遥感概论：第四章 遥感图像处理1

1、第四章 遥感图像处理第四章 遥感图像处理 本章提要 第一节 光学原理与光学处理 第二节 数字图像的校正 第三节 数字图像增强 第四节 多源信息复合 第一节 光学原理与光学处理第一节 光学原理与光学处理一、颜色视觉1、亮度对比和颜色对比（1）亮度对比：对象相对于背景的明亮程度。改变对比度，可以提高图象的视觉效果。（2）颜色对比：在视场中，相邻区域的不同颜色的相互影响叫做颜色对比。两种颜色相互影响的结果，使每种颜色会向其影响色的补色变化。在两种颜色的边界，对比现象更为明显。因此，颜色的对比会产生不同的视觉效果。 2、颜色的性质： 所有颜色都是对某段波长有选择地反射而对其他波长吸收的结果。 颜色的性

2、质由明度、色调、饱和度来描述。 （1）明度：是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。 物体反射率越高，明度就越高。 （2）色调：是色彩彼此相互区分的特性。 （3）饱和度：是色彩纯洁的 程度，即光谱中波长段是否窄，频率是否单一的表示。 3、颜色立体（1）颜色立体：中间垂直轴代表明度 ；中间水平面的圆周代表色调；圆周上的半径大小代表饱和度。（2）孟赛尔颜色立体：中轴代表无色彩的明度等级；在颜色立体的水平剖面上是色调；颜色历代中央轴的水平距离代表饱和度的变化。二、加色法与减色法颜色相加原理三原色：若三种颜色，其中的任一种都不能由其余二种颜色混合相加产生，这三种颜色按一定比例混合，可以形成各种色调的颜色，则

3、称之为三原色。红、绿、蓝。互补色：若两种颜色混合产生白色或灰色，这两种颜色就称为互补色。黄和蓝、红和青、绿和品红。色度图：可以直观地表现颜色相加的原理,更准确地表现颜色混合的规律.2. 色度图根据色彩计量学的研究，划定人眼识别范围等能量点是白光点，靠近边界，颜色饱和度越高边界沿顺时针方向是蓝、绿、红颜色根据色度图可以粗略推算两种颜色相混合得到的中间色过等能量点的直线，与曲线边界相交的两点是互补色3、颜色相减原理减色过程:白色光线先后通过两块滤光片的过程.颜色相减原理:当两块滤光片组合产生颜色混合时,入射光通过每一滤光片时都减掉一部分辐射，最后通过的光是经过多次减法的结果.加色法与减色法的区别:

4、减法三原色:黄、品红、青三、光学增强处理图像的光学增强处理方法具有精度高， 反映目标地物更真实，图像目视效果好等优点，是遥感图像处理的重要方法之一。计算机图像处理的优点在于速度快、操作简单、效率高等优点，有逐步取代光学方法的趋势。1. 利用加色法和减色法实现彩色合成加色法：合成仪法、分层曝光法减色法：染印法、印刷法、重氮法2. 光学增强处理相关掩膜处理方法改变对比度显示动态变化边缘突出3. 光学信息处理图像的相加和相减：光栅滤波法遥感黑白影像的假彩色编码：相位介质的色散、假彩色的编码过程第二节 数字图像的校正遥感数字图像处理：利用计算机对遥感图像及其资料进行的各种技术处理。数字图像处理的优点快

5、捷、准确、客观地提取遥感信息适应地理信息系统的发展一、数字图像及其直方图数字图像：遥感数据有光学图像和数据图像之分。数字图像是能被计算机存储、处理和使用的用数字表示的图像。数字化：将连续的图像变化，作等间距的抽样和量化。通常是以像元的亮度值表示。 数字量和模拟量的本质区别：连续变量，离散变量。数字图像的表示：矩阵函数遥感数字图像及其特点数字图像是指能够被计算机存储、处理利使用的图像。遥感数据的表示既有光学图像又有数字图像。遥感数字图像是以数字形式表示的遥感影像。遥感数字图像最基本的单位是像素。像素是成像过程的采样点，也是计算机图像处理的最小单元。 数字化将连续的图像变化，作等间距的抽样和量化。

6、通常是以像元的亮度值表示。数字量和模拟量的本质区别：连续变量，离散变量。连续图象数字图象离散化目的：便于计算机处理。量化数字图像举例遥感数字图像的特点便于计算机处理与分析：计算机是以二进制方式处理各种数据的。采用数字形式表示遥感图像，便于计算机处理。因此，与光学图像处理方式相比，遥感数字图像是一种适于计算机处理的图像表示方法。图像信息损失低：由于遥感数字图像是用二进制表示的，因此在获取、传输和分发过程中，不会因长期存储而损失信息，也不会因多次传输和复制而产生图像失真。而模拟方法表现的遥感图像会因多次复制而使图像质量下降。抽象性强：尽管不同类别的遥感数字图像，有不同的视觉效果，对应不同的物理背景

7、，但由于它们都采用数字形式表示，便于建立分析模型，进行计算机解译和运用遥感图像专家系统。遥感数字图像的表示方法遥感数字图像以二维数组来表示。在数组中，每个元素代表一个像素，像素的坐标位置隐含，由这个元素在数组中的行列位置所决定。元素的值表示传感器探测到像素对应面积上的目标地物的电磁辐射强度，采用这种方法，可以将地球表面一定区域范围内的目标地物信息记录在一个二维数组(或二维矩阵)中。数字图象HOME按波段数量，遥感数字图像可分几种类型：二值数字图像：图像中每个像素由0或1构成，在计算机屏幕上表示为黑白图像。单波段数字图像：在某一波段范围内工作的传感器获取的遥感数字图像。彩色数字图像：是由红、绿、

8、蓝三个数字层构成的图像。在每一个数字层中，每个像素用1字节记录地物亮度值，数值范围一般介于0255。每个数字层的行列数取决于图像的尺寸或数字化过程中采用的光学分辨率。三层数据共同显示即为彩色图像。多波段数字图像：是传感器从多个波段获取的遥感数字图像。多波段数字图像的存贮与分发，通常采用三种数据格式 ：BSQ、BIP、BIL1）BSQ(Band sequential)： 是一种按波段顺序依次排列的数据格式。 2）BIP(Band interleaved by pixel)： 每个像元按波段次序交叉排列 3）BIL(Band interleaved by line)： 是逐行按波段次序排列的格式

9、数字图像直方图：以每个像元为单位，表示图像中各亮度值或亮度值区间像元出现的频率的分布图。直方图的作用：直观地了解图像的亮度值分布范围、峰值的位置、均值以及亮度值分布的离散程度。直方图的曲线可以反映图像的质量差异。正态分布：反差适中，亮度分布均匀，层次丰富，图像质量高。偏态分布：图像偏亮或偏暗，层次少，质量较差。小结 图像直方图是描述图像质量的可视化图表。在图像处理中，可以通过调整图像直方图的形态，改善图像显示的质量，以达到图像增强的目的。直方图The Image HistogramIn raw imagery, the useful data often populates only a sm

10、all portion of the available range of digital values (commonly 8 bits or 256 levels). Contrast enhancement involves changing the original values so that more of the available range is used, thereby increasing the contrast between targets and their backgrounds. The key to understanding contrast enhan

11、cements is to understand the concept of an image histogramA histogram is a graphical representation of the brightness values that comprise an image. The brightness values (i.e. 0-255) are displayed along the x-axis of the graph. The frequency of occurrence of each of these values in the image is sho

12、wn on the y-axis. HOME二、辐射校正（Radiometric correction ）辐射畸变： 地物目标的光谱反射率的差异在实际测量时，受到传感器本身、大气辐射等其他因素的影响而发生改变。这种改变称为辐射畸变。影响辐射畸变的因素传感器本身的影响：导致图像不均匀，产生条纹和噪音。大气对辐射的影响Striping was common in early Landsat MSS data due to variations and drift in the response over time of the six MSS detectors. The drift was di

13、fferent for each of the six detectors, causing the same brightness to be represented differently by each detector. The corrective process made a relative correction among the six sensors to bring their apparent values in line with each otherDropped lines occur when there are systems errors which res

14、ult in missing or detective data along a scan line. Dropped lines are normally corrected by replacing the line with the pixel values in the line above or below, or with the average of the two. 大气对辐射的影响大气影响：大气的主要影响是减少了图像的对比度，使原始信号和背景信号都增加了因子，图像质量下降。大气影响的粗略校正：通过简单的方法去掉程辐射度（散射光直接进入传感器的那部分），从而改善图像质量。直方图

15、最小值去除法回归分析法直方图最小值去除法基本思路:每幅图像上都有辐射亮度或反射亮度应为0的地区，而事实上并不等于0,说明亮度最小值必定是这一地区大气影响的程辐射度增值。校正方法:将每一波段中每个像元的亮度值都减去本波段的最小值。使图像亮度动态范围得到改善，对比度增强，从而提高了图像质量。HOME原理：根据波段间的相关性，由一已知波段的程辐射推断其余波段程辐射假定某红外波段，存在程辐射为主的大气影响，且亮度增值最小，接近于零，设为a波段。直方图最小值比较回归分析法方法：建立直线回归方程将波段b中每个像元的亮度值减去，来改善图像，去掉程辐射。三、几何校正几何畸变：遥感图像的几何位置上发生变化，产生

16、诸如行列不均匀，像元大小与地面大小对应不准确，地物形状不规则变化等变形。几何畸变是平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲等作用的结果。1、遥感影像变形的原因遥感平台位置和运动状态变化的影响： 航高、航速、俯仰、翻滚、偏航。地形起伏的影响：产生像点位移。地球表面曲率的影响：一是像点位置的移动；二是像元对应于地面宽度不等，距星下点愈远畸变愈大，对应地面长度越长。大气折射的影响：产生像点位移。地球自转的影响：产生影像偏离。2、几何畸变校正基本思路：把存在几何畸变的图像，纠正成符合某种地图投影的图像，且要找到新图像中每一像元的亮度值。The geometric registration process invo

17、lves identifying the image coordinates (i.e. row, column) of several clearly discernible points, called ground control points (or GCPs), in the distorted image (A - A1 to A4), and matching them to their true positions in ground coordinates (e.g. latitude, longitude). The true ground coordinates are

18、typically measured from a map (B - B1 to B4), either in paper or digital format.具体步骤 1)选取控制点 2)计算校正后每一点所对应原图中的位置；3)计算每一点的亮度值。计算方法 1）建立两图像像元点之间的对应关系； 2）求出原图所对应点的亮度：最近邻法、双线性内插法、三次卷积内插法。 几何精校正位置计算 精校正的第一步工作是按校正后图像中的每一点找到校正前图像的对应位置。两个图像点的对应关系，一般描述为数学关系：这个数学关系常表示为二元多项式一次、二次、三次或更高次表达式，其中二元二次多项式可以表示为：首先寻找两

19、个图像已知的对应点，称作控制点，这些控制点在两个图像上的坐标分别已知。用最小二乘法和已知控制点坐标求出未知的系数aij和bij ，于是找到了两种图像间数学关系表达式的具体表示。然后，依次代入校正后图像的每个像元点的坐标，求出相应的X和Y值，完成位置计算。2、几何畸变校正控制点(GCP)的选取数目的确定:最小数目；6倍于最小数目。选择的原则在几何校正中，GCP点的选择是最重要，也是工作量最大的，对于一个精确的校正必须使用精确的地面控制点，图像中所有其它点的校正坐标均由地面控制点外推所得。被定位的地面控制点必须散布在整幅图像上，GCP点分布越均匀，数量越多，校正的可靠性越高。GCP 同时也可以有选

20、择的去除一些效果不好的控制点，以达到最佳效果，因此在选择控制点时，遵照以下准则：l所选的点比较均匀的遍布校正的整个区域；l所选的点在图像上要容易辨认，地面可以实测，具有较固定的特征；要便于实行和可重复操作。 l低精度图像应与高精度图像配准（在高精度图像上选GCP）。l影像分辨率与相应比例尺的地形图配准。AVHRR， 1:250,000地形图Landsat TM，1:100,000地形图SPOT ， 1:24,000地形图RMS误差 RMS误差（均方根）是GCP的输入（原位置）和逆转换的位置之间的距离或者说，是在用转换矩阵对一个GCP作转换时，所期望输出的坐标与实际输出的坐标之间的偏差。RMS误差用计算距离的方程求得： xi和yi是输入的原坐标； xr和yr是逆变换后的坐标。 RMS误差以坐标系统的距离来表示。如果原坐标是数据文件坐标，那么RMS误差是用像元数的距离。例如，RMS误差是2意味着参考像元与逆转换像元之间的距离是2个像元。RMS误差的容忍取决于数据质量和应用目的。 Landsat TM 一般控制在1个像元，30m以内。 AVHRR一般控制在1.5个像元，1.5Km以内。计算转换矩阵和RMS误差后，可能的