约束滤波

功能概述

约束滤波指在执行平滑/锐化/去噪等滤波操作时，引入显式或隐式的约束，使滤波只在满足约束的位置或条件下发生，或以受限的方式发生，从而保留关键边界、类别一致性或重要地物，避免全局滤波导致的过度平滑或形态扭曲。

与“无约束滤波”相比，核心区别是：

空间上：仅在掩膜区域、指定缓冲区内或非边缘区域滤波；
属性上：在同一类别/区域内滤波，跨类别边界不扩散；
强度上：根据局部纹理/梯度自动调小或停止滤波（边缘保持）；
数值上：输出被限制在合理范围（如最小/最大值、分位数）内。

适用场景

DEM 平滑但保留河网/山脊：以流量累积萃取河网 → 河网缓冲/边缘阈值 → 仅在非河网处平滑，避免改动水系高程骨架。
土地覆被分类后去斑：在同一类区域内进行多数/中值滤波，不跨类扩散，保留边界。
云影/噪声局部修复：对云掩膜内进行平滑或插值，掩膜外保持原值。
城市遥感细节增强：在弱纹理区适度锐化，在强边缘（道路/楼体边线）附近降低锐化强度，抑制光晕。
生态/监管红线内处理：仅在红线以外执行滤波，满足法规/评估边界约束。

参数介绍

参数名称	参数描述	补充说明
输入栅格文件	待进行约束滤波处理的栅格数据集	建议保证数据具有正确的空间参考与投影，以确保结果的空间一致性
滤波器大小奇数	定义滤波窗口的行列数，必须为奇数以确保存在唯一的中心像元	常见取值如 3×3、5×5、7×7；窗口越大平滑效果越强，但细节可能丢失
阈值	用于判定哪些像元在滤波过程中需被“约束”或保留	阈值大小直接影响约束强度，应结合数据分布和分析目的进行设置
边界模式	控制卷积计算中如何处理超出栅格边界的邻域像元值。	常见模式包括：常数填充、边界反射、边界镜像、最近边界值、边界环绕等。不同模式对边缘像元计算结果影响显著。
常数值	当边界模式设置为“常数填充”时，用于填补超出栅格范围的固定数值。	一般默认为 0；在特定应用中可根据背景值或分析需求自行设定。
滤波器方法	指定滤波计算方式，如均值、中值、众数、忽略 NaN 均值/求和等	不同方法适合不同类型数据：连续型数据常用均值/中值，分类数据常用众数
输出路径	存放结果栅格的目标目录（建议使用绝对路径以避免歧义）	建议使用绝对路径，确保目录存在且具有写入权限；路径避免使用中文及特殊字符以提高跨平台兼容性
输出文件名	结果栅格文件的完整名称（含扩展名）	扩展名将决定输出文件格式，如 `.tif` 生成 GeoTIFF 文件，`.img` 生成 ERDAS IMG 文件

操作步骤

启动工具

打开【空间分析工具】工具箱 → 双击启动【约束滤波】工具窗格。
输入栅格文件
- 【输入栅格文件】：输入 "005生态图.tif"。
滤波器大小以及阈值设置
- 【滤波器大小奇数】：输入 "3"
- 【阈值】：输入"1"
- 【边界模式】：选择"边界反射"
滤波器大小奇数：

有唯一中心像元
- 奇数阶核在几何上有唯一的中心权，与当前处理像元一一对应。
- 这使“当前像元值在滤波后仍占一定比重（如高斯/USM 的中心系数）”有明确意义，便于设计与解释。
避免半像元位移（相位/配准问题）
- 在 2D 栅格上，这体现在输出相对于输入产生 0.5 像元的空间移位或需要不对称填充来“纠偏”，破坏严谨配准。
左右/上下对称、各向同性更好
- 奇数核能在中心两侧分配等数目的邻域像元，更容易做出严格的对称权重（如旋转对称的高斯/拉普拉斯）。
- 这有助于保持运算的各向同性，减少方向性偏差与“栅格锯齿感”。
阈值：

在约束滤波中，阈值参数用于判定哪些像元在滤波时需要被“约束”——即：
- 当某一指标小于或大于阈值时 → 执行滤波（平滑、锐化或去噪）；
- 当指标超过阈值时 → 保持原始值，不做处理。
这样，滤波只在满足条件的区域进行，而不会跨越边界或破坏关键特征。

阈值过低：大量区域被认为是边缘 → 滤波范围过小 → 去噪/平滑效果不明显。

阈值过高：过多区域被允许滤波 → 边界损失严重。

需与邻域大小配合：较大邻域建议提高阈值，否则容易过度平滑。

不同数据类型需单独调参：连续型（高程、温度）与分类型（土地利用）阈值定义差异较大。
常数填充以及滤波器方法
- 【常数值】：输入“50”
- 【滤波器方法】：选择"忽略NaN求平均值"
指定输出位置
- 【输出路径】：输出至 "用户空间/工具箱/空间分析工具"
- 【输出文件名】：输入 "Constrain-filt.tif"
执行生成
- 点击窗格底部的【运行】按钮 → 等待任务列表提示"工具执行成功"