遙感影像輻射質量評價論文

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1遙感影像輻射質量的單指標評價方法

1.1灰度級分布評價

影像灰度級指像素點的亮暗差別，不同的灰度級分布情況將在影像上體現不同的明暗程度、對比度等?；叶戎狈綀D是表達影像灰度分布的有效工具，它反映影像中各灰度級與出現頻率之間的統計關系。

1.2信息量評價

遙感影像信息量評價是從信息論的角度出發，通過度量影像所包含的信息對影像做出評價。信息熵是一種常用的影像信息量評價指標，它可以度量影像亮度值分散程度和均勻程度，這和上述的灰度級分布評價相類似，但在影像信息量評價中，需要顧及影像的像素數量及其波段數量。

1.3清晰度評價

清晰度指影像上各細部影紋及其邊界的清晰程度，是反映遙感影像質量的重要因素，本文將介紹3種清晰度的評價方法，即平均梯度法、灰度共生矩陣法、灰度－梯度共生矩陣法。對影像中的每一個像素分別計算其梯度值，然后對所有像素的梯度取均值即得影像的平均梯度。一般情況下，平均梯度越大，表示影像越清晰。

1.4分辨率評價

上述的清晰度評價指標都是宏觀統計量，在評價影像時會存在一定的局限性。國內外通常利用調制傳遞函數（ModulationTransferFunction，MTF）對遙感影像的空間分辨率進行客觀評價。MTF是成像系統在各個空間頻率處，像方調制度除以物方在此頻率處調制度所得的函數，它所反映的是成像系統對目標物成像過程中信號的擴散與削弱程度，具有信息客觀、可量測、可傳遞等優勢，因此被廣泛應用。值得注意的是，MTF曲線的獲取一般都需要人工選定具有某種特征的影像數據，如刃邊法中需要選取均勻亮、暗地物的邊界。這也為追求效率的業務化應用帶來了諸多不便。因此，要為了實現MTF評價的自動化，國內外學者近期提出了一些改進的方法，基本思路是通過邊緣檢測方法獲得影像中所有邊緣的位置，再通過進一步優化選擇確定最優的直線邊緣用于MTF的估計。該類方法可以在整個評價過程中擺脫人工干預，代表了最新的發展趨勢。

1.5噪聲評價

在遙感影像的獲取、傳輸、處理等過程中，經常會產生各種各樣的噪聲，如脈沖噪聲、條帶噪聲、壓縮噪聲等，此外，影像鑲嵌產生的亮度不均勻也可以看作是一種噪聲。對影像中的噪聲進行評價，一般需在影像中選取一定大小的均勻區域，通過計算某種評價指標進行，選擇均勻區域的目的是排除邊緣、紋理等細節信息的影響。

1.6云量評價

在光學遙感中，云覆蓋是造成遙感數據可用性降低的重要因素，因此云量檢測是遙感影像輻射質量評價的重要內容之一。云量檢測的方法多種多樣，如閾值法、聚類分析法、紋理分析法等。然而，在業務化云檢測系統中，閾值法仍然是最為常用的方法，一般可分為直接閾值法和云指數閾值法。直接閾值法是在影像中選取一個或多個譜段，通過對反射率或亮溫數據直接設定閾值，確定云區的覆蓋面積。

1.7無效像元評價

在遙感影像的四周經常會存在一定數量的無效像元，最常見的即為影像幾何校正、數字鑲嵌之后的黑邊或白邊。這些區域并不含有實際的信息，如果影像中的無效像元比例過大，則說明影像的可用性不高，另外在前述的基于直方圖統計的評價中，也需要將這些點和真實數據進行區分，因此無效像元檢測也是遙感影像輻射質量檢查中不可忽略的因素。值得注意的是，在影像質量的綜合評價中，無效像元的評價更顯得尤為重要。因為影像中如果存在大量的無效像元，則其灰度分布信息、信息量、清晰度和噪聲等指標都將受到影響，無疑會導致評價結果的失真。只有將無效像元全部檢測出并加以排除后才能獲得真實反映影像輻射質量的各項指標。

1.8基于參考影像的評價

在遙感影像評價中，如果已存在一幅高質量的標準參考影像，則可利用該影像對其他影像進行評價。基于參考影像的評價直接、客觀，可避免對目標影像進行單獨檢查時存在的諸多未知因素和不確定性。當前，國內外學者已發展了多種評價指標，如平均絕對誤差、均方誤差、峰值信噪比、相關系數、光譜角等，，但這些方法要求影像之間必須嚴格配準，這在遙感影像評價中很難滿足。而交叉熵則不受上述約束限制，因為它是基于兩幅影像的整體輻射統計信息。

2遙感影像輻射質量評價方法

如上所述，表征一幅遙感影像輻射質量的指標往往有多個，而遙感用戶可能僅關心遙感影像的整體輻射質量，這就需要對多指標的評價結果進行綜合評判，并輸出一定的質量等級。影像的等級數量可根據需要而設定，但一般情況下可按照國家標準GB／T18316－2001《數字測繪產品檢查驗收和質量評定》進行質量評級，將影像分為優、良、合格和不合格4種等級。

2.1直接加權綜合評價法

直接加權綜合評價方法的步驟是：針對每一個評價指標，設定不同質量等級的閾值；根據實際應用情況，設定每一項指標在綜合評價中的權值，并使得權值和為1；根據各評價指標的計算公式，對影像分別進行輻射質量評價，并輸出單項指標的評價結果；根據所設的權值計算不同質量等級的綜合值，最大綜合值對應的等級即代表綜合評價的等級。

2.2模糊綜合評價法

在遙感影像輻射質量評價中，影像質量等級之間其實并沒有一個明確的界線，因此上述直接加權綜合評價方法存在一定的不合理性。模糊綜合評價法是根據模糊數學的理論，對遙感影像的輻射質量進行綜合評價。在模糊綜合評價中，需首先確定因素論域U和評語論域V，因素論域指的是在評價中考慮的評價指標，評語論域則指評價中所分的質量等級。

3結束語

本文從遙感影像的多種輻射降質因素出發，對國內外現有的評價方法進行系統的總結、歸納和發展，針對影像灰度分布、信息量、清晰度、分辨率、噪聲、云量、無效像元等多個指標，給出了相應的評價方法及其最新發展動態；對于存在參考影像的情況，重點介紹了基于交叉熵的評價方法；總結了輻射質量的多指標綜合評價方法；最后，通過實驗證明了影像輻射質量綜合評價的有效性?？傮w來看，遙感影像輻射質量評價方法在不斷發展，各種方法的思想由簡單到復雜，考察內容由單指標評價逐漸變得多元化和綜合化，評價適用范圍也由窄及寬。盡管如此，由于遙感成像的復雜性，該領域仍有較大的發展空間，例如，一些方法在自動化程度、評價效率或參數確定等方面的不足都會限制其應用。因此，要提高遙感影像輻射質量評價的業務應用水平，在這些方面還需要進一步的研究和發展。

作者:王榮彬李平湘季宏偉張嘉單位:武漢大學中國土地勘測規劃院