[科普中國]-重采樣

重采樣是指根據(jù)一類象元的信息內(nèi)插出另一類象元信息的過程。在遙感中，重采樣是從高分辨率遙感影像中提取出低分辨率影像的過程。常用的重采樣方法有最鄰近內(nèi)插法（nearest neighbor interpolation）、雙線性內(nèi)插法（bilinear interpolation）和三次卷積法內(nèi)插（cubic convolution interpolation）。

重采樣定義一種影像數(shù)據(jù)處理方法。即影像數(shù)據(jù)重新組織過程中的灰度處理方法。影像采樣是按一定間隔采集影像灰度數(shù)值的，當(dāng)閾值不位于采樣點上的原始函數(shù)的數(shù)值時，就需要利用已采樣點進(jìn)行內(nèi)插，稱為重采樣1。

應(yīng)用領(lǐng)域在數(shù)字?jǐn)z影測量和遙感中，實際的重采樣發(fā)生在影像旋轉(zhuǎn)、核線排隊、數(shù)字糾正和多重影像的復(fù)合過程中。

不同的像元坐標(biāo)在進(jìn)行配準(zhǔn)、糾正和投影等幾何變換后，原本的像元中心位置往往會發(fā)生一些變化，其在輸入柵格中的位置所在的行列號不一定是整數(shù)，因此需要根據(jù)輸出柵格上每個像元在輸入柵格中的位置，對輸入柵格按一定規(guī)律進(jìn)行重采樣操作，即進(jìn)行每個柵格值的重新計算，建立新的柵格矩陣。這就要求配準(zhǔn)之后進(jìn)行影像重采樣。在不同分辯率的柵格及影像數(shù)據(jù)之間運算時，也需要用到重采樣，通常采取將柵格大小統(tǒng)一到一個指定的分辯率上，即每個像元的位置、相同區(qū)域像元的數(shù)目也將發(fā)生變化。SuperMap Deskpro。NET提供了三種常用的重采樣方法:最鄰近法、雙線性內(nèi)插法及三次卷積法2。

重采樣方法遙感圖像的幾何校正實際上就是圖像重采樣的過程，首先需要找到一種數(shù)學(xué)關(guān)系，建立起圖像校正前的坐標(biāo)(X,Y)于校正后坐標(biāo)(u,v)的關(guān)系。然后重采樣得到校正后影像的灰度值。常用的重采樣方法有最鄰近法、雙線性內(nèi)插法以及三次卷積內(nèi)插法2。

最鄰近法最鄰近法是將與該影像中距離某像元位置最近的像元值作為該像元的新值。該方法的優(yōu)點是簡單高效，運算速度快，且不會改變原始影像柵格值，缺點是最大會產(chǎn)生半個像元大小的位移，計算不夠精確。適用于表示地塊分類或某種專題地圖的離散數(shù)據(jù)，如森林覆蓋、土地利用分類、植被類型統(tǒng)計等。以下示意圖為柵格數(shù)據(jù)經(jīng)過平移及旋轉(zhuǎn)等幾何變換之后，輸出柵格采用最鄰近法重采樣，其中黑色線框表示的是輸入柵格，藍(lán)色填充表示的是輸出柵格，紅色的點表示輸出柵格某一像元的中心位置，其柵格值需要重新計算，在這里取距離它最近的輸入柵格的值作為它的新值3。

雙線性內(nèi)插法雙線性內(nèi)插法是通過取采樣點到周圍4鄰域像元的距離加權(quán)來計算其柵格值新值。具體操作是首先在Y方向做一次內(nèi)插(或X方向)，再在X方向(或Y方向)內(nèi)插一次，通過距離加權(quán)計算得到該像元的柵格值。用該法進(jìn)行重采樣，結(jié)果往往會比最鄰近法重采樣的結(jié)果更加光滑，但是會改變原來的柵格值，丟失一些局部細(xì)微的特征。適用于表示某種現(xiàn)象分布、地形表面的連續(xù)數(shù)據(jù)，如DEM影像、溫度統(tǒng)計、降雨量分布、坡度等，這些數(shù)據(jù)一般就是通過采樣點多次內(nèi)插得到的連續(xù)表面。以下示意圖為柵格數(shù)據(jù)經(jīng)過平移和旋轉(zhuǎn)等幾何變換之后，輸出柵格采用雙線性內(nèi)插法重采樣，其中黑色線框表示的是輸入柵格，藍(lán)色填充表示的是輸出柵格，紅色的點表示輸出柵格某一像元的中心位置，其柵格值需要被重新計算，在這里取距離它最近的4個輸入柵格的值通過距離加權(quán)平均來計算新值3。

三次卷積內(nèi)插法三次卷積內(nèi)插法是一種精度較高的方法，同時運算量較大，它是通過增加參與內(nèi)插計算的鄰近像元的數(shù)目來達(dá)到最佳的重采樣效果。取采樣點到周圍16鄰域像元距離加權(quán)來計算新的柵格值，具體操作與雙線性內(nèi)插法類似，分別在Y方向內(nèi)插四次(或X方向)，再在X方向(或Y方向)內(nèi)插四次，最終經(jīng)距離加權(quán)得到該像元的柵格值。使用該方法進(jìn)行重采樣往往會增強柵格的細(xì)節(jié)表現(xiàn)，但是算法冗雜，計算量較大，與雙線性內(nèi)插法類似，會改變原來的柵格值，甚至可能會超出輸入柵格的邊界范圍。適用于航片和傳統(tǒng)遙感影像的重采樣。以下示意圖為柵格數(shù)據(jù)經(jīng)過平移和旋轉(zhuǎn)等幾何變換之后，輸出柵格使用三次卷積內(nèi)插法進(jìn)行重采樣，其中黑色線框表示的是輸入柵格，藍(lán)色填充表示的是輸出柵格，紅色的點表示輸出柵格某一像元的中心位置，其柵格值需要重新計算，在這里取距離它最近的16個輸入柵格的值通過距離加權(quán)平均計算新值3。

由上分析可知，最近鄰法計算簡單、運算量小，且不破壞原始影像的灰度信息，但是視覺效應(yīng)差，幾何精度只能達(dá)到±0.5個像元，采樣后圖像的不連續(xù)性較突出；三次卷積內(nèi)插法會使圖像邊緣增強，但是計算量太大，適合高精度的影像處理要求；雙線性內(nèi)插法克服了最近鄰法使圖像不連續(xù)的缺點，計算較三次卷積內(nèi)插法簡單，不足的是圖像邊緣受到平滑作用，會出現(xiàn)輪廓模糊現(xiàn)象。實際應(yīng)用中，往往采用雙線性內(nèi)插法進(jìn)行像元灰度值的重采樣就可以達(dá)到一般要求3。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

胡建平 - 副教授 - 西北工業(yè)大學(xué)