数字图像的差值比值彩色合成色彩空间变换

1、实习7 数字图像的差值、比值、彩色合成和色彩空间变换（综合实习）数字图像的差值、比值、彩色合成和色彩变换属于多图像处理的范畴，而前面进行的几个实验，如：数字图像的几何校正、对比度增强、高通滤波和低通滤波等都是针对同一幅图像进行的，它们是多图像处理的基础，因为在多图像处理的实际应用中一般首先得根据图像特征和研究的实际需要对单一波段的图像进行图像增强或几何校正等处理，然后再进行本实验中的几种图像增强处理，才能获得较为满意的结果，故而本实验具有综合的特征。比值图可使图像中比值大于1的相元特征得到增强，还可淡化图像阴影，常用的比值如：NDVI（归一化植被指数），NDWI(水纹指数)等。差值图主要用来做

2、变化分析，如：土地利用变化，作物长势变化，它不一定非要使用原始影像，应用变化后的比值图像也可做差值图像分析。人眼对彩色图像中目标分辨的能力远远高于黑白或灰度图，彩色合成的目的就是要将不同通道的数字图像分别赋予红绿蓝三种不同颜色，获得真彩色或假彩色的目标地物图像，以更好的区分地物；图像合成前为了得到理想的合成效果要先将参与合成的数字图像进行拉伸，使其灰度图的相元最大最小值处于同样的范围，如：TM影像可拉伸至0-255。色彩空间变换是指在计算机内定量处理色彩时常用的RGB表色系统与视觉上定性描述时常用的更为直观的HIS（H、I和S分别表示色调hue、亮度intensity和饱和度saturatio

3、n）显色系统两套色彩表示系统之间的转换；它们之间的相互转化的处理过程称之为HIS变换。利用HIS变换，可以进行多源遥感图像之间的信息融合。而信息融合可使不同空间分辨率/波谱分辨率和时相分辨率的影像各自的优势综合起来，弥补单一图像上信息的不足，这样不仅扩大了各自信息的应用范围，而且大大提高了遥感影像分析的精度。一、实验目的1.了解对数字图像进行差值、比值、彩色合成和色彩变换的目的与作用；2.学会使用ENVI软件进行上述变换具体操作的步骤；3.通过本实验，达到全面掌握和熟练运用常用的几种单图像处理和多图像处理方法，深入认识和体会多图像处理，尤其是彩色合成和多源信息融合对改善数字图像质量，提高图像地

4、物识别能力的作用，比较不同彩色合成方案效果的异同，为将来在工作中解决实际问题打好基础。二、实验内容1. 数字图像的差值和比值变换；2. 数字图像的彩色合成；3. 数字图像的色彩变换三、实验仪器设备条件硬件：方正商祺9000计算机160台；软件：ENVI 4.7软件.四、实验操作步骤（一）数字图像的差值、比值增强（使用can_tmr.img的TM3、TM4波段）1.同时显示tm3和tm4，比较同一区域的灰度值；2.用tm4减去tm3生成差值图像candif；在Basic ToolsBand Math在Enter an expression下文本编辑器中输入float(b1)-float(b2)或

5、b1-b2，点Add to List标签；在Variables to Bands Pairings对话框中，交互选择波段，并分别并单击OK。（生成的图像取值范围不同，前者float型有负值，后者没有，但直方图 基本一样）3.用tm4除以tm3生成两波段比值图像candiv；（1）在Basic ToolsBand Math在Enter an expression下文本编辑器中分别输入 “float(b1)/float(b2)”，点Add to List标签；在Variables to Bands Pairings对话框中，交互选择波段，并单击OK，生成比值图candiv。（2）在主菜单上Tran

6、sformBand Ratios在numerator(分子)下面的文本编辑器中（先用鼠标单击之，激活它，令光标在其中闪烁，然后用鼠标选中打开的TM4波段，即：TM Band 4 (0.8300):can_tmr.img），同样在Denominator(分母)下面的文本编辑器中选中TM3（TM Band 3 (0.6600):can_tmr.img），点Enter Pair（在Selected Ratio Pairs下的文本框出现上面选择波段比值的表达式） OK选Floating PointOK。比较上述两种比值图的差异，并说明其原因。（1）与（2）相同）4.用（tm4-tm3）/(tm4+tm

7、3)生成NDVI图像canndvi；方法一：直接在主影像窗口中TransformNDVI起输出文件名后OK即可。链接植被指数图像与原图像，观察NDVI值与原图像色彩（调）以及NDVI图像的像元亮度之间的关系。方法二：（在Basic ToolsBand Math在Enter an expression下文本编辑器中输入以下表达式， “(float(b1)-float(b2)/(float(b1)+float(b2)”；5. 用（tm2-tm4）/(tm2+tm4)生成NDWI图像canndwi；（采用同上面计算NDVI相同的方法二即可完成）（二）数字图像的彩色合成（使用can_tmr.img的T

8、M543合成的图像绿色更鲜艳，因为这是4波段赋色为绿色，而比较而言4波段植被反射率最高；bhtmref.img的TM432、TM321合成效果好些，但季节也差不多，总的效果还不够理想）6.用tm3、tm2、tm1进行简单线性拉伸并合成tm321；（主影像窗口Enhancelinear；直接显示的就是带饱和的线性拉伸的结果，要选Linear才能变为简单线性拉伸的图像）7.用tm3、tm2、tm1进行带饱和的线性拉伸（2%）并合成tm321s；（主影像窗口Enhancelinear 2%）（可能季节是早春或冬季，绿色基本看不到；似乎是深褐色带点红，或带点青色或墨绿色；时相不典型造成的）8. 用tm

9、4、tm3、tm2进行简单线性拉伸并合成tm432；（红的不够鲜艳）9.用tm4、tm3、tm2进行带饱和线性拉伸（2%）并合成tm432s；（鲜红色）（用分段线性拉伸Piecewise Linear，在交互拉伸窗口的45度对角线或斜率线上或转换函数曲线上，用鼠标中间按钮或滑轮添加若干点，再用左键挪动改点到所需的任意地方，可以实现指数和对数变换的效果）（三）数字图像的色彩空间变换以高分辨率的SPOT影像与TM影像的图像融合为例，说明色彩空间变换的应用。1分别打开一幅SPOT影像lon_spot和一幅TM影像lon_tm，并查看影像像元行列数；2对lon_tm影像进行重采样（Basic Tool

10、sResize Data(SpatialSpectral)），使其与lon_spot影像具有相同的行列数；方法1：直接输入TM影像重采样后输出影像像元的行列数，即spot影像的行列数；方法2：直接输入TM影像的行列变换系数（在Resize Data Parameters对话框的xfac文本框中输入2.800397219，在yfac文本框中输入2.801785714，回车确认后，经重采样的TM影像具有与spot影像相同的像元行列数）；100728202.80039721956015692.801785714方法3：点Set Output Dims by Pixel Size标签， 在Output

11、 Dims via Pixel Size对话框中输入行列方向像元的分辨率“9.99858234、9.99362549”（注：直接输10m像元行列数不合适），同样可以达到填变换系数的作用。（注：重采样后TM与Spot的行列像元数必须完全相同才能融合；差一个像元，软件也不给做融合。按照常识，TM影像的像素大小为28米，而SPOT影像的像素大小为l0米；TM的影像大小乘以2.8的倍的变换系数，或直接将变换后TM影像的像元分辨率设为l0米即可；但实际不行，因这只是一个大概的数字，经此变换二者并不具有相同的像元数，不能做融合。）3）显示调整过的影像，选择ToolsLinkLink Displays将调整

12、过大小的TM影像和SPOT全色影像链接起来，使用动态链接来分析比较这两幅影像。3 手动HSI数据融合 1）HSV正变换 （1）从ENVI的主菜单选择TransformColor Transformto sRGB HSV，然后选择调整过的TM数据作为输入的RGB影像。输入要输出的文件名“lon_tm10mtoHSV”，点击OK执行变换。（2）作为灰阶影像或RGB彩色影像，来显示色度、饱和度和数值的影像。2）拉伸SPOT影像并替换TM的数值波段 （1）从ENVl的主菜单选择Basic ToolsStretch Data，单击lon_spot文件，然后点OK.（2）在Data Stretching对

13、话框的0utput Data部分中，在Min文本框中输入0，Max文本框中输入1，并输入一个输出文件名“lon_spotLiStretch”。单击OK将SPOT影像的数据拉伸为浮点型，范围为0到1.0。3）HSV反变换（1）从ENVI主菜单选择TransformColor TransformsHSV to RGB，选择转换过的TM数据的 Hue和Saturation波段作为变换的H和S波段。（2）选择拉伸过的SPOT影像作为变换的V波段“lon_spotLiStretch”，点击OK。（有时提示参与融合的波段像元尺度不等）在HSV to RGB Parameter 输入要输出的文件名“lon_

14、tmandspotHSVtoRGB”，点击OK进行反变换。4）结果显示（1）在可用波段列表中，选择RGB Color单选按钮，再按顺序点击反变换后的R、G、B波段，再点击Load RGB按钮来显示一幅经过融合的TM/SPOT的彩色影像。（2）选择ToolsLinkLink Displays将融合后的影像“lon_tmandspotHSVtoRGB”，同调整过大小的TM影像“lon_tm10m”以及SPOT的全色影像“lon_spot”链接起来。使用动态链接来分析比较这些影像。4 自动HSV变换融合1）在ENVI的主菜单选择_TransformImage SharpeningHSV。2）如果调整

15、过大小的TM彩色影像已在显示窗口中，则可以在Select Input RGB对话框中直接选择合适的影像显示窗口。否则，就要在“Select Input RGB”对话框中选“Available Band List”点OK，然后在出现的“Select Input RGB Input Bands”对话框中，选择“Red Layer” 和 “Green Layer”和“Blue Layer”所相对应的调整过大小的TM影像波段，然后点击OK。3）从High Resolution Input File对话框中选择SPOT影像（没打开的话，要点下面的openNew File打开spot影像），点击OK。4）在“HSV Sharpening Parameters”对话框中，输入输出文件名：lontmspotautoHSV.img，选双线性重采样方法，点击0K。结果显示、链接和比较1）显示融合后的彩色影像，在可用波段列表中，选择RGB Color单选按钮，再在R、G、B波段中选择融合影像中相应的波段，点击Load RGB。2）通过在主影像窗口菜单中选择ToolsLink