📚 课程目录第4章矿区影像快速预览与质量检查

4. 矿区影像快速预览与质量检查

Landsat 9 的一景 Level-1 或 Level-2 产品解压后通常包含 11 个波段文件、一个 QA 质量波段以及元数据文件，单景数据量在 1 GB 上下。在正式进入辐射定标、大气校正、裁剪与指数计算之前，先花十几分钟做一次快速预览与质量检查，可以避免把云量过高、条带缺失或无效值异常的影像带入后续流程，从而节省大量返工时间。本节围绕四个动作展开：波段组合显示、直方图统计、无效值识别，以及基于前三者做出的可用性判断。

一、先建立“看什么”的参照：波段组合的物理含义

Landsat 9 的 OLI-2 传感器波段设置为：B1 海岸气溶胶、B2 蓝、B3 绿、B4 红、B5 近红外、B6 短波红外1、B7 短波红外2、B8 全色、B9 卷云；TIRS-2 提供 B10、B11 两个热红外波段。矿区预览最常用的三种组合各有明确用途：

真彩色 4-3-2（红-绿-蓝）：接近人眼所见，用于判断地物类型、道路与建筑分布、水体颜色，是向非遥感专业方沟通时最直观的组合。
标准假彩色 5-4-3（近红外-红-绿）：植被呈红色，裸岩、尾矿库、排土场、裸露地表呈灰白或青灰色，是识别矿区扰动范围与植被恢复情况的主力组合。
短波红外组合 7-6-4 或 6-5-4：对含水矿物、铁染蚀变和土壤湿度敏感，适合观察酸性矿山排水影响区、尾矿表面湿度差异与采坑边坡岩性变化。

实际操作中，在 QGIS 中通过“图层属性 → 符号化 → 多波段彩色”指定 R/G/B 对应波段即可；在 ENVI 中使用 Band Math 或 Layer Stacking 后以 RGB 通道加载；在 Python 中可用 rasterio 读取三个波段并堆叠为三通道数组，再用 matplotlib 的 imshow 显示。需要注意两点：一是显示拉伸方式应选择 2% 线性拉伸或标准差拉伸，否则矿区高反射的裸岩与低反射的水体会同时被压暗或过曝；二是预览阶段不要急于做辐射定标，直接用 DN 值显示即可满足目视判读需求。

二、直方图统计：用数字确认“看起来正常”

目视判读容易被显示拉伸误导，直方图统计则给出客观依据。对每个波段计算最小值、最大值、均值、标准差以及 2%、98% 分位数，重点观察三类现象。第一，若某波段最小值恒为 0 且 0 值像元占比明显偏高，通常意味着影像边缘存在填充区或数据缺失。第二，若直方图在最大值附近出现陡峭截断，说明存在饱和像元，矿区中大面积高反射的白色尾矿或新翻裸土容易触发，后续计算指数时会产生虚假高值。第三，若均值与中位数偏离较大、分布呈明显双峰，往往对应云影与晴空地表混合，需要结合 QA 波段进一步分离。

以 Python 为例，读取单波段并统计的代码如下（示例参数，实际数值以所用影像为准）：

import rasterio
import numpy as np

with rasterio.open("LC09_L2SP_xxx_B5.TIF") as src:
    arr = src.read(1)
    valid = arr[arr != 0]          # 排除填充值
    print("min/max:", valid.min(), valid.max())
    print("mean/std:", valid.mean().round(2), valid.std().round(2))
    p2, p98 = np.percentile(valid, [2, 98])
    print("2%/98%:", p2, p98)
    print("zero ratio:", (arr == 0).mean().round(4))

把 2% 与 98% 分位数直接作为显示拉伸的上下限，是预览阶段最稳妥的做法，既保留矿区暗部（水体、阴影）层次，又不让高反射地物过曝。

三、无效值识别：区分“没数据”和“数据不可用”

无效值有两类，处理方式不同。第一类是结构性无效，包括影像边缘的 0 值填充、Landsat 7 式的条带缺失、以及部分产品中的负值填充，这类像元在后续任何计算中都必须掩膜掉。第二类是质量性无效，即像元有数值但不可信，典型是云、云阴影、卷云和雪，Landsat 9 的 QA_PIXEL 波段以位标志（bit flag）形式记录这些属性。

QA_PIXEL 常用位含义为：bit 0 填充、bit 1 膨胀云、bit 3 云、bit 4 云阴影、bit 5 雪。判断某像元是否为云，可用按位与运算：(qa & (1 << 3)) != 0。实际检查时，建议先统计各标志位的像元占比，再叠加到假彩色影像上目视核对，确认云掩膜与真实云区一致。若云量占比超过任务阈值，或云团正好压在采坑、排土场等关键目标上，就应换用相邻时相影像，而不是强行修补。

快速检查小技巧：把 QA 波段按云、阴影、填充分别二值化后叠加为三色图层，一眼即可看出无效像元在空间上是否集中在矿区主体，还是仅分布在影像边缘。

四、形成可用性结论

三项检查完成后，用一张简短的检查记录把结论固定下来，便于团队复核和后续追溯。记录至少包含：影像标识与获取日期、云量百分比、矿区主体范围内无效像元占比、各关键波段 DN 值范围是否正常、所选波段组合、以及“通过 / 有条件通过 / 不通过”的结论与理由。有条件通过通常指云量可接受但局部有薄云，需要在后续流程中加掩膜；不通过则直接换景。这样一次十几分钟的预览，就把后续处理的风险前置拦截了。