在不同的分块尺度上分别统计获取均值及方差，用于反映影像的多尺度的色彩信息；

S1.4色彩库存储的多尺度空间色彩特征是影像色彩信息的统计值，有助于减少存储的数据量，以及在生产中减少读写和统计的耗时。

3.根据权利要求1所述的基于全球色彩特征库遥感影像自动匀色的方法，其特征在于，在所述的S2中进一步包括：

S2.1运用空间色彩库存储多时相遥感影像的色彩特征，并根据遥感影像的色彩处理及空间地物变化对空间色彩特征进行局部修正；

S2.2根据新增色彩信息数据源的地理坐标确定更新的空间位置，根据新增色彩信息数据源的分辨率确定更新的尺度。

4.根据权利要求1所述的基于全球色彩特征库遥感影像自动匀色的方法，其特征在于，在所述的S3中进一步包括：

S3.1基于多尺度空间色彩库进行影像色彩处理时，从空间色彩库直接读取多尺度色彩信息；

S3.2 Wallis滤波器进行影像处理时，为使不同影像或影像不同位置的均值及方差具有近似相等的数值，基于局部线性变换，通过参考的均值及方差去纠正待处理的影像，从而达到影像色彩均匀一致；

S3.3根据生产要求及待匀色影像的具体情况计算适当的尺度，对影像的色彩进行统一处理。

5.根据权利要求1所述的基于全球色彩特征库遥感影像自动匀色的方法，其特征在于，在所述的S1.3中色彩信息统计包括以下具体步骤：

S1.3.1 根据全球影像的地理范围，按照一定时间间隔进行规则格网划分，并将每个格网的中心点坐标作为最终统计值的地理坐标，根据格网划分，获得一系列中心点坐标集合；

S1.3.2 基于坐标集合获取出每一个元素，根据遍历的影像库集合求出有相交关系的影像子集，在影像子集中以遍历的影像库集合为中心点获得影像块，统计影像块的均值方差作为色彩库的特征值；

S1.3.3 基于遍历的影像库集合所有元素，获得影像库在时间间隔尺度上的信息；

S1.3.4 变换尺度时间间隔，获得整个影像库信息。

6.根据权利要求4所述的基于全球色彩特征库遥感影像自动匀色的方法，其特征在于，在所述的S2.3中色彩库更新进一步包括：

S2.3.1将获得的待更新影像子集的外扩矩形与影像库的格网求交集，同时获得待更新的所有格网点集合；

S2.3.2运用新的特征值替换原来的特征值，同地区相似时相的影像集通过多个用户验证色彩后，更新对应地区的同实相色彩库。

7.根据权利要求1所述的基于全球色彩特征库遥感影像自动匀色的方法，其特征在于，在所述的S3.2中色彩库对遥感影像匀色进一步包括：

S3.2.1根据影像的分辨率和影像库的格网尺度对应计算匀色尺度、根据空间及尺度的对应关系读取相应的色彩信息；

S3.2.2对由色彩库读取的多尺度色彩信息进行特征融合和内插处理获取空间自适应的色彩特征值，对影像进行匀色处理。

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