一种基于直方图变换的光学遥感影像自动增强方法

Ｉ 像 的清 晰 度 、对 比度 等 视 觉 特 征 是 图像 质 量 的重要 因 素 。由于遥 感 成像 受大 气 、雾 、光照 等 因素 的影 响 ，造成 大 多数遥 感 图像 影像 对 比度低 、 清 晰度 足 ，直 接 影 响 后 续 工 作 。经 过 有 效
增 强 处理 后 的图 像 ，对 遥 感 应 用 分 析 具 有 很 好 的 促 进 作用 。因而 ，在 进 行 应 用 分 析 之 前 对 遥 感 图像 的对 比度 、清 晰度 、色 彩等 质量 因素实 施适 当 的增 强处 理是 非 常必 要 的 。
收 稿 日期 ：２０１５－０３—１６ 基 金 项 目 ：国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （４１１７１０９０） 作 者 简 介 ：刘 新 颜 ，女 ，新 疆 库 尔 勒 人 ，博 士 生 ，从 事 旅 游 信 息 科 一 种 基 于 直方 图变 换 的 光 学 遥 感 影 像 自动 增 强 方 法
２．Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ ａｎｄ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｉｎｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ，Ｘｉ ａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ
Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ：Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｘｉ ａｎ ７１０１ １９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ ａｎｄ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｍ ｏｔｅｌｙ ｓｅｎｓｅｄ ｉｍ ａｇｅ ａｒｅ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｉｍ ａｇｅ ｑｕａｌｉ— ｔｙ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａ ｎｏｖｅｌ ｓｅｌｆ—ａｄａｐｔｉｖｅ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒａｓｔ ａｎｄ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｎｏｎｌｉｎ— ｅａｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｉｓ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｈｉｓｔｏｇｒａｍ ｏｆ ａｎ ｉｎｐｕｔ ｉｍ ａｇｅ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍ ａｇｅ， ａｎｄ ｔｈｅｎ ｌｉｎｅａｒ ｓｔｒｅｔｃｈ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｘｐａｎｄ ｔｈｅ ｇｒｅｙ ｌｅｖｅｌ ｔｏ ｆｕｌｌ ｐｅｒｍｉｔｔｅｄ ｒａｎｇｅ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｉｍ ｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｓｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ａ ｌｉｔｔｌｅ ｌｏｓｓ ｏｆ ｉｎｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｅｎｔｒｏｐｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｓ ｒａｔｈｅｒ ｆｉｎｅ ｔｈａｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍａｉｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ． Ａｌｓｏ，ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｂｏｔｈ ｐａｎｃｈｒｏｍ ａｔｉｃ ａｎｄ ｃｏｌｏｒｆｕｌ ｒｅｍｏｔｅｌｙ ｓｅｎｓｅｄ ｉｍａｇｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｈｉｓｔｏｇｒａｍ ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ； ｃｏｎｔｒａｓｔ ｓｔｒｅｔｃｈ； ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｅｒｆｈａｎｃｅｍｅｎｔ； ｖｉｓｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ； ｓｅｌｆ—ａｄａｐｔｉｖｅ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ
摘要 ：对 比度 、清 晰度 等视 觉效 果是 影 响 图像 质 量 的重要 因素 。针 对光 学遥 感 图像 对 比度 和 清晰度 改善 问题 ，提 出 了一 种新 的视 觉 效 果 自动 增 强模 型 。首 先 对输 入 图像 的 直 方 图 采 用非 线性 变换 ，在保 持 灰度 级 有效 分布 的前提 下 充分压 缩灰 度分 布 范 围 ，从 而获得 优化 的 变换 系数 ，然后 再 利 用线性 拉伸 算 法将 图像 灰度 扩 展 至 整 个灰 度 域 。 实验 和 对 比结 果 表 明 ，所提 出的增 强模 型在很 小的信 息熵 损 失条 件 下 能 较 大 幅度 地 提 高 图像 的 对 比度 和 清晰度 ，获 得 比 目前 主要 算 法更 好 的增 强结 果且 效 果稳 定 ，可适 用 于全 色 图像 和彩 色图像 视 觉效果 的全 自动 化增 强 处理 。 关 键 词 ：直方 图优 化 ；对 比度增 强 ；清晰 度增 强 ；视 觉效果 改善 ；自适 应增 强 中图分 类 号 ：ＴＰ７５３ 文献标 识 码 ：Ａ ＤＯＩ：１０．１６１５２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｘｄｘｂｚｒ．２０１６－０３－０２５
遥 感 图像增 强 在遥 感 图像处 理 中 占有重 要地 位 。增 强 的 目的是 为 了改 善 图像 的清 晰 度 、对 比度 等视 觉 效果 ，从 而 提 高 图像 的可 读 性 和 信 息 解译 能力 。针对 图像 增 强 问题 ，目前 已有 灰 度 线 性 拉 伸 、直 方 图 均 衡 、Ｃｏｎｔｏｕｒｌｅｔ变 换 、Ｒｅｔｉｎｅｘ 增 强 方 法 ， 、灰 度 世 界 等 多 种 增 强 方 法 线性 拉伸 在 实 际应 用 中使 用 最 为 广 泛 ，但 该 方 法 对 于灰度 分 布严 重不 均 的图像 增强 效果 有 限 。直 方 图均衡 的 目的是 通 过变换 使 得均 衡后 的图像灰 度在 每一 个 灰度 级上 等概 率 分 布 ¨ ，从 而提 高 图 像对 比度 。这种 方 法 虽 能 增 加 图像 对 比度 ，但 处 理后 的 图像视 觉效 果往 往 生硬 、不够 柔 和 ，甚 至质 量 恶化 Ｊ，在遥 感 图像 处 理 中较 少 应 用 。直 方 图 截 断增 强 方 法 将 直 方 图两 端 累 积 概 率 分 别 达 到 ２％时所 有 灰度 级分 别合 并 ，然后 再利 用线 性 变换 实现灰 度 拉伸 。这 种方 式较 好 地压缩 了原始 图像 的分 布范 围 ，因而具 有 相对 较好 的增 强效 果 ，在遥 感 图像 实 际应 用 处 理 中被 广 泛 采 用 。但 是 ，这 种 方 法会 造成 灰度 值 较 高和较 低 的区域 丢失 图像 细 节 ，而 且对 于 直方 图两 端 均 具有 较 高 概率 分 布 的 图像 ，常常 达不 到增 强 的 目的 。
Ａ ｎｏｖｅｌ ａｕｔｏｍ ａｔｉｃ ｅｎｈａｎｃｅｍ ｅｎｔ ｍ ｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ
ｒｅｍ ｏｔｅｌｙ ｓｅｎｓｅｄ ｉｍ ａｇｅ
ＬＩＵ Ｘｉｎ—ｙａｎ ，ＬＩＵ Ｊｉａ－ｈａｎｇ ，ＹＡＮ Ｊｕｎ—ｐｉｎｇ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｏｕｒ ｉｓｍ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ ａｎ ７１０１１９，Ｃｈｉｎａ；
西北大学学报 （自然科学版 ） ２０１６年 ６月 ，第 ４６卷 第 ３期 ，Ｊｕｎ．，２０１６，Ｖｏ１．４６，Ｎｏ．３
ＪＮＷ Ｕ
· 环境 科 学 ·
一 种 基 于 直 方 图 变 换 的 光 学 遥 感 影 像 自动 增 强 方 法
刘新 颜 ，柳 稼 航 ，延 军平
（１．陕西师范大学 旅游与环境学 院 ，陕西 西安 ７１０１１９；２．中国科学院 西安光学精 密机 械研 究所 遥感与智能 信息系统研究室 ，陕西 西安 ７１０１１９）