遥感影像辐射质量评价论文

1遥感影像辐射质量的单指标评价方法

1.1灰度级分布评价

影像灰度级指像素点的亮暗差别，不同的灰度级分布情况将在影像上体现不同的明暗程度、对比度等。灰度直方图是表达影像灰度分布的有效工具，它反映影像中各灰度级与出现频率之间的统计关系。

1.2信息量评价

遥感影像信息量评价是从信息论的角度出发，通过度量影像所包含的信息对影像做出评价。信息熵是一种常用的影像信息量评价指标，它可以度量影像亮度值分散程度和均匀程度，这和上述的灰度级分布评价相类似，但在影像信息量评价中，需要顾及影像的像素数量及其波段数量。

1.3清晰度评价

清晰度指影像上各细部影纹及其边界的清晰程度，是反映遥感影像质量的重要因素，本文将介绍3种清晰度的评价方法，即平均梯度法、灰度共生矩阵法、灰度－梯度共生矩阵法。对影像中的每一个像素分别计算其梯度值，然后对所有像素的梯度取均值即得影像的平均梯度。一般情况下，平均梯度越大，表示影像越清晰。

1.4分辨率评价

上述的清晰度评价指标都是宏观统计量，在评价影像时会存在一定的局限性。国内外通常利用调制传递函数（ModulationTransferFunction，MTF）对遥感影像的空间分辨率进行客观评价。MTF是成像系统在各个空间频率处，像方调制度除以物方在此频率处调制度所得的函数，它所反映的是成像系统对目标物成像过程中信号的扩散与削弱程度，具有信息客观、可量测、可传递等优势，因此被广泛应用。值得注意的是，MTF曲线的获取一般都需要人工选定具有某种特征的影像数据，如刃边法中需要选取均匀亮、暗地物的边界。这也为追求效率的业务化应用带来了诸多不便。因此，要为了实现MTF评价的自动化，国内外学者近期提出了一些改进的方法，基本思路是通过边缘检测方法获得影像中所有边缘的位置，再通过进一步优化选择确定最优的直线边缘用于MTF的估计。该类方法可以在整个评价过程中摆脱人工干预，代表了最新的发展趋势。

1.5噪声评价

在遥感影像的获取、传输、处理等过程中，经常会产生各种各样的噪声，如脉冲噪声、条带噪声、压缩噪声等，此外，影像镶嵌产生的亮度不均匀也可以看作是一种噪声。对影像中的噪声进行评价，一般需在影像中选取一定大小的均匀区域，通过计算某种评价指标进行，选择均匀区域的目的是排除边缘、纹理等细节信息的影响。

1.6云量评价

在光学遥感中，云覆盖是造成遥感数据可用性降低的重要因素，因此云量检测是遥感影像辐射质量评价的重要内容之一。云量检测的方法多种多样，如阈值法、聚类分析法、纹理分析法等。然而，在业务化云检测系统中，阈值法仍然是最为常用的方法，一般可分为直接阈值法和云指数阈值法。直接阈值法是在影像中选取一个或多个谱段，通过对反射率或亮温数据直接设定阈值，确定云区的覆盖面积。

1.7无效像元评价

在遥感影像的四周经常会存在一定数量的无效像元，最常见的即为影像几何校正、数字镶嵌之后的黑边或白边。这些区域并不含有实际的信息，如果影像中的无效像元比例过大，则说明影像的可用性不高，另外在前述的基于直方图统计的评价中，也需要将这些点和真实数据进行区分，因此无效像元检测也是遥感影像辐射质量检查中不可忽略的因素。值得注意的是，在影像质量的综合评价中，无效像元的评价更显得尤为重要。因为影像中如果存在大量的无效像元，则其灰度分布信息、信息量、清晰度和噪声等指标都将受到影响，无疑会导致评价结果的失真。只有将无效像元全部检测出并加以排除后才能获得真实反映影像辐射质量的各项指标。

1.8基于参考影像的评价

在遥感影像评价中，如果已存在一幅高质量的标准参考影像，则可利用该影像对其他影像进行评价。基于参考影像的评价直接、客观，可避免对目标影像进行单独检查时存在的诸多未知因素和不确定性。当前，国内外学者已发展了多种评价指标，如平均绝对误差、均方误差、峰值信噪比、相关系数、光谱角等，，但这些方法要求影像之间必须严格配准，这在遥感影像评价中很难满足。而交叉熵则不受上述约束限制，因为它是基于两幅影像的整体辐射统计信息。

2遥感影像辐射质量评价方法

如上所述，表征一幅遥感影像辐射质量的指标往往有多个，而遥感用户可能仅关心遥感影像的整体辐射质量，这就需要对多指标的评价结果进行综合评判，并输出一定的质量等级。影像的等级数量可根据需要而设定，但一般情况下可按照国家标准GB／T18316－2001《数字测绘产品检查验收和质量评定》进行质量评级，将影像分为优、良、合格和不合格4种等级。

2.1直接加权综合评价法

直接加权综合评价方法的步骤是：针对每一个评价指标，设定不同质量等级的阈值；根据实际应用情况，设定每一项指标在综合评价中的权值，并使得权值和为1；根据各评价指标的计算公式，对影像分别进行辐射质量评价，并输出单项指标的评价结果；根据所设的权值计算不同质量等级的综合值，最大综合值对应的等级即代表综合评价的等级。

2.2模糊综合评价法

在遥感影像辐射质量评价中，影像质量等级之间其实并没有一个明确的界线，因此上述直接加权综合评价方法存在一定的不合理性。模糊综合评价法是根据模糊数学的理论，对遥感影像的辐射质量进行综合评价。在模糊综合评价中，需首先确定因素论域U和评语论域V，因素论域指的是在评价中考虑的评价指标，评语论域则指评价中所分的质量等级。

3结束语

本文从遥感影像的多种辐射降质因素出发，对国内外现有的评价方法进行系统的总结、归纳和发展，针对影像灰度分布、信息量、清晰度、分辨率、噪声、云量、无效像元等多个指标，给出了相应的评价方法及其最新发展动态；对于存在参考影像的情况，重点介绍了基于交叉熵的评价方法；总结了辐射质量的多指标综合评价方法；最后，通过实验证明了影像辐射质量综合评价的有效性。总体来看，遥感影像辐射质量评价方法在不断发展，各种方法的思想由简单到复杂，考察内容由单指标评价逐渐变得多元化和综合化，评价适用范围也由窄及宽。尽管如此，由于遥感成像的复杂性，该领域仍有较大的发展空间，例如，一些方法在自动化程度、评价效率或参数确定等方面的不足都会限制其应用。因此，要提高遥感影像辐射质量评价的业务应用水平，在这些方面还需要进一步的研究和发展。

作者:王荣彬李平湘季宏伟张嘉单位:武汉大学中国土地勘测规划院