1、高位动态遥感影像可视化算法研究第 28 卷第 1 期安徽理工大学(自然科学版)2008 年 3 月JournalofAnhuiUniversityofScienceandTechn0l0gy(NaturalScience)V01.28No.1Mar.2008高位动态遥感影像可视化算法研究李山山,彭嫂 1,孙小芳.,郝君.(1.安徽理工大学地球与环境学院,安徽淮南 232001;2.福建闽江学院地理科学系,福建福州 3501083.温州市规划信息中心,浙江温州 325000)摘要:高位动态遥惑影像由于其亮度范围高于普通遥惑图像 ,普通设备无法直接显示.利用基于分段线性变换算法实现了其可视化.实验
2、证明,此方法是一种快速,有效的可视化算法.关键词:高位动态影像;分段线性变换(PLT);可视化中图分类号:P237 文献标识码:A 文章编号:16721098(2008)01 000603StudyonVisualizationAlgorithmforHDRRemoteSensingImageLIShanshan,PENGMan,SUNXiaofang.,HAOJun.(1.SchoolofEarthScienceandEnvironmentalEngineering,AnhuiUniversityofScienceandTechnology,HuainanAnhui232001,China;
3、2.DepartmentofGeographicScience,MinjiangInstitute,FuzhouFujian350108,Chinal3.PlanningIn-formationCentreofFuzhou,FuzhouZhejiang325000,China)Abstract:HighDynamicRange(HDR)remotesensingimagesarenotdirectlydisplayedoncommondisplaydevicesforitshighbrightnessleve1.Inthepaperanewmethodofpiecewiselineartran
4、sformationalgorithmisproposedtorealizevisualizationofHDRremotesensingimage.Experimentresultsshowthatthealgorithmisafastandeffectivevisualizationmethod.Keywords:HDR;PLT;visualizati0n目前,高位动态影像(HighDynamicRangeImages,HDR)由于其亮度范围要高于普通遥感图像,能够更加接近真实景物,在摄影测量及遥感中有着广泛应用.其中以 12 一 bit 影像的应用尤为广泛,如 IKONOS 卫星影像,图
5、像的亮度最高可达4096 级,可获取地物更多纹理细节并达到更高的精度,有利于图像识别和匹配.但普通显示设备只能显示 8 位及以内的影像,因此要显示高位动态遥感影像,需要将其从 12 位区间压缩至 8 位区间.本文提出一种基于自适应分段线性变换算法,对高位动态影像进行像素灰度重建,实现高位动态遥感影像可视化.61 高位动态影像可视化1.1 分段灰度变换基本思想分段灰度变换是将图像灰度区间分成两段乃至多段分别作灰度变换(见图 1).分段灰度变换法的优点是可以根据需要拉伸特征目标的灰度细节,相对抑制不感兴趣的灰度级.区间边界可以通过键盘交互式输入的方法来确定,因此是一种比较灵活的方法且易于硬件实现.
6、收稿日期 t2OO71OO9基金项目:安徽理工大学青年科学研究基金资助项目 (QN200603);福建省青年科技人才创新资助项目(2006F3098)作者简介 t 李山山(1979 一),男,湖北襄樊人,硕士,主要从事遥感和地理信息系统方面的教学与科研工作.第 1 期李山山,等:高位动态遥感影像可视化算法研究6.,adbfox?)图 1 分段线性变换示意图分段线性变换遵循以下规则:厂(,)=I(厂一口)+口口f(x,)fIf aI,譬(厂一 f)+fff(x,)d(1)【(厂一 )+厂(,)6图 1 中 f(x,)为图像的灰度变换范围;厂(,)为显示输出的灰度范围;f 和 f,d 和 d 为分
7、段线性变换的分段点.1.2 确定 PLT 分段点分段线性变换算法中,分段点的选择是关键问题(见图 1).分段点 f 和 f,d 和的位置控制着整个函数的形状.最简单的方法就是采用固定的区间,对所有图像进行相同的变换.但实际图像的内容复杂多样,其直方图分布也各具特点,要找到一个对所有图像都适用的变换区间是不可能的.因此好的算法必须结合图像的具体特征变化,即算法的自适应性.在对高位动态遥感影像可视化目的的基础上,提出自适应的分段线性变换.在高位动态影像可视化过程中(见图 1),若满足一aIIfaII 一 fIIdfIJb 一 dJJbdI(2)则表示扩展第一区间和第三区间,压缩第二区间.即将 12
8、 一 bit 遥感影像的可视化目标极暗区域和极亮区域进行扩展.根据图像处理中,影像最佳阶调范围的划分,第二区间过渡段区域占据了图像直方图 85o,495%以上像素数目范围,因此选择合理的范围适当压缩过渡区间,能够保证在提高影像可视化质量的同时,获取更多的特征目标的纹理细节信息.为了进行算法的相关计算,作如下相关定义:频率为灰度值重复次数与总像素数的比值,即图像出现某灰度值的百分比;灰度最频值为直方图中具有最大像素频率;口, 灰度级 a 所对应的频率为极暗区域分段点为灰度级变换前后分别表示为 c,c:;极亮区域分段点为灰度级变换前后分别表示 c.,c:.首先,将 12 一 bit 影像的像素灰度
9、归一化,利用公式f(x,)一(3)将影像灰度归一化到O,1.其中 g(,),f(x,)为变换前后影像灰度值.min,max 为 12 一bit 高位动态影像灰度极小值与极大值.其次,分别界定两个扩展区域的高位动态影像边界灰度 c,c.以灰度最频值为中心分别以 “离心“ 方向同时进行灰度频率累积至总频率达到 95%f2停止.即满足:,l 一 95%,得到 f,fz.再次,获得灰度边界 c,c.在可视范围内对应边界 c;,c;.分别以 c 为起步点,以灰度最频值为中心分别以“向心“ 方向同时进行灰度频率累积至灰度总频率达到 9O 停止.由于要保证极亮及极暗区域内的像素灰度得到充分拉伸,所积累总频率
10、应小于 95,同时不能使中间段区域的纹理信息损失f2过多,由经验值得总频率为 90 较宜,即满足:-l=fl一90,得到 c,;然后将 c,c 分别变换到 8 位空间得到其对应灰度值 c:,c;.最后,得到分段点分别为(ct,c:)与(cz,c:).l0.8,0.6H0.40.2000.20.40.60.8lf(x,)图 2 整个区间内 PLT 曲线7安徽理工大学(自然科学版)第 28 卷1.3 确定 PLT 直线综上所述,整个 PLT 算法曲线由三部分直线构成(见图 2),变换后函数表达式为,I(z,y)一 Cl(厂 (z,y)一 min)If(x,y)Emin,f1)(z,);爱_三三(厂
11、(z,)一 c)+If(x,)Ec1,f.I(z,y)一( 厂,y)一 max)+255【.f(x,y)(f2,max.(4)式(4)中,f(x,y),S(x,y) 表示处理前后像素的灰度.(c,fi) 与(c.,c:)为分段线性变换分段点.通过式(4)建立查找表 ,对原图像进行像素灰度处理.2 实验结果及分析将原 12-bit 影像直方图与 PLT 变换后影像直方图进行比较,如图 3 所示.影像的极暗和极亮区域变换后都得到了有效扩展;中间的过渡段区域内,直方图形状不变,保持了原图像灰度频率.8静嚣瑙静嚣瑙1000l5002000像素灰度值(a)原 12 一 bit 影像直方图(极暗区域)(b
12、)PLT 变换后影像直方图(极暗区域)静嚣瑙静嚣瑙(c)原 12 一 bit 影像直方图(极亮区域)(d)PLT 变换后影像直方图(极亮区域)图 3 变换前后直方图根据直接线性变换以及 PLT 变换进行高位动态影像可视化(见图 4).图 4 中白色箭头指向暗调层像素建筑物遮蔽区域以及亮调层内由于曝光过强造成反光的屋顶区域,图 4a 中显示基本无层次感,图 4b 中层次感明显增强,显示出更多细节信息,同时保持图像中其它区域色调,整体图像质量提高.3 结论针对高位动态影像可视化,提出了基于分段线性变换(PLT) 的算法.算法根据图像直方图自适应确定 PLT 分段点,使极暗区域和极亮区域得到有效扩展
13、,尽量捕获符合原始地物特点的细节纹理.较直接线性变换方法,图像的整体质量得到明显提高.实验证明此方法是一种简单,快速,有效的可视化算法.(下转第 15 页)第 1 期王锐刚,等:利用活性炭纤维吸附废水中 CCI.的试验研究行,吸附基本符合 Freundlich 吸附等温线.吸附等温线方程为 g 一 0.52C“,属于难吸附物质 .静态吸附容量为 58.07mg/g.(2)ACF 对 CC1.的吸附平衡时间短,3min 就能达到吸附平衡.(3)处理含 CCI.废水的理想条件为:pH 一 1,t=25 ,f 一 30rain,最大的去除率能达到 9O.(4)ACF 脱附后,吸附能力变化不大.可反复
14、再生使用.参考文献:1蔡体凯.纤维活性炭在环境保护中的应用J.城市环境与城市生态,1992,5(3):44 46.2陈芳艳,唐玉斌 ,茅新华.活性炭纤维对水中重金属离子的吸附研究J.辽宁城乡环境科技,2002,22(2):22.29.(上接第 8 页)参考文献:(a)直接线性变换后王海荣,刘秉涛,邵坚.活性炭纤维处理苯酚废水的静态吸附性能研究J.郑州大学,2006,38(1):8890.郑言波,杨海,苏明伟,等.活性炭纤维处理丙烯酸废水的研究J.应用化工,2006,35(3):198200.RoSYMUFTlKlAN,QUlNTUSFERNAND,NICKoRT.Amethodforrapid
15、dechlorinationoflowmolecularweightchlorinatedhydrocarbonsinwaterJ,Wat.Res.1995,29(10):24342439.中华人民共和国卫生部.GB574985 生活饮用水卫生标准S.北京:中国标准出版社,1985.RoBERTJHUNTER.IntroductiontomoderncolloidscienceM.Oxford:OxfordUniversityPress,1992,174.176.(责任编辑: 宋晓梅)图 4 不同变换亮调区间结果1ERIKREINHARD,PAULDEBEVEC,GREGWARD?HighDynamicRangeImaging:TheoryandPracticeJ.SIGGRAPH,2006,Course(5):21.23.2李治江.彩色影像色调重建的理论与实践D. 武汉;武汉大学,2005.(b)PLT 曲线变换后3马桃林.彩色图像的输入指标对层次再现的影响J.武汉大学(信息科学版),2005,30(9):829832.3贾永红.数字图像处理 M.武汉:武汉大学出版社,2006.(责任编辑: 宋晓梅)15口 I!l
