第二章遥感数据的处理与分析2016

1、第二章第二章 遥感数据的处理与分析遥感数据的处理与分析 内容内容n2.1 2.1 遥感图像几何纠正遥感图像几何纠正n2.2 2.2 遥感图像辐射定标与纠正遥感图像辐射定标与纠正n2.3 2.3 遥感图像的大气校正遥感图像的大气校正n2.4 2.4 遥感图像增强遥感图像增强n2.5 2.5 图像数据融合图像数据融合n2.6 2.6 遥感图像解译遥感图像解译2.1 2.1 图像几何纠正图像几何纠正n遥感图像的几何变形遥感图像的几何变形q系统性变形系统性变形n遥感平台和遥感器等仪器本身引起的变形遥感平台和遥感器等仪器本身引起的变形n有规律，可用数学公式或模型来预测有规律，可用数学公式或模型来预测q非

2、系统性变形非系统性变形n其他人为因素引起的变形，如遥感器平台的不稳定其他人为因素引起的变形，如遥感器平台的不稳定n无规律性，很难预测无规律性，很难预测2.1 2.1 图像几何纠正图像几何纠正n几何纠正的分类几何纠正的分类q图像配准（图像配准（RegistrationRegistration）n同一区域里一幅图像（基准图像）对另一幅图像的校准，同一区域里一幅图像（基准图像）对另一幅图像的校准，使两幅图像中的同名像元配准使两幅图像中的同名像元配准q图像纠正（图像纠正（RectificationRectification）n借助于一组地面控制点，对一幅图像进行地理坐标的校正借助于一组地面控制点，对一

3、幅图像进行地理坐标的校正n又称为地理参照（又称为地理参照（Geo-referencingGeo-referencing）2.1 2.1 图像几何纠正图像几何纠正n几何纠正的分类几何纠正的分类q图像地理编码（图像地理编码（Geo-codingGeo-coding）n把图像纠正到一种统一标准的坐标系，以使地理信息系统把图像纠正到一种统一标准的坐标系，以使地理信息系统中来自不同遥感器的图像和地图能方便的进行不同层之间中来自不同遥感器的图像和地图能方便的进行不同层之间的操作运算和分析的操作运算和分析q图像正射投影校正（图像正射投影校正（Ortho-rectificationOrtho-rectific

4、ation）n借助于数字高程模型（借助于数字高程模型（DEMDEM），对图像中每个像元进行地形），对图像中每个像元进行地形变形的校正，使图像符合正射投影的要求变形的校正，使图像符合正射投影的要求2.1 2.1 图像几何纠正图像几何纠正n几何纠正的步骤几何纠正的步骤q地面控制点（地面控制点（GCP: Ground Control PointsGCP: Ground Control Points）的选）的选取取n应选取在图像上有应选取在图像上有明显的、清晰的定位识别标志明显的、清晰的定位识别标志，如道路，如道路交叉点、建筑边界、农田界线交叉点、建筑边界、农田界线n控制点上的控制点上的地物地物应应不

5、随时间而变化不随时间而变化，以保证当两幅不同时，以保证当两幅不同时段的图像或地图几何纠正时，可以同时识别出来段的图像或地图几何纠正时，可以同时识别出来n在没有做过地形纠正的图像上选控制点时，应在在没有做过地形纠正的图像上选控制点时，应在同一地形同一地形高度高度上进行上进行n控制点应控制点应均匀分布均匀分布在整幅图像内，且要有一定的数量保证在整幅图像内，且要有一定的数量保证2.1 2.1 图像几何纠正图像几何纠正n几何纠正的步骤几何纠正的步骤q选择纠正模型选择纠正模型n即即选择选择合适的合适的坐标变换函数式坐标变换函数式，建立图像坐标与其参考坐，建立图像坐标与其参考坐标之间的关系式标之间的关系式

6、q主要是用主要是用多项式方程多项式方程来表达二者的关系来表达二者的关系q对于中等几何变形的小区域图像，一次线性多项式即可纠正对于中等几何变形的小区域图像，一次线性多项式即可纠正6 6种变形：种变形：x,yx,y方向的平移及比例尺变形、倾斜和旋转方向的平移及比例尺变形、倾斜和旋转q对于变性比较严重的或精度要求较高的图像，可用二次或三次对于变性比较严重的或精度要求较高的图像，可用二次或三次多项式多项式2.1 2.1 图像几何纠正图像几何纠正n几何纠正的步骤几何纠正的步骤q选择纠正模型选择纠正模型n根据总均方根误差来根据总均方根误差来调整控制点调整控制点q确定多项式方程后，计算每个地面控制点的均方根

7、误差确定多项式方程后，计算每个地面控制点的均方根误差RMSerrorRMSerrorx,yx,y：地面控制点在原图像中的坐标：地面控制点在原图像中的坐标 x,yx,y：对应于相应的多项式计算的控制点坐标：对应于相应的多项式计算的控制点坐标均方根误差代表了每个控制点几何纠正的精度均方根误差代表了每个控制点几何纠正的精度22)()(yyxxRMSerror2.1 2.1 图像几何纠正图像几何纠正n几何纠正的步骤几何纠正的步骤q选择纠正模型选择纠正模型n根据可以接受的最大总均方根误差，来调整控制点根据可以接受的最大总均方根误差，来调整控制点q若超过可接受的误差，则需要删除具有最大均方根误差的地若超过

8、可接受的误差，则需要删除具有最大均方根误差的地面控制点面控制点q必要时，需要选取新的控制点，改选坐标变换函数式必要时，需要选取新的控制点，改选坐标变换函数式q重复以上步骤，直到达到所要求的精度重复以上步骤，直到达到所要求的精度2.1 2.1 图像几何纠正图像几何纠正n几何纠正的步骤几何纠正的步骤q重采样、内插重采样、内插n对原始图像按一定规则重新采样，进行对原始图像按一定规则重新采样，进行亮度值的插值计算，建立新的图像矩阵亮度值的插值计算，建立新的图像矩阵q最邻近法最邻近法将最邻近的像元值赋予新像元将最邻近的像元值赋予新像元如右图，将原图中如右图，将原图中a a像元的亮度值像元的亮度值赋给输出

9、图像中带阴影的像元赋给输出图像中带阴影的像元优点：优点：输出像元值不变，处理速输出像元值不变，处理速度快度快缺点：缺点：最大产生半个像元误差最大产生半个像元误差2.1 2.1 图像几何纠正图像几何纠正n几何纠正的步骤几何纠正的步骤q重采样、内插重采样、内插q双线性内插法双线性内插法使用邻近四个点的像元值（右图使用邻近四个点的像元值（右图中有中有a,ba,b标志的像元），按照其距标志的像元），按照其距内插点的距离赋予不同的权重，内插点的距离赋予不同的权重，进行线性内插进行线性内插优点：具有平均化的滤波效果，优点：具有平均化的滤波效果，边缘得到平滑，产生的图像比较边缘得到平滑，产生的图像比较连贯连

10、贯缺点：破坏了原来的像元值缺点：破坏了原来的像元值2.1 2.1 图像几何纠正图像几何纠正n几何纠正的步骤几何纠正的步骤q重采样、内插重采样、内插q三次卷积内插法三次卷积内插法使用内差点周围使用内差点周围1616个点的像元值个点的像元值（右图中有（右图中有a,b,ca,b,c标志的像元），标志的像元），用三次卷积函数内插用三次卷积函数内插优点：对边缘有所增强，具有均优点：对边缘有所增强，具有均衡化和清晰化的效果衡化和清晰化的效果缺点：破坏了原来的像元值，计缺点：破坏了原来的像元值，计算量较大算量较大2.1 2.1 图像几何纠正图像几何纠正n几何纠正的缺点几何纠正的缺点q对图像亮度值的重新采样，

11、改变了原图像数据，对对图像亮度值的重新采样，改变了原图像数据，对遥感图像的信息分析及定量研究有影响遥感图像的信息分析及定量研究有影响q多项式纠正模型无法纠正地形引起的位移多项式纠正模型无法纠正地形引起的位移q高精度的几何纠正需要大量的地面控制点，需要较高精度的几何纠正需要大量的地面控制点，需要较多的人工时间来选取控制点多的人工时间来选取控制点q低空间分辨率的图像控制点选取较困难低空间分辨率的图像控制点选取较困难2.2 2.2 遥感图像辐射定标与纠正遥感图像辐射定标与纠正Landsat TM: 0-255NOAA AVHRR: 0-10232.2 2.2 遥感图像辐射定标与纠正遥感图像辐射定标与

12、纠正L = a*DN + bDNL（或：（或：DN = a*L + b）n辐射定标辐射定标2.2 2.2 遥感图像辐射定标与纠正遥感图像辐射定标与纠正n辐射定标辐射定标q辐射定标的种类辐射定标的种类2.2 2.2 遥感图像辐射定标与纠正遥感图像辐射定标与纠正L = a*DN + b2.2 2.2 遥感图像辐射定标与纠正遥感图像辐射定标与纠正n辐射纠正辐射纠正 反射率的计算反射率的计算q辐射纠正：将目标物的辐亮度辐射纠正：将目标物的辐亮度L L转化为反射率转化为反射率R Rq反射率的求算反射率的求算n假设地面是朗伯面反射且天空辐照度各向同性，卫假设地面是朗伯面反射且天空辐照度各向同性，卫星观测到

13、的行星反射率星观测到的行星反射率 为为q由于行星反射率是分波段的，因此要添加波段宽度由于行星反射率是分波段的，因此要添加波段宽度DELR RD2.2 2.2 遥感图像辐射定标与纠正遥感图像辐射定标与纠正n辐射纠正辐射纠正 反射率的计算反射率的计算q反射率的求算反射率的求算n 为太阳辐照度（即某个波段内的太阳辐照度），有以下关系为太阳辐照度（即某个波段内的太阳辐照度），有以下关系 n由由(1)(2)(1)(2)可得：可得：n 是行星反射率（未经大气校正的反射率），是行星反射率（未经大气校正的反射率）， 为波段的光谱辐亮度，为波段的光谱辐亮度， 为相应波段的太阳常数，为相应波段的太阳常数， 为为L

14、ANDSAT5 TM LANDSAT5 TM 影像上各波段的宽度，影像上各波段的宽度， 为为太阳天顶角，太阳天顶角， 为日地距离和平均日地距离的比值。为日地距离和平均日地距离的比值。 zDELdRcos02RL 0EDzdE 20cosdEEz2.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正大气校正q将行星反射率将行星反射率 （未经校正的地物反射率）消除大（未经校正的地物反射率）消除大气的影响，得到地物的真实反射率气的影响，得到地物的真实反射率RgR2.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气与辐射的相互作用大气与辐射的相互作用2.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感

15、图像的大气纠正n大气对传感器接受的辐射能量的影响大气对传感器接受的辐射能量的影响2.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正大气校正q传感器接收到的辐亮度传感器接收到的辐亮度LsatLsat ：上行路径散射（程辐射）：上行路径散射（程辐射） ：物体真实辐亮度：物体真实辐亮度 Tv ：垂直向上的大气透过率：垂直向上的大气透过率pathvgsatLTLLpathLgL2.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正大气校正q程辐射：程辐射：主要为大气分子及气主要为大气分子及气溶胶的散射，即溶胶的散射，即n 大气分子大气分子在在卫星接收方卫星接收方向向的的散射的的散射

16、n 气溶胶气溶胶在在卫星接收方向卫星接收方向的的散射的的散射 arpathLLLrLarpathLLLaL2.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正大气校正q大气分子和气溶胶的散射大气分子和气溶胶的散射n引入引入相函数相函数q概念概念：某方向的：某方向的散射辐亮度与散射辐亮度与所有方向散射辐亮度的所有方向散射辐亮度的平均值平均值之比之比 q 为散射角，是入射方向与观测方向的夹角为散射角，是入射方向与观测方向的夹角q 为所有方向散射辐亮度之和为所有方向散射辐亮度之和 为散射系数，即散射辐照度与入射辐照度之比为散射系数，即散射辐照度与入射辐照度之比)(Ps4/)(sLPEsxL

17、2.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正大气校正q大气分子和气溶胶的散射大气分子和气溶胶的散射n由由(3)(4)(3)(4)可得：可得： nx x为为r r或或a a，分别表示大气分子和气溶胶的路径散射，分别表示大气分子和气溶胶的路径散射n 大气分子或气溶胶的散射系数大气分子或气溶胶的散射系数n 为大气分子或气溶胶的散射相函数为大气分子或气溶胶的散射相函数4)(xxxPELx)(xPxL2.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正大气校正q地面辐亮度地面辐亮度nFgFg为到达地面的太阳直射光为到达地面的太阳直射光nEskyEsky为天空光为天空光nRgR

18、g为地表真实反射率为地表真实反射率gskyggREFL)(gL2.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正大气校正q地面辐亮度地面辐亮度n到达地面的到达地面的太阳直射光太阳直射光nEwEw为大气层外太阳辐照度为大气层外太阳辐照度( (不考虑天顶角不考虑天顶角) )，Ew=EEw=E0 0* *(1/d)(1/d)2 2nT T为太阳直射方向大气透过率为太阳直射方向大气透过率 TEFwgcosgL2.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正大气校正q地面辐亮度地面辐亮度n到达地表的到达地表的天空光天空光q忽略吸收，天空光为大气分子和忽略吸收，天空光为大气分子和

19、气溶胶粒子在下行方向的散射之气溶胶粒子在下行方向的散射之和，即在下行所有方向的辐亮度和，即在下行所有方向的辐亮度积分积分gLdPPEErraawsky2)()(42)(dLLEarsky根据式根据式(5)(5)，有，有2.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正大气校正q地面辐亮度地面辐亮度q卫星接收到的辐亮度卫星接收到的辐亮度 可以写成与地表反射率相关的式子可以写成与地表反射率相关的式子 将此式变换为将此式变换为 的形式进行运算，求出的形式进行运算，求出gL/)(4cos(2gxxwwgRdPETEL4)()(4cos2xxwvgxxwwsatPETRdPETELbaLRs

20、atggR2.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正的方法大气校正的方法q已知大气状况的校正方法已知大气状况的校正方法2.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正的方法大气校正的方法q暗目标法暗目标法2.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正的方法大气校正的方法q暗目标法暗目标法2.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正的方法大气校正的方法q暗目标法暗目标法2.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正实例大气校正实例q采用暗目标法对采用暗目标法对TMTM影像进行大气校正影像进行大气校正n假设天气晴朗

21、，大气主要为瑞利散射，并忽略吸收假设天气晴朗，大气主要为瑞利散射，并忽略吸收，则有：，则有：入射到地表的入射到地表的天空光为天空光为所有下行方向，即所有下行方向，即所有前向散射光之和所有前向散射光之和，而瑞利散射中而瑞利散射中“前向前向= =后向后向”pathvgsatLTLL/)cos)()(gskygskyggRETEREFL2)(M21EEsky散射光其中，当没有吸收时，散射系数其中，当没有吸收时，散射系数=1-透射系数，即透射系数，即结合结合(2)(3)，有，有/)(2cos)(ggRETELvT120cos)(cos)(dDEE分波段大气顶层太阳分波段大气顶层太阳辐照度辐照度2.3

22、2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正实例大气校正实例q采用暗目标法对采用暗目标法对TMTM影像进行大气校正影像进行大气校正n向上的程辐射向上的程辐射n由于是瑞利散射，瑞利散射的相函数由于是瑞利散射，瑞利散射的相函数P()P()已知，为已知，为n结合结合(1)(4)(5)(1)(4)(5)，有，有)cos1 (43)(2P4)()(PELpath PERTETELgvsat4)()(2cos)(2.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正实例大气校正实例q采用暗目标法对采用暗目标法对TMTM影像进行大气校正影像进行大气校正n将将(7)(7)带入式子带入式子n有

23、有n由上式可得到上行程辐射的反射率由上式可得到上行程辐射的反射率 coscos02ELDELdRsatsatsat cos4cos2cosPRTTRgvsat cos4P2.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正实例大气校正实例q采用暗目标法对采用暗目标法对TMTM影像进行大气校正影像进行大气校正n将将(8)(8)式式 进行转换进行转换n有有n设修正系数设修正系数n 则则vuvsatgTTTTRR2coscos2coscosvTTa2coscosvTTb2coscosbaRRsatg Pucos41vT eTvcos/ eT cos4cos2cosPRTTRgvsat2.3

24、 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正实例大气校正实例q采用暗目标法对采用暗目标法对TMTM影像进行大气校正影像进行大气校正n求解求解a a和和b b1)1)在经过辐射定标和辐射纠正后的图像中在经过辐射定标和辐射纠正后的图像中读出植被阴影区的行星读出植被阴影区的行星反射率反射率 。n由于在阴影区太阳的直接辐照度为零，因此只包括由于在阴影区太阳的直接辐照度为零，因此只包括地物对天空地物对天空光的反射率光的反射率和大气的和大气的上行路径散射反照率上行路径散射反照率： vTTa2coscosvTTb2coscossatRugvsatRTRcos22.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥

25、感图像的大气纠正n大气校正实例大气校正实例q采用暗目标法对采用暗目标法对TMTM影像进行大气校正影像进行大气校正n求解求解a a和和b b2 2）进行迭代计算进行迭代计算q第一轮计算：第一轮计算： 上式中，第上式中，第1 1项相对项相对 很小，先忽略之，有：很小，先忽略之，有： 。 植被阴影区的反射率可从图像中读取，然后依次计算植被阴影区的反射率可从图像中读取，然后依次计算出出 。 ugvsatRTRcos2uusatRvT, Pucos42.3 2.3 遥感图像的大气纠正遥感图像的大气纠正n大气校正实例大气校正实例q采用暗目标法对采用暗目标法对TMTM影像进行大气校正影像进行大气校正n求解求

26、解a a和和b b2 2）进行迭代计算进行迭代计算q第二轮计算：第二轮计算： 将计算出的将计算出的 代入代入 ，可求精度较高，可求精度较高的的 。 重复计算，然后可求较高精度的重复计算，然后可求较高精度的 ，则可得到，则可得到a,ba,b。 ugvsatRTRcos2uvT,vT,ugvsatRTRcos22.4 2.4 数字图像增强数字图像增强 遥感图像增强实质是：为特定目的，突出遥感图像中的某些信息，削弱或除去某些不需要的信息，从而有利于分析判读或进一步处理。横轴表示横轴表示灰度级灰度级；纵轴表示灰度级为纵轴表示灰度级为g gi i的像元的像元个数个数m mi i占像元总数的百分占像元总数

27、的百分比（比（P Pi i=m=mi i/M)/M)；将将P Pi i绘于图上，所形成的统绘于图上，所形成的统计直方图叫计直方图叫灰度直方图。灰度直方图。图像灰度直方图反映了一幅图像中灰度级与其出现概图像灰度直方图反映了一幅图像中灰度级与其出现概率之间的关系，用平面直角坐标系表示图像像元灰度分布率之间的关系，用平面直角坐标系表示图像像元灰度分布状态。状态。2.4 2.4 数字图像增强数字图像增强n灰度直方图灰度直方图通过灰度直方图可以直观地了解图像的特性。通过灰度直方图可以直观地了解图像的特性。2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n反差增强反差增强F

28、(X)F(X)Y YF(X)F(X)2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n反差增强反差增强2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n反差增强反差增强2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n反差增强反差增强112121)(bbbaaaxy255121aaaxyijgijg2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n反差增强反差增强n简单线性扩展简单线性扩展：对整幅图像作全面而均匀的拉伸：对整幅图像作全面而均匀的拉伸linear stretch2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n反差增强反差增强q线性增强线性增强n分段线性扩展分段线性扩展： 对某一灰度范围进行增强。按给定的分段界对某一灰

29、度范围进行增强。按给定的分段界限的不同，可扩展直方图中的任何一部分，但会歪曲地物的波限的不同，可扩展直方图中的任何一部分，但会歪曲地物的波谱特征谱特征2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n反差增强反差增强q非线性增强非线性增强n对原图像亮度区间的对原图像亮度区间的各个部分按非线性关系作不均等扩展各个部分按非线性关系作不均等扩展，通，通常是对亮区和暗区分别给以不同的扩展比例常是对亮区和暗区分别给以不同的扩展比例n对数扩展对数扩展：扩展扩展暗区，压抑亮区暗区，压抑亮区，整体变亮，整体变亮 2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n反差增强反差增强q非线性增强非线性增强n指数扩展指数扩展：扩展亮

30、区，压抑暗区扩展亮区，压抑暗区，整体变暗，整体变暗指数变换对数变换2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n反差增强反差增强q直方图调整直方图调整n通过改善图像总体亮度结构（直方图形态）来达到图像增通过改善图像总体亮度结构（直方图形态）来达到图像增强的目的强的目的n一般说，这种方法一般说，这种方法着重于扩展着重于扩展高频高频亮度值之间的间隔亮度值之间的间隔，使，使直方直方图图中部所包含的地物反差增强，而有利于区分大多数中部所包含的地物反差增强，而有利于区分大多数地物地物2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n反差增强反差增强q直方图均衡化直方图均衡化n原理原理：对图像进行非线性拉伸，重新分配

31、图像像素值，使一定：对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像素值，使一定灰度范围内的像素数量大致相同灰度范围内的像素数量大致相同直方图均衡化示例直方图均衡化示例2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n反差增强反差增强q直方图均衡化直方图均衡化n目的及效果目的及效果q各灰度级出现的频率近似相等各灰度级出现的频率近似相等q原图像上频率小的灰度值被合并，实现压缩；频率高的灰原图像上频率小的灰度值被合并，实现压缩；频率高的灰度级被拉伸，可以使亮度集中于中部的图像得到改善，增度级被拉伸，可以使亮度集中于中部的图像得到改善，增强图像大面积地物与周围地物的反差强图像大面积地物与周围地物的反差2.4 2.4 数

32、字图像处理数字图像处理n空间滤波空间滤波n以重点突出图像上的某些特征为目地的采用空间域中的以重点突出图像上的某些特征为目地的采用空间域中的邻域处理方法。邻域处理方法。n属于几何增强处理，主要包括属于几何增强处理，主要包括平滑平滑和和锐化锐化。n主要通过卷积运算来完成。主要通过卷积运算来完成。2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n空间滤波空间滤波2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n空间滤波空间滤波),(),(),(11nmnmfjigNnMm2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n空间滤波空间滤波n图像平滑的图像平滑的目的目的在于在于消除消除各种各种干扰噪声干扰噪声，使图像中高频，使

33、图像中高频成分消退，即平滑掉图像的细节，使其反差降低，保存成分消退，即平滑掉图像的细节，使其反差降低，保存低频成分。低频成分。原图平滑处理后的图原图原图平滑处理后的图平滑处理后的图2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n空间滤波空间滤波n均值滤波：均值滤波：将中心像元的邻域像元值取平均作为其新象将中心像元的邻域像元值取平均作为其新象元的输出值。元的输出值。2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n空间滤波空间滤波n均值滤波均值滤波q算子或模板大小、权可根据具体情况进行设计，设计不同算子或模板大小、权可根据具体情况进行设计，设计不同的模板时，注意模板中各数值之和为的模板时，注意模板中各数值之和

34、为1 1，即有平均的意思。，即有平均的意思。1/91/91/91/91/91/91/91/91/91/161/81/161/81/41/81/161/81/162.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n空间滤波空间滤波n中值滤波：中值滤波：即对以每个象元为中心的邻域内的所有像元即对以每个象元为中心的邻域内的所有像元灰度值按大小进行排列，用灰度值按大小进行排列，用其中值来代替该像元值其中值来代替该像元值，以，以达到去尖锐达到去尖锐“噪声噪声”和平滑图像的目的。一般邻域取奇和平滑图像的目的。一般邻域取奇数。数。2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n空间滤波空间滤波q锐化锐化n锐化是锐化是增强图

35、像中的高频成份增强图像中的高频成份，突出图像的边缘信息，突出图像的边缘信息，提提高图像细节的反差高图像细节的反差，也称为边缘增强，其结果与平滑相反。，也称为边缘增强，其结果与平滑相反。2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n空间滤波空间滤波q锐化锐化n空间域锐化是对邻区窗口内的图像空间域锐化是对邻区窗口内的图像微分微分。n从微分的原理可知，微分实际上反映了相邻像元之间灰度从微分的原理可知，微分实际上反映了相邻像元之间灰度的变化率，图像中的边缘变化率较大，而大面积的地物变的变化率，图像中的边缘变化率较大，而大面积的地物变化率较小。化率较小。2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n空间滤波空间

36、滤波q锐化锐化2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n彩色增强彩色增强q单波段图像的伪色彩增强单波段图像的伪色彩增强n假假彩色密度分割：首先按亮度值对象元彩色密度分割：首先按亮度值对象元进行分级进行分级, ,然后将然后将不同等级亮度的象元赋予不同的颜色而达到增强的目的不同等级亮度的象元赋予不同的颜色而达到增强的目的n结果使不同亮度的地物有鲜明的区别结果使不同亮度的地物有鲜明的区别图图1 假彩色分割示例假彩色分割示例2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n彩色增强彩色增强q多波段图像的彩色合成多波段图像的彩色合成n分别对同一地区三个不同波段的数据图像进行单基色变换，分别对同一地区三个不同波段

37、的数据图像进行单基色变换，形成红、绿、蓝三基色图像，然后在彩色屏幕上进行叠置，形成红、绿、蓝三基色图像，然后在彩色屏幕上进行叠置，从而构成彩色合成图像从而构成彩色合成图像真彩色图像n真彩色图像上影像的颜色与地物颜色基本一致。真彩色图像上影像的颜色与地物颜色基本一致。n利用数字技术合成真彩色图像时，是把红色波段的影像作为合成利用数字技术合成真彩色图像时，是把红色波段的影像作为合成图像中的红色分量、把绿色波段的影像作为合成图像中的绿色分图像中的红色分量、把绿色波段的影像作为合成图像中的绿色分量、把蓝色波段的影像作为合成图像中的蓝色分量进行合成的结量、把蓝色波段的影像作为合成图像中的蓝色分量进行合成

38、的结果。果。n如如TM321TM321分别用分别用RGBRGB合成的图像。合成的图像。 假彩色图像n假彩色图像是指图像上影像的色调与实际地物色调不一致的图像。假彩色图像是指图像上影像的色调与实际地物色调不一致的图像。n遥感中最常见的假彩色图像是彩色红外合成的标准假彩色图像。遥感中最常见的假彩色图像是彩色红外合成的标准假彩色图像。它是在彩色合成时，把近红外波段的影像作为合成图像中的红色它是在彩色合成时，把近红外波段的影像作为合成图像中的红色分量、把红色波段的影像作为合成图像中的绿色分量、把绿色波分量、把红色波段的影像作为合成图像中的绿色分量、把绿色波段的影像作为合成图像中的蓝色分量进行合成的结果

39、。段的影像作为合成图像中的蓝色分量进行合成的结果。n如如TM432TM432用用RGBRGB合成的图像为标准假彩色图像。合成的图像为标准假彩色图像。 2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n多光谱图像四则运算多光谱图像四则运算（一）减法运算（一）减法运算 B Bm m=B=BX XB BY Y 其中其中B BX X，B BY Y为两个不同波段的图像或者不同时相同一波为两个不同波段的图像或者不同时相同一波段图像。段图像。作用：作用：（1 1）增加地物间的光谱反差增加地物间的光谱反差; ; （2 2）不同时相同一波段图像相减时，可以提取波段）不同时相同一波段图像相减时，可以提取波段间的变化信息。

40、间的变化信息。 TM4影像TM3影像TM4-TM3影像87年影像92年影像变化监测结果影像2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n多光谱图像四则运算多光谱图像四则运算（二）加法运算（二）加法运算B= i /mi=1m 加法运算可以加宽波段，如蓝色、绿色和红色波段图加法运算可以加宽波段，如蓝色、绿色和红色波段图像相加可以得到近似全色图像；而绿色波段，红色波段像相加可以得到近似全色图像；而绿色波段，红色波段和红外波段图像相加可以得到全色红外图像。和红外波段图像相加可以得到全色红外图像。【TM（1+2+3+4+5+7）/ 6】的加法影像2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n多光谱图像四则运算多

41、光谱图像四则运算x xy y 比值运算能压抑因地形坡度和方向引起的辐射量变化，消比值运算能压抑因地形坡度和方向引起的辐射量变化，消除地形起伏的影响；也可以增强某些地物之间的反差。除地形起伏的影响；也可以增强某些地物之间的反差。（三）比值运算（三）比值运算TM4/TM3的比值影像2.4 2.4 数字图像处理数字图像处理n多光谱图像四则运算多光谱图像四则运算（四）（四）混合运算混合运算 归一化差分植被指数（归一化差分植被指数（NDVINDVI）：）：NDVI=（TM4-TM3）/（TM4+TM3）归一化差分植被指数2.5 2.5 图像数据融合图像数据融合n数据融合数据融合q是将两个或多个不同源数据

42、图像的有用信息集成到是将两个或多个不同源数据图像的有用信息集成到一辐图像上，以获得同时具有不同源图像有用信息一辐图像上，以获得同时具有不同源图像有用信息的高质量图像的过程。的高质量图像的过程。n不同源不同源q可以是不同分辩率、不同波段、不同传感器、不同可以是不同分辩率、不同波段、不同传感器、不同观测角度或不同时间的数据源等观测角度或不同时间的数据源等2.5 2.5 图像数据融合图像数据融合n数据融合方法数据融合方法qIHSIHS变换融合变换融合q主成分变换融合主成分变换融合q滤波融合滤波融合2.5 2.5 图像数据融合图像数据融合nIHSIHS变换融合变换融合q是针对一幅低空间分辨率彩色图像与

43、一辐高空间分辨率全色是针对一幅低空间分辨率彩色图像与一辐高空间分辨率全色（黑白）图像的融合（黑白）图像的融合q原理原理n将将RGBRGB彩色图像变换到彩色图像变换到IHSIHS空间空间n然后将高空间分辨率图像进行拉伸，使其灰度值的均值与方差然后将高空间分辨率图像进行拉伸，使其灰度值的均值与方差与与IHSIHS图像的图像的I I（亮度）分量的一致（亮度）分量的一致n然后用高空间分辨率图像代替然后用高空间分辨率图像代替I I（亮度）分量反变至（亮度）分量反变至RGBRGB空间。空间。这样使得图像同时具有彩色图像的色彩和饱和度，又具有黑白这样使得图像同时具有彩色图像的色彩和饱和度，又具有黑白图像的高

44、空间分辨率图像的高空间分辨率2.5 2.5 图像数据融合图像数据融合nIHSIHS变换融合变换融合qI(intensity)I(intensity)亮度；亮度；H(hue)H(hue)色彩；色彩；S(saturation)S(saturation)饱和度饱和度q标准融合算法采用标准融合算法采用IHSIHS变换变换 IBISBIBGHBGRI333/ )(2.5 2.5 图像数据融合图像数据融合n主成分变换融合主成分变换融合q原理原理n将多波段图像进行将多波段图像进行KLKL（主成分分析）变换（主成分分析）变换q在得到的主成分空间中，第一主成分通常主要包含各波段共有的信在得到的主成分空间中，第一

45、主成分通常主要包含各波段共有的信息，而各波段特有的信息被分配到其它成分中。因此光强主要表现息，而各波段特有的信息被分配到其它成分中。因此光强主要表现在第一主成分中。在第一主成分中。n将高分辨率黑白图像进行拉伸并与得到的第一主成分图像进行将高分辨率黑白图像进行拉伸并与得到的第一主成分图像进行均值和方差匹配均值和方差匹配n用其代替第一主成分进行反变换，得到的图像也就具有高空间用其代替第一主成分进行反变换，得到的图像也就具有高空间分辨率图象的高频信息，同时保留了原图像主要的色彩信息。分辨率图象的高频信息，同时保留了原图像主要的色彩信息。2.5 2.5 图像数据融合图像数据融合n滤波融合滤波融合q原理

46、原理n对低空间分辨率图像进行卷积运算对低空间分辨率图像进行卷积运算n以高空间分辨率图像上与计算像元相应的邻域为卷积核以高空间分辨率图像上与计算像元相应的邻域为卷积核（滤波器），该卷积核随计算像元的移动而滑动（滤波器），该卷积核随计算像元的移动而滑动n这样高空间分辨率图像的变化将引起结果图像的变化。这这样高空间分辨率图像的变化将引起结果图像的变化。这样其高频信息便融入多波段图像中样其高频信息便融入多波段图像中2.5 2.5 图像数据融合图像数据融合n滤波融合滤波融合q步骤步骤n把低空间分辨率彩色图像通过把低空间分辨率彩色图像通过重采样重采样变成与黑白图像一致变成与黑白图像一致的高分辨率的高分辨率

47、n进行空间精纠正进行进行空间精纠正进行空间配准空间配准，使两幅图像的空间误差在，使两幅图像的空间误差在0.250.25个像元内个像元内n设计适宜的卷积核设计适宜的卷积核大小大小n用高空间分辨率图像相应邻域的像元矩阵作卷积核对多波用高空间分辨率图像相应邻域的像元矩阵作卷积核对多波段图像分别段图像分别进行卷积运算进行卷积运算，即可实现数据融合，即可实现数据融合2.6 2.6 遥感图像解译遥感图像解译n解译解译q根据地学工作的要求，根据解译标志和实践经验，根据地学工作的要求，根据解译标志和实践经验，应用各种解译技术和方法，识别出地学目标，地学应用各种解译技术和方法，识别出地学目标，地学现象的物性和特

48、点，测算出某种数量指标的过程现象的物性和特点，测算出某种数量指标的过程n地学解译标志地学解译标志q遥感图像上，能识别地学物体、地学现象，或能说明共性质遥感图像上，能识别地学物体、地学现象，或能说明共性质和相互关系的影像特征，称为地学解译标志。和相互关系的影像特征，称为地学解译标志。2.6 2.6 遥感图像解译遥感图像解译n地学解译标志地学解译标志q直接解译标志直接解译标志n遥感图像上能直接见到的解译目标的影像特征（包括形状、大遥感图像上能直接见到的解译目标的影像特征（包括形状、大小、色调、阴影、花纹等），称直接解译标志。小、色调、阴影、花纹等），称直接解译标志。q间接解译标志间接解译标志n需通

49、过分析、判别才能识别地学目标，现象的存在，才能推断需通过分析、判别才能识别地学目标，现象的存在，才能推断其性质的影像特征称为间接标志。其性质的影像特征称为间接标志。2.6 2.6 遥感图像解译遥感图像解译n地学解译标志地学解译标志q直接解译标志直接解译标志n色调与色彩色调与色彩n地物的几何形态地物的几何形态n地物的大小地物的大小n阴影阴影n影纹影纹n影纹结构影纹结构n影纹图案（组合图案）影纹图案（组合图案）红树林在绿、红、红外波段的影像红树林在绿、红、红外波段的影像地物的几何形状在遥感影像上的表现地物的几何形状在遥感影像上的表现地物的纹理在遥感影像上的表现地物的纹理在遥感影像上的表现树木和公路

50、树木和公路森林森林堆积的木材堆积的木材稻田稻田飞机场飞机场河滩河滩地物的纹理在遥感影像上的表现地物的纹理在遥感影像上的表现2.6 2.6 遥感图像解译遥感图像解译n解译标志解译标志q间接解译标志间接解译标志n地物与环境、成像时间等的关系地物与环境、成像时间等的关系n与判读对象关系密切的地物和现象，利用相关的专业知识和经与判读对象关系密切的地物和现象，利用相关的专业知识和经验进行判读验进行判读n解译方法解译方法q直接判定法直接判定法q对比分析法对比分析法q逻辑推理法逻辑推理法对比分析法对比分析法 利用1：1万彩红外航空像片判读污染水的判读标志项目项目污染类型污染类型污染物来源污染物来源影像色彩影

51、像色彩影像纹理影像纹理辅助标志辅助标志判读效果判读效果油污染油污染船舶，练油厂，工船舶，练油厂，工厂排放、泄露厂排放、泄露绿，青绿绿，青绿条、块状，烟条、块状，烟云状云状船舶，炼油厂，船舶，炼油厂，航道航道好好悬浮泥悬浮泥沙沙农田排水，河水输农田排水，河水输送送淡兰，黄绿，淡兰，黄绿，绿白，灰绿白，灰白色白色条带状，漩涡条带状，漩涡状状排水渠，两河排水渠，两河汇合处汇合处好好有机污有机污水水工厂、居民区排工厂、居民区排放放灰黑，黑灰黑，黑条带，墨迹状条带，墨迹状污水河，居民污水河，居民点河沟点河沟好好浮游植物浮游植物工厂、居民区排放工厂、居民区排放和农田排水等和农田排水等引起富营养化引起富营养

52、化红褐，淡红，红褐，淡红，浅褐浅褐长条，斑块，长条，斑块，块状块状居民区，工厂，居民区，工厂，农田附近农田附近好好化学废渣化学废渣化工，机械工厂化工，机械工厂灰蓝，绿黄绿灰蓝，绿黄绿喇叭状，块状喇叭状，块状三厂排污口三厂排污口 好好生活垃圾生活垃圾垃圾堆废物侵蚀溶垃圾堆废物侵蚀溶解解灰黑，黑色灰黑，黑色墨迹状墨迹状垃圾堆垃圾堆 好好化学废化学废液液化工厂，人工投化工厂，人工投放放由原色调决定，由原色调决定，各种彩色各种彩色由排放源性质决由排放源性质决定定工厂，垃圾工厂，垃圾堆堆若色调反差若色调反差强则效强则效果好果好热排水热排水工厂排放的冷确水工厂排放的冷确水深兰色中有白深兰色中有白色浪花色浪

53、花喇叭状，波纹喇叭状，波纹工厂排放口工厂排放口若影像纹理若影像纹理清楚则清楚则效果好效果好表1 城市土地利用分类表（仅列出大类）大类代表大类代表类型名称类型名称含含 义义R R居住用地居住用地指居住小区、街坊、居住团组、单位生活区及各种类型的成片或散列分布指居住小区、街坊、居住团组、单位生活区及各种类型的成片或散列分布的居住区。的居住区。C C公共建设用地公共建设用地含市级、区级及居住区的、因城市管理和生产、生活所需的公共设施用地含市级、区级及居住区的、因城市管理和生产、生活所需的公共设施用地如商业、文体、卫生、教育、行政等用地。如商业、文体、卫生、教育、行政等用地。M M工业用地工业用地工厂

54、矿山的生产车间、办公楼、库房及其附属设施如专用码头、道路、铁工厂矿山的生产车间、办公楼、库房及其附属设施如专用码头、道路、铁路等。路等。W W仓储用地仓储用地指仓储企业的库房、堆货场、办公楼和包装车间以及其附属设施的用地。指仓储企业的库房、堆货场、办公楼和包装车间以及其附属设施的用地。T T对外交通用地对外交通用地指城市对外交通运输的用地，如公路、铁路、港口、码头、机场及其附属指城市对外交通运输的用地，如公路、铁路、港口、码头、机场及其附属设施用地等。设施用地等。S S道路广场用地道路广场用地指市内各级道路、广场及停车场。指市内各级道路、广场及停车场。U U市政公用设施市政公用设施用地用地指市

55、级、区级和居住区的市政功用设施用地，包括建筑物、构筑物及其管指市级、区级和居住区的市政功用设施用地，包括建筑物、构筑物及其管理、维修设施的用地。如水厂、电厂、煤气站等。理、维修设施的用地。如水厂、电厂、煤气站等。G G绿地绿地市内各级公共绿地及生产防护绿地。市内各级公共绿地及生产防护绿地。D D特殊用地特殊用地指特殊性质的用地，如军用设施、部队营房、射击场等。指特殊性质的用地，如军用设施、部队营房、射击场等。E E水域及其它用水域及其它用地地不包括上述九类用地的水域及其它用地。不包括上述九类用地的水域及其它用地。表2 城市主要用地类型解译标志（彩色红外图像） 用地类型用地类型代码代码直接判读标

56、志直接判读标志间接判读标志间接判读标志居住用地居住用地R R影像色调呈灰黑或灰蓝色斑块，形状呈矩影像色调呈灰黑或灰蓝色斑块，形状呈矩形、方形、直角形等规则图形，总体色调形、方形、直角形等规则图形，总体色调斑杂，中有线状条纹分割。斑杂，中有线状条纹分割。周围有道路（街、巷道）连接，已周围有道路（街、巷道）连接，已规划居住区房屋排列规整，道路较规划居住区房屋排列规整，道路较直。未经规划的旧居民地，房屋排直。未经规划的旧居民地，房屋排列杂乱，外形大小不一，建筑密度列杂乱，外形大小不一，建筑密度大，街道狭小曲折。大，街道狭小曲折。工业用地工业用地M M影像色调呈灰黑、灰蓝色斑块，形状呈规影像色调呈灰黑、灰蓝色斑块，形状呈规则图形，厂房比居住区大，中有则图形，厂房比居住区大，中有水塔、烟水塔、烟囱、配电房囱、配电房等建筑物。等建筑物。利用周围的建筑物或构筑物如烟囱利用周围的建筑物或构筑物如烟囱水塔、反应塔及变电室等分析确定，水塔、反应塔及变电室等分析确定，厂房、车间等建筑外形与住宅有显厂房、车间等建筑外形与住宅有显着差别，道路较宽阔。着差别，道路较宽阔。仓库用地仓库用地W W影像色调呈灰黑、灰蓝色斑块，影像色调呈灰黑、灰蓝色斑块，形状宽大形状宽大，中有堆货场地中有堆货场地，有宽阔道路有宽阔道路。多位于港口、码头及交通枢