數(shù)字遙感影像構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)研究

李英 趙京黔

（1、有色金屬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心北京測(cè)繪院，北京100012；2、華北地質(zhì)勘查總局綜合普查大隊(duì)測(cè)繪中心，燕郊 065201)

1 引言

本論文主要結(jié)合當(dāng)前數(shù)字遙感技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)數(shù)字遙感影像構(gòu)像質(zhì)量進(jìn)行分析研究，以期從中能夠找到合理可靠有效的影像構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法，并以此和廣大同行分享。

2 數(shù)字遙感影像構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)的問題分析

雖然在各個(gè)領(lǐng)域數(shù)字遙感影像構(gòu)像質(zhì)量的評(píng)價(jià)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是仍然存在一些問題和困難需要進(jìn)一步的研究，分析現(xiàn)有的評(píng)價(jià)方法可以發(fā)現(xiàn)：

（1）構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)的理論研究不足

數(shù)字遙感影像構(gòu)像質(zhì)量的評(píng)價(jià)涉及特征提取、人眼視覺、模式識(shí)別等多門學(xué)科，構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的進(jìn)展就建立在這些相關(guān)學(xué)科的研究成果上，而這些相關(guān)學(xué)科目前仍然存在著很多尚未解決的問題，這直接阻礙了構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)工作的進(jìn)一步發(fā)展。

（2）構(gòu)像質(zhì)量的評(píng)價(jià)與人眼視覺系統(tǒng)的結(jié)合不夠

影像構(gòu)像質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法或者評(píng)價(jià)模型在面對(duì)不同的評(píng)價(jià)對(duì)象時(shí)要具有普適性，就必須充分了解人眼視覺特性的最新研究成果并將其應(yīng)用到影像構(gòu)像質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法中，而現(xiàn)有的影像構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法與人眼視覺系統(tǒng)沒有很好的相結(jié)合。

（3）無參考影像的構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)模型沒有建立

目前大多數(shù)構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用前提都是存在著參考影像，這大大限制了評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用范圍，因此建立無參考影像的構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)模型對(duì)于提高評(píng)價(jià)方法的自動(dòng)化和適用性有著重要意義。

3 發(fā)展數(shù)字遙感影像構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)建議與策略

3.1 影像構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)流程

遙感影像構(gòu)像質(zhì)量的評(píng)價(jià)工作主要分為四個(gè)步驟：

(1)數(shù)據(jù)獲取

目前我們獲取的數(shù)字遙感影像主要有兩種方式：掃描和直接成像。

通過掃描獲取的影像是將傳統(tǒng)的光學(xué)影像數(shù)字化而獲得的，數(shù)字掃描技術(shù)的工作過程是：掃描光源通過待掃材料，再經(jīng)過一組透鏡投射在CCD元件上。CCD根據(jù)光強(qiáng)大小不同輸出對(duì)應(yīng)的模擬電信號(hào)然后經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)并把這三種信號(hào)轉(zhuǎn)換成接口標(biāo)準(zhǔn)格式。數(shù)字遙感影像也可以從遙感器直接獲取。將半導(dǎo)體傳感器CCD（Charge Coupled Device--電耦合裝置）排列到一行或者一個(gè)矩形區(qū)域中構(gòu)成線陣列或面陣列CCD相機(jī)或稱數(shù)字相機(jī)?？陀^物體通過光學(xué)成像系統(tǒng)成像在面陣CCD上，憑借快門對(duì)光通量進(jìn)行控制，以得到合適的曝光量。其后續(xù)影像處理部分可以通過串行掃描讀取光電轉(zhuǎn)換器上的信息，再經(jīng)過模擬信號(hào)放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換和信息壓縮后(影像信息實(shí)現(xiàn)數(shù)字化)將數(shù)字影像信息存儲(chǔ)在隨機(jī)存儲(chǔ)器上。實(shí)際上由數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)獲得影像就是一個(gè)數(shù)值矩陣。

(2)指標(biāo)確定

要對(duì)數(shù)字遙感影像進(jìn)行構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)就必須制定相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)?，F(xiàn)階段對(duì)于影像的構(gòu)像質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要有影像反差、清晰度、灰度均勻度等客觀指標(biāo)。一般的解決方法都是通過選擇一個(gè)合適的閾值來確定構(gòu)像質(zhì)量某一方面的好壞，閾值選取的好壞直接決定了評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確度。

(3)質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的確定

確定了影像構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)之后就要對(duì)確定的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)了，其評(píng)價(jià)方法應(yīng)該滿足以下條件：

① 構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法應(yīng)該適用于大多數(shù)數(shù)字遙感影像，以便在生產(chǎn)中推廣；

② 制定的客觀標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該盡可能地與人眼目視評(píng)價(jià)結(jié)果相一致，即應(yīng)盡量使客觀評(píng)價(jià)與主觀評(píng)價(jià)結(jié)合起來；

③ 由于不同種類遙感影像的用途不盡相同，因而對(duì)影像構(gòu)像質(zhì)量要求的側(cè)重點(diǎn)也不同，所以在對(duì)影像進(jìn)行構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)針對(duì)不同地產(chǎn)品要有不同的側(cè)重點(diǎn)。

(4)質(zhì)量評(píng)價(jià)

質(zhì)量評(píng)價(jià)的具體步驟是：

① 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)系數(shù)。各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)系數(shù)的分配應(yīng)該由用戶根據(jù)各自的需求來確定；

② 各項(xiàng)指標(biāo)的質(zhì)量評(píng)價(jià)。單項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)中一般包括優(yōu)、良、合格和不合格，如何確定質(zhì)量等級(jí)是評(píng)價(jià)中需要著重解決的問題，這需要科學(xué)的論證和大量的實(shí)驗(yàn)相結(jié)合；

③ 綜合評(píng)價(jià)。一直以來，我國(guó)對(duì)遙感影像的質(zhì)量評(píng)價(jià)采取的主要是缺陷扣分，加權(quán)平均的方法，目前研究比較熱門的還有模糊綜合的評(píng)價(jià)方法。

3.2 結(jié)合人眼特性發(fā)展科學(xué)的影像構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)

影像是承載人眼感受信息的特殊數(shù)據(jù)，如果單純采用一般數(shù)據(jù)差異的計(jì)算方式來表達(dá)優(yōu)劣化必然會(huì)與主觀結(jié)果相偏離。所以可以這么說，人眼的主要視覺特性是研究影像構(gòu)像質(zhì)量的重要基礎(chǔ)。人眼視覺存在多種特性需要去探索，因此，要真正實(shí)現(xiàn)合理可靠的科學(xué)的對(duì)數(shù)字遙感影像構(gòu)像質(zhì)量的評(píng)價(jià)，就必須結(jié)合人眼視覺特性設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法，才能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法朝著科學(xué)可靠的方向發(fā)展，而要實(shí)現(xiàn)科學(xué)評(píng)價(jià)構(gòu)像質(zhì)量，就必須要考慮到如下人眼特性：

(1)多通道及視覺閾值

人的視覺系統(tǒng)是一個(gè)多通道結(jié)構(gòu)，它把輸入的影像分解成不同的感覺分量。每個(gè)感覺通道都有自己的閾值（稱之為視覺閾值），如果激勵(lì)值低于了通道的視覺閾值，人的眼睛就感覺不到該激勵(lì)。視覺閾值主要有時(shí)間性和空間性兩大特點(diǎn)。時(shí)間性體現(xiàn)在視覺的時(shí)間頻率響應(yīng)。研究表明其響應(yīng)類似于一個(gè)帶通濾波器，通常閃爍的臨界范圍（高過了此范圍，人眼感覺不出閃爍）在20～80Hz；而空間性特點(diǎn)則體現(xiàn)在視覺的空間頻率響應(yīng)，研究表明人眼空間感知能力具有帶通和低通濾波特性，對(duì)高頻部分的失真比低頻部分失真敏感，此外，這還與目標(biāo)及其背景的相對(duì)亮度有很大關(guān)系。

(2)掩蔽效應(yīng)

影響上述視覺閾值的一個(gè)很重要的原因是掩蔽效應(yīng)。掩蔽指的是當(dāng)存在多個(gè)激勵(lì)時(shí)，激勵(lì)間的互相干擾導(dǎo)致視覺閾值發(fā)生的變化現(xiàn)象。視覺閾值的存在使低于閾值的損傷不被覺察；而掩蔽的存在則使視覺閾值變化提升，使之能夠容納更多無法覺察的損傷。只要使人眼覺察不出來的損傷造成的影響事實(shí)上可以忽略不計(jì)。典型的掩蔽效應(yīng)主要有："對(duì)比掩蔽"（如人眼對(duì)損傷的敏感度在十分亮或者十分暗的區(qū)域下降）；"紋理掩蔽"（如人眼對(duì)損傷的敏感度在影像紋理復(fù)雜區(qū)比平坦區(qū)低）；"運(yùn)動(dòng)掩蔽"（如人眼對(duì)內(nèi)容隨時(shí)間變化大的影像塊的損傷敏感度低）等。

(3)視覺的興趣性測(cè)量

視覺經(jīng)驗(yàn)告訴我們，對(duì)于一幅給定的遙感影像，人眼對(duì)于不同的區(qū)域感興趣的程度是不一樣的，如河流、軍事目標(biāo)，人眼對(duì)軍事目標(biāo)的失真肯定會(huì)更加感興趣，而對(duì)其余部位（不感興趣的區(qū)域），則能允許較大失真的存在。

4 結(jié)語

一直以來有大量的科技工作者從事數(shù)字遙感影像構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的研究工作，但是都是概略的、不系統(tǒng)的，尤其是對(duì)于影像構(gòu)像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法的合理性和科學(xué)性沒有做分析探討，本論文結(jié)合數(shù)字遙感影像的構(gòu)像方法，對(duì)成像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了分析研究，給出了一些合理評(píng)價(jià)成像質(zhì)量的方法和建議。

[1]屠亮.影像地圖技術(shù)發(fā)展[J].遙感信息，2000,No.4

[2]熊興華,張麗.一種基于灰度預(yù)測(cè)誤差統(tǒng)計(jì)的影像質(zhì)量評(píng)價(jià)方法 [J].中國(guó)影像圖形學(xué)報(bào),2004,9(3):302-307.

[3]王鑫.數(shù)字影像質(zhì)量控制與評(píng)價(jià)研究[D].北京:解放軍信息工程大學(xué)測(cè)繪學(xué)院,2006.