遥感数字图像处理教程_05图像的显示和拉伸

1、遥感数字图像处理遥感数字图像处理遥感数字图像处理遥感数字图像处理遥感数字图像处理遥感数字图像处理第四章第四章 图像的显示和拉伸图像的显示和拉伸1 数字图像的显示数字图像的显示2 图像的彩色合成图像的彩色合成3 图像拉伸图像拉伸图像增强图像增强定义：定义：用于改善图像的对比度，突出感兴趣的地物信息，提高用于改善图像的对比度，突出感兴趣的地物信息，提高图像目视解译效果的图像处理方法。图像目视解译效果的图像处理方法。目的：目的：提高图像质量和突出所需信息，有利于分析判读或作进提高图像质量和突出所需信息，有利于分析判读或作进一步处理。一步处理。特点：特点： 图像的信息没有增加或减少图像的信息没有增加或

2、减少 改善了视觉效果改善了视觉效果 产生了更容易处理的图像产生了更容易处理的图像 具有探索性具有探索性分类：分类：改善图像对比度改善图像对比度增加可视化信息增加可视化信息第一节第一节 数字图像的显示数字图像的显示1.1 数字图像的显示数字图像的显示定义：定义：将数字图像从一组离散数据还原为一幅可见图像的过程。将数字图像从一组离散数据还原为一幅可见图像的过程。数字图像数字图像模拟图像模拟图像可视化可视化不可见图像不可见图像可见图像可见图像第一节第一节 数字图像的显示数字图像的显示1.2 颜色的特征颜色的特征颜色：颜色：外界光作用于人的视觉器官而产生的主观感觉。外界光作用于人的视觉器官而产生的主观

3、感觉。黑、白以及从黑过渡到白的一系列灰色，它们对光谱上黑、白以及从黑过渡到白的一系列灰色，它们对光谱上 各个波长的反射没有选择性。反映了物质的光反射率的变化，在各个波长的反射没有选择性。反映了物质的光反射率的变化，在视觉上的感觉是亮度的变化视觉上的感觉是亮度的变化除黑白系列以外的各种颜色除黑白系列以外的各种颜色分类：分类：反映物体反射能量的大小反映物体反射能量的大小第一节第一节 数字图像的显示数字图像的显示1.2 颜色的特征颜色的特征非彩色：灰色梯尺非彩色：灰色梯尺彩色：彩色：分类：分类：色调（色调（Hue）：色彩彼此区分的特性）：色彩彼此区分的特性明度（明度（Value）：颜色亮度（客观）在

4、人们视觉上的主观反映）：颜色亮度（客观）在人们视觉上的主观反映色度（色度（Chromaticity）：水中溶解性物质或胶状物质呈现的）：水中溶解性物质或胶状物质呈现的米黄色乃至黄褐色的程度米黄色乃至黄褐色的程度饱和度（饱和度（Saturation）：色彩纯洁的程度，即波段是否窄，）：色彩纯洁的程度，即波段是否窄，频率是否单一，纯色频率是否单一，纯色+白色，饱和度下降，变白白色，饱和度下降，变白吸收率吸收率=1反射率反射率=1第一节第一节 数字图像的显示数字图像的显示1.3 颜色空间颜色空间三原色：三原色：根据人眼的结构，所有颜色都可看作是根据人眼的结构，所有颜色都可看作是3种基本颜色按种基本颜

5、色按照不同的比例组合而成的。照不同的比例组合而成的。红色红色R：700nm绿色绿色G：546.1nm蓝色蓝色B：435.8nm颜色空间：颜色空间：RGB颜色空间颜色空间CMYK颜色空间颜色空间第一节第一节 数字图像的显示数字图像的显示1.3 颜色空间颜色空间RGB颜色空间：颜色空间：RGB颜色空间与设备紧密颜色空间与设备紧密相关，不同设备的显示效相关，不同设备的显示效果不同果不同第一节第一节 数字图像的显示数字图像的显示1.3 颜色空间颜色空间RGB颜色空间：颜色空间：第一节第一节 数字图像的显示数字图像的显示1.3 颜色空间颜色空间CMYK颜色空间：颜色空间：CMYK颜色空间与设备紧密相关，

6、不同设备的显示效果不同颜色空间与设备紧密相关，不同设备的显示效果不同CMYK颜色空间的覆盖范围比颜色空间的覆盖范围比RGB的小，但有的颜色超出了的小，但有的颜色超出了RGB的范围的范围 表示方法：用一个三维坐标系统及这个系统中的一个子空表示方法：用一个三维坐标系统及这个系统中的一个子空 间表示间表示第一节第一节 数字图像的显示数字图像的显示1.4 颜色模型颜色模型颜色空间的转换：颜色空间的转换： 不同的颜色空间的色彩再现范围有所差异。将颜色的坐标不同的颜色空间的色彩再现范围有所差异。将颜色的坐标值从一个颜色空间转换到另一个颜色空间的坐标值的过程。值从一个颜色空间转换到另一个颜色空间的坐标值的过

7、程。 颜色空间的转换是利用颜色模型进行的。颜色空间的转换是利用颜色模型进行的。目的：按某种标准利用基色表示颜色目的：按某种标准利用基色表示颜色颜色模型：颜色模型：第一节第一节 数字图像的显示数字图像的显示1.4 颜色模型颜色模型常用的颜色模型：常用的颜色模型：RGB颜色模型：彩色监视器和彩色摄像机颜色模型：彩色监视器和彩色摄像机CMY颜色模型：彩色打印机颜色模型：彩色打印机YIQ颜色模型：彩色电视广播颜色模型：彩色电视广播HIS颜色模型：图像的显示和处理颜色模型：图像的显示和处理第一节第一节 数字图像的显示数字图像的显示1.4 颜色模型颜色模型RGB颜色模型颜色模型CyanMagentaYel

8、lowCMY颜色模型：彩色打印机颜色模型：彩色打印机第一节第一节 数字图像的显示数字图像的显示1.4 颜色模型颜色模型HIS颜色模型：图像的显示和处理颜色模型：图像的显示和处理第一节第一节 数字图像的显示数字图像的显示1.5 颜色模型颜色模型第一节第一节 数字图像的显示数字图像的显示1.6 图像的显示图像的显示可以全色显示，也可以彩色显示可以全色显示，也可以彩色显示视频图像的显示过程视频图像的显示过程 CLUT: Color Look Up Table 颜色查找表颜色查找表D/A转换器转换器: 数字图像到模拟图像的转换器数字图像到模拟图像的转换器第一节第一节 数字图像的显示数字图像的显示1.5

9、 图像的显示图像的显示第一节第一节 数字图像的显示数字图像的显示1.5 图像的显示图像的显示第一节第一节 数字图像的显示数字图像的显示1.5 图像的显示图像的显示电子显示法（软拷贝）：用彩色监视器显示电子显示法（软拷贝）：用彩色监视器显示 采用采用RGB颜色空间颜色空间 加色法合成加色法合成 彩色硬拷贝设备显示法：用绘图仪或打印机输出彩色硬拷贝设备显示法：用绘图仪或打印机输出 采用采用CMYK颜色空间颜色空间 减色法合成减色法合成 第一节第一节 数字图像的显示数字图像的显示1.5 图像的显示图像的显示黄黄绿绿青青红红蓝蓝品品白白黄黄品品青青红红绿绿 蓝蓝黑黑第一节第一节 数字图像的显示数字图像

10、的显示1.5 图像的显示图像的显示亮度值到彩色显示示意图亮度值到彩色显示示意图第一节第一节 数字图像的显示数字图像的显示1.5 图像的显示图像的显示第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成2.1 彩色图像与彩色合成彩色图像与彩色合成第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成2.1 彩色图像与彩色合成彩色图像与彩色合成第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成2.2 伪彩色合成伪彩色合成把单波段灰度图像中的不同灰度级按特定的函数关系把单波段灰度图像中的不同灰度级按特定的函数关系变换成彩色，然后进行彩色图像显示的方法变换成彩色，然后进行彩色图像显示的方法密度分割法密度分割法对单波段图像按灰度分级

11、，对每一级赋予不同的色彩，对单波段图像按灰度分级，对每一级赋予不同的色彩，使之变成一幅彩色图像。彩色是人为赋予的，与地物真实颜使之变成一幅彩色图像。彩色是人为赋予的，与地物真实颜色无关色无关第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成2.2 伪彩色合成伪彩色合成可以提高图像的可分辨力，如果分级与地物光谱特性可以提高图像的可分辨力，如果分级与地物光谱特性的差异对应较好，也可以较为准确地区分出地物类别的差异对应较好，也可以较为准确地区分出地物类别第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成2.2 伪彩色合成伪彩色合成第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成2.3 真彩色合成真彩色合成彩色合成中选择的

12、波段的波长与红绿蓝的波长相同或彩色合成中选择的波段的波长与红绿蓝的波长相同或近似，得到的图像的颜色与真彩色近似近似，得到的图像的颜色与真彩色近似合成后的图像的颜色接近自然色，与人的视觉感觉一合成后的图像的颜色接近自然色，与人的视觉感觉一致，容易识别地物致，容易识别地物第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成2.3 真彩色合成真彩色合成真彩色合成的数据值和显示值真彩色合成的数据值和显示值第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成2.4 假彩色合成假彩色合成选择多波段图像中的任意三个波段，分别赋予红、绿、选择多波段图像中的任意三个波段，分别赋予红、绿、蓝三种原色，在屏幕上合成彩色图像的方法蓝三种

13、原色，在屏幕上合成彩色图像的方法 色彩与地物真实颜色无关色彩与地物真实颜色无关 选择多波段图像中的近红外、红、绿三个选择多波段图像中的近红外、红、绿三个波段分别赋予红、绿、蓝三原色，在屏幕上合成彩色图像的波段分别赋予红、绿、蓝三原色，在屏幕上合成彩色图像的方法方法 标准假彩色合成图像可以突出显示植被（红色）、水标准假彩色合成图像可以突出显示植被（红色）、水体（黑色或蓝色）、城镇（深色）等信息体（黑色或蓝色）、城镇（深色）等信息第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成2.4 假彩色合成假彩色合成2.4 假彩色合成假彩色合成第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成真彩色合成和标准假彩色合成时波

14、段的选择真彩色合成和标准假彩色合成时波段的选择真彩色合成真彩色合成标准假彩色合成标准假彩色合成2.4 假彩色合成假彩色合成第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成2.4 假彩色合成假彩色合成第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成2.4 假彩色合成假彩色合成第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成TM图像图像 5，4，2合成合成2.4 假彩色合成假彩色合成第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成教程教程 图图4.162.5 模拟真彩色合成模拟真彩色合成第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成2.5 模拟真彩色合成模拟真彩色合成第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成SPOT多光谱各

15、波段的波长范围多光谱各波段的波长范围2.5 模拟真彩色合成模拟真彩色合成第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成红色红色R=XS2(R)蓝色蓝色B=SX1(G)1233XSXSXSG绿色2.5 模拟真彩色合成模拟真彩色合成第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成红色红色R=XS2(R)蓝色蓝色B=SX1(G)1334XSXSG绿色21B1+2PXSXSXS蓝色(1)3R4aPa XS红色2.5 模拟真彩色合成模拟真彩色合成第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成2212PXSGXSXS绿色2.5 模拟真彩色合成模拟真彩色合成第二节第二节 图像的彩色合成图像的彩色合成教程教程 图图4.17

16、3.1 概述概述第三节第三节 图像拉伸图像拉伸图像亮度的最大值和最小值的比值图像亮度的最大值和最小值的比值maxminL=L对比度最基本的图像处理方法，主要用来改善图像的对比度最基本的图像处理方法，主要用来改善图像的对比度波段的单个像素值波段的单个像素值图像的直方图图像的直方图突出或抑制特定地物的特征突出或抑制特定地物的特征3.1 概述概述第三节第三节 图像拉伸图像拉伸增加图像的对比度增加图像的对比度突出图像的细节突出图像的细节灰度拉伸灰度拉伸直方图修正直方图修正直方图规定化直方图规定化直方图均衡化直方图均衡化线性拉伸线性拉伸非线性拉伸非线性拉伸多波段拉伸多波段拉伸全域线性拉伸全域线性拉伸分段

17、线性拉伸分段线性拉伸灰度窗口切片灰度窗口切片对数变换对数变换指数变换指数变换3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三节第三节 图像拉伸图像拉伸类型类型3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三节第三节 图像拉伸图像拉伸设图像数据设图像数据F最大值为最大值为Fmax最小值为最小值为Fmin拉伸后图像数据拉伸后图像数据G最大值为最大值为Gmax最小值为最小值为GminminmaxminminmaxminG=G+(G-G)*(F-F)/(F-F)X范围外的图像，取范围外的图像，取Y相应的极值相应的极值If FGmin，G=GminIf FGmax，G=Gmax3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三节第三节 图像拉伸图像拉伸变换前亮度值

18、变换前亮度值变换后亮度值变换后亮度值g(x,y)-cf(x,y)-a=d-cb-ad-cg(x,y)=f(x,y)-a) +cb-a3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三节第三节 图像拉伸图像拉伸d-cb-a1 压缩压缩=1 既不拉伸也不压缩，与原图一样既不拉伸也不压缩，与原图一样1 拉伸拉伸3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三节第三节 图像拉伸图像拉伸3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三节第三节 图像拉伸图像拉伸3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三节第三节 图像拉伸图像拉伸3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三节第三节 图像拉伸图像拉伸教程教程 图图4.213.2 灰度拉伸灰度拉伸第三节第三节 图像拉伸图像拉伸3.2 灰度拉伸灰度拉伸

19、第三节第三节 图像拉伸图像拉伸教程教程 图图4.223.2 灰度拉伸灰度拉伸第三节第三节 图像拉伸图像拉伸MgMfg (x, y)f (x, y)0ba( ,)g x y 0 f (x, y)a 或或 f (x, y)b Mg af (x, y)b 清除背景清除背景MgMfg (x, y)f (x, y)0ba3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三节第三节 图像拉伸图像拉伸( ,)g x y f (x, y) f (x, y)a 或或 f (x, y)b Mg af (x, y)b 保留背景保留背景3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三节第三节 图像拉伸图像拉伸对图像亮的部分，扩大了灰度间对图像亮的部分，扩大了灰

20、度间隔，突出了细节隔，突出了细节-拉伸拉伸对图像暗的部分，缩小了灰度间对图像暗的部分，缩小了灰度间隔，弱化了细节隔，弱化了细节-压缩压缩(a)原始图像原始图像 (b)指数变换指数变换3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三节第三节 图像拉伸图像拉伸对图像亮的部分，缩小了灰度间对图像亮的部分，缩小了灰度间隔，弱化了细节隔，弱化了细节-压缩压缩对图像暗的部分，扩大了灰度间对图像暗的部分，扩大了灰度间隔，突出了细节隔，突出了细节-拉伸拉伸g(x,y)=blog(af(x,y)+1)+c3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三节第三节 图像拉伸图像拉伸在图像的彩色合成显示后，在图像的彩色合成显示后，可以对各个波段分别进行可以对各个波段分别进行线性或非线性拉伸处理，线性或非线性拉伸处理，以便综合增强图像中的地以便综合增强图像中的地物信息物信息3.3 图像均衡化图像均衡化第三节第三节 图像拉伸图像拉伸直方图均衡化3.3 图像均衡化图像均衡化第三节第三节 图像拉伸图像拉伸假定有一幅总像素为n=6464的图像，灰度级数L=8直方图均衡化计算实例：krkn krp计ks计ksL1ks 直方图均衡化后的图像每个灰度级的像元频率，理论上应相等，直方图形态应为理想的直线。实际上均衡化后的直方图呈现参差不齐的外形，这是由于于图像是离散函数，各灰度级可能的像元个数有限，在一些灰度级处可能没有像元，在某些灰度级处则像元很多，所以不会