Корректное преобразование мультиспектральных растров в RGB с настроенной гистограммой
Введение
В данной статье описывается способ сохранения изображения с настроенным отображением (измененной гистограммой) в новый файл с использованием ArcGIS. В большинстве случаев гистограмму растрового изображения при добавлении его в ГИС необходимо подстроить для улучшения отображения. Под подстройкой понимается процесс преобразования входных значений пикселей к виду отображения на экране компьютера. Наиболее часто используются следующие методы изменения гистограммы: изменение яркости, контраста, обрезка и растяжение на стандартное (среднеквадратичное) отклонение, ручное изменение функции преобразования и др. ГИС ArcGIS по-умолчанию применяет к изображению (в случае если посчитана статистика) метод растяжения два стандартных отклонения (95% пикселей) гистограммы. Это помогает обрезать (сбросить в 0 и 255) тонкие хвосты гистограммы и улучшить общую контрастность изображения.
Постановка задачи
Если открывать растровое изображение в графическом редакторе, то отображение в нем, как правило, будет отличаться от того, что показывает ПО ГИС, так как графические пакеты автоматически не производят оптимизацию гистограммы изображения - каналы RGB формируются из исходных каналов снимка.
- Спутниковый снимок ETM+ (устье р. Анабар, Якутия, каналы 5-4-3)
исходная гистограмма
растяжение до 0-255 двух стандартных отклонений исходной гистограммы
При подготовке изображений спутниковой съемки для публикации может возникнуть задача сохранения снимка в формате обычного RGB-растра с уже измененной гистограммой. Такая задача возникает часто для подготовки снимков для просмотра вне ПО ГИС, но публикация в WEB имеет определенную специфику - необходимо корректное сохранение значений NoData, чтобы они, соответственно, могли быть сделаны невидимыми. Рассмотрим решение задачи сохранения снимка в формате обычного RGB-растра с использованием ГИС ArcGIS.
Экспорт мультиспектральных растров в RGB
В ArcGIS имеется специальный инструмент для сохранения растра, загруженного в проект в виде отображаемого RGB - щёлкнув правой кнопкой на нужном растровом слое в TOC, и выбираем "Экспорт данных". В открывшемся диалоговом окне выбираем "Использовать метод отображения" "RGB". При этом в выходной файл изображениt будет сохранено с измененной гистограммой, она будет соответствовать текущей настройке гистограммы изображения.
Однако, все не так просто как кажется - ряд ненулевых (но близких к нулевым) значений экспортируемого растра после такого экспорта "сваливается" в 0, что очень критично для водоемов. Просмотр такого растра со включенной прозрачностью для значений NoData (как правило 0,0,0) по меньшей мере не эстетичен - водоемы уходят в "провал".
исходное RGB изображение
результат сохранения в файл с выставленным значением NoData равным 0 (в озерах проявляется белый фон)
При помощи инструмента "Инспектор пикселов", имеющегося в ArcGIS, удалось установить причину явления и устранить ее. Выводим на панель инструментов инструмент "Инспектор пикселов" - "Панели инструментов-Настройка-Команды-Растр" - вытягиваем обе кнопки на любую панель инструментов.
При использовании инструмента слева от TOC появится таблица со значениями каналов растра, а сам курсор примет вид "палетки". Идем в район, где у нас "провалились" значения и смотрим, переключаясь между вкладками истинные и отображаемые в RGB с учетом растяжки значения видимых на экране каналов растра, и видим, что при использовании метода стандартного отклонения, наиболее низкие значения каналов "срезались" в 0. А отключение фона в ArcGIS происходит не по отображаемым, а по исходным значениям каналов растра, поэтому мы и не видим этих провалов в отображении.
истинные значения пикселов
отображаемые (подстроенные) значения пикселов
Как выяснилось, избежать этого очень просто. Идем в свойства изображения - символы - гистограма, при этом растяжка по среднеквадратичному отклонению включена, и видим, что часть значений (и значительная!) оказалась срезанной. Просто сдвигаем этот узел гистограммы влево до 0. Подтверждаем изменения и "Инспектором пикселов" смотрим значения RGB. Цветовая картина на мониторе изменится крайне незначительно для целей просто визуальной публикации.
Как видно из таблицы RGB-пикселов, теперь в районе "провала" полностью нулевых значений нет ни в одном пикселе. Теперь экспорт произойдет корректно, и значения NoData (0,0,0) в выходном растре будут только там, где действительно нет данных.
Отображение в QGIS
Необходимо отметить, что некоторое ПО ГИС, например QGIS, по умолчанию делает прозрачным наличие значения NoData в любом канале растра. То есть, если выставить значение "Нет данных" равное нулю, то станут прозрачными все пиксели значение которых равно нулю в любом канале. Чтобы этого не происходило, в поле настройки прозрачности изображения, надо оставить изначальное значение, а нули выставлять в значения всех трех каналов. Таким образом, пиксели для которых значение NoData присутствует только в одном из каналов не будут прозрачными и отображение будет корректным.
Автор благодарит Д.Барышникова (Bishop) за указание правильного направления решения проблемы.