第四章遥感图像处理

第三章课后习题

1.航片的特性有哪些？

2.试举两例陆地资源卫星数据并阐明其数据特点。

第四章遥感数据的处理

遥感数据的校正§1

辐射校正§2

几何校正§3

镶嵌处理本章提要（…)本章主要分析遥感数据获取过程中产生的辐射畸变、几何畸变的原因和校正的方法，多幅遥感数据的拼接处理方法。这些都是遥感数据的预处理。

§1辐射校正一、遥感图像的辐射误差主要有三个因素传感器的光电变换（…)大气的影响(…)光照条件(…)传感器在光电变换的过程中，对各波段的灵敏度是有差异的，也就是说，传感器对各波段的光谱响应是不同的，由此造成辐射畸变。另外，传感器的光学镜头的非均匀性，会引起边缘减光，也会造成图像辐射的畸变。地物（目标物）的辐射（反射）经过大气层时，与大气层发生散射作用和吸收作用。吸收作用直接降低地物的辐射能量，引起辐射畸变。散射作用除降低地物的辐射能量外，大气散射的部分辐射还会进入传感器，直接叠加在目标地物的辐射能量之中，成为目标地物的噪声，降低了图像的质量。

光照条件的不同也会引起辐射畸变，如太阳高度角、地面坡度等，都会引起辐射的畸变。

Tobecontinued…二、镜头辐射畸变的校正

在使用透镜的光学系统中，由于透镜光学特性，其镜头中心和边缘的透射光强度不一致，使同类地物在图像上不同位置有不同的灰度值，一般是边缘部分比中间部分暗。在这类光学系统中，一幅图像上各像点光的强度分布符合以下规律：

Ep=E0cosθ

镜头的辐射畸变图示§1辐射校正Tobecontinued…三、光电变换的辐射误差校正光电变换的扫描仪，辐射误差主要有两类：

(1)光电转换误差；

(2)探测器增益变化引起的误差。

对于该两项误差，卫星接收站地面处理系统通常采用楔校准模型和增益校准模型，对卫星图像进行处理，消除传感器的光电转变辐射误差和增益变化的误差。

Tobecontinued…§1辐射校正四、辐射校正流程图

辐射值校准流程图CCT回归计算

滤波处理

校准处理

CCTTobecontinued…§1辐射校正五、大气散射校正大气校正就是指消除由大气散射引起的辐射误差的处理过程。大气校正的方法:利用辐射传递方程进行大气校正；利用地面实况数据进行大气校正；利用辅助数据进行大气校正。实际像场大气的校正：野外现场波谱测试（回归分析法）；大气参数测量；波段对比分析（直方图法）。Tobecontinued…§1辐射校正直方图法

如果在某一像场中存在亮度值为零的目标地物，地物是平静清洁的水面或地形阴影区，则任一波段亮度值都应为零。所以只要对选择区域内波段的图像进行灰度统计给出其直方图，则直方图上频率最小的灰度值就是大气改正值。大气校正就是移动直方图的最小值至零值位置。调整前直方图

亮度值

亮度值调整后直方图像元数百分比/%像元数百分比/%回归分析法Tobecontinued…

回归分析校正法六、太阳高度角的辐射误差校正太阳高度角引起的畸变校正是将太阳光线倾斜照射时获取的图像校正为太阳光线垂直照射时获取的图像。太阳的高度角θ可根据成像时刻的时间、季节和地理位置来确定，即：

sinθ=sin·sinδ±cos·cosδ·cost

太阳高度角的校正是通过调整一幅图像内的平均灰度来实现的。多光谱图像上的阴影可以通过图像之间的比值予以消除。比值图像是用同步获取的相同地区的任意两个波段图像相除而得到的新图像。Tobecontinued…§1辐射校正七、地形坡度辐射误差校正太阳光线和地表作用以后再反射到传感器的太阳光的辐射亮度和地面倾斜度有关。地形坡度引起的辐射校正方法需要有图像对应地区的DEM数据，校正较为麻烦，一般情况下对地形坡度引起的误差不做校正。下一节§1辐射校正§2几何校正

一、遥感图像的几何变形有两层含义一是指卫星在运行过程中，由于姿态、地球曲率、地形起伏、地球旋转、大气折射、以及传感器自身性能所引起的几何位置偏差。二是指图像上像元的坐标与地图坐标系统中相应坐标之间的差异。Tobecontinued…二、几何变形的校正几何粗校正：这种校正是针对引起几何畸变的原因进行的，地面接收站在提供给用户资料前，已按常规处理方案与图像同时接收到的有关运行姿态、传感器性能指标、大气状态、太阳高度角对该幅图像几何畸变进行了校正。几何粗校正是针对卫星运行和成像过程中引起的几何畸变进行的校正，即卫星姿态不稳、地球自转、地球曲率、地形起伏、大气折射等因素引起的变形。几何精校正：利用地面控制点进行的几何校正称为几何精校正。Tobecontinued…§2几何校正三、卫星姿态引起的图像变形Tobecontinued…§2几何校正位移变化高度变化1速度变化偏航变化高度变化2侧翻变化(dα)

(dω)

(dκ)

位移变化速度变化位移变化速度变化五、地球曲率地球曲率引起的像点位移类似于地形起伏引起的像点位移。Δh看作是一种系统的地形起伏，就可以利用像点位移公式来估计地球曲率所引起的像点位移。地球曲率的变形图示（tobecontinued…)。Tobecontinued…§2几何校正地球曲率的变形图示Tobecontinued…§2几何校正六、大气折射整个大气层不是一个均匀的介质，因此电磁波在大气层中传播时的折射率也随高度的变化而变化，使电磁波传播的路径不是一条直线而变成了曲线，从而引起像点的位移，这种像点移位就是大气折光差（参见下一页示图）。对侧视雷达图像的影响（…)。

侧视雷达是按斜距投影原理成像的。雷达电磁波在大气中传播时，一方面会因大气折射率的变化而产生路径弯曲，使传播路径变长；另一方面使电磁波传播速度减慢，传播时间增加。

Tobecontinued…§2几何校正大气折射影响Tobecontinued…七、遥感图像几何校正方法系统几何校正（…)。数字图像几何校正也称图像纠正，其目的是改正原始影像的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像。基本环节有两个：一是像素坐标变换；二是像素亮度重采样。按图像引起几何畸变的原因，推导出畸变校正公式，这类校正公式一般与传感器的有关参数、传感器的位置、姿势等数据有关，将这些数据代入公式对原始图像进行几何校正，叫做系统性校正。

Tobecontinued…§2几何校正数字图像纠正的处理过程框图准备工作

输入原始数字图像

建立纠正变换函数

影像范围确定输出

逐个像素的几何位置变换像素亮度值重采样

输出纠正后的图像

Tobecontinued…准备工作

输入原始数字图像

建立纠正变换函数

准备工作

输入原始数字图像

影像范围确定输出

建立纠正变换函数

准备工作

输入原始数字图像

逐个像素的几何位置变换影像范围确定输出

建立纠正变换函数

准备工作

输入原始数字图像

像素亮度值重采样

逐个像素的几何位置变换影像范围确定输出

建立纠正变换函数

准备工作

输入原始数字图像

输出纠正后的图像

像素亮度值重采样

逐个像素的几何位置变换影像范围确定输出

建立纠正变换函数

准备工作

输入原始数字图像

§3遥感数据的镶嵌处理数字影像镶嵌(Mosaicking)是将两幅或多幅数字影像(它们有可能是在不同的摄影条件下获取的)拼在一起，构成一幅整体图像的技术过程。在遥感应用中，影像镶嵌有着重要的应用。Tobecontinued…一、数字影像镶嵌原理影像镶嵌的原理是：如何将多幅影像从几何上拼接起来，这一步通常是先对每幅图像进行几何校正，将它们规划到统一的坐标系中，然后对它们进行裁剪，去掉重叠的部分，再将裁剪后的多幅影像装配起来形成一幅大幅面的影像。Tobecontinued…§3遥感数据的镶嵌处理二、消除拼接缝的算法把待拼接的两幅图像先按小波分解的方法，将它们分解为不同频带的小波分量。然后在不同的尺度下选择不同的灰度值修正影响范围，把两幅图像按不同尺度下的小波分量先拼接起来。然后再用灰度算法，恢复整个图像,这样拼接的结果可以很好地兼顾清晰度和光滑度两个方面的要求。Tobecontinued…§3遥感数据的镶嵌处理三、消除拼接缝的强制改正方法先统计拼接缝上任意位置两侧的灰度差，然后将灰度差在该位置两侧的一定范围内强制改正掉。

拼接缝的强制改正

本节结束本章结束返回§3遥感数据的镶嵌处理第四章遥感数据的处理遥感数据增强

§1遥感图像的增强处理

§2常用遥感图像处理软件本节提要（…）本节主要介绍遥感图像的计算机增强处理方法，如彩色合成、直方图调整、图像间算术运算等。

§1遥感图像的增强处理目前常用的遥感图像增强处理主要有：彩色合成、空间滤波、灰度变换、直方图变换、密度分割、灰度颠倒、图像间运算、邻域增强处理、主成分分析、K－T变换、信息融合。Tobecontinued…一、彩色合成（多波段彩色合成）为了充分利用色彩在遥感图像判读和信息提取中的优势，常常利用彩色合成的方法对多光谱图像进行处理，以得到彩色图像。彩色图像可以分为真彩色图像和假彩色图像。Tobecontinued…§1遥感图像的增强处理彩色合成的原理图Tobecontinued…反射率ρ/%λ真彩色图像真彩色图像上影像的颜色与地物颜色基本一致。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果。如TM321分别用RGB合成的图像。Tobecontinued…假彩色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。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。如TM432用RGB合成的图像为标准假彩色图像。

Tobecontinued…彩色变换单波段彩色变换

密度分割多波段彩色变换

加色法彩色合成原理、真彩色图像、假彩色图像HLS变换色彩模式Tobecontinued…二、灰度颠倒灰度颠倒在光学处理中为负片印制成正片，或反之。灰度变换数字处理是将图像的灰度范围先拉伸到显示设备的动态范围(如0～255)成饱和状态，然后进行颠倒。这样的运算，可以使正像和负像互换。Tobecontinued…§1遥感图像的增强处理三、直方图调整直方图：统计每幅图像的各亮度的像元数而得到的随机分布图，即为该幅图像的直方图。一般来说，包含大量像元的图像，像元的亮度随机分布应是正态分布。直方图为非正态分布，说明图像的亮度分布偏亮、偏暗或亮度过于集中，图像的对比度小，需要调整该直方图到正态分布，以改善图像的质量。一般的遥感图像处理软件均有此功能。Tobecontinued…§1遥感图像的增强处理四、密度分割（单波段彩色变换）图像密度分割原理可以按如下步骤进行：（1）求图像的极大值dmax和极小值dmin；（2）求图像的密度区间ΔD=dmax-dmin

+1；（3）求分割层的密度差Δd=ΔD／n

，其中n为需分割的层数；（4）求各层的密度区间；（5）定出各密度层灰度值或颜色。

Tobecontinued…§1遥感图像的增强处理五、图像间运算两幅或多幅单波段图像，空间配准后可进行算术运算，实现图像的增强。减法运算：可突现出两波段差值大的地物，如红外-红，可突现植被信息。比值运算：常用于计算植被指数、消除地形阴影等。植被指数：

NDVI=（TM4-TM3）/（TM4+TM3）Tobecontinued…§1遥感图像的增强处理六、邻域增强处理（空间滤波）邻区法增强处理是在被处理像元周围的像元参与下进行的运算处理。邻域处理又叫滤波处理，邻域的范围取决于滤波器的大小，如3×3或5×5等。（模板取奇数为好）邻区法处理用于去噪声、图像平滑、锐化和相关运算。Tobecontinued…§1遥感图像的增强处理七、主成分分析（K-L变换）在遥感图像分类中，常常利用主成分分析算法来消除特征向量中各特征之间的相关性，并进行特征选择。主成分分析算法还可以用来进行高光谱图像(Hyper-spectralimages)数据的压缩和信息融合。

例如：对LandsatTM的6个波段的多光谱图像(热红外波段除外)进行主成分分析，然后把得到的第1，2，3主分量图像进行彩色合成，可以获得信息量非常丰富的彩色图像。主成分分析的原理(next)。

Tobecontinued…§1遥感图像的增强处理八、K-T变换及其应用Kauth-Thomas变换（…)，简称K-T变换，又形象地称为“缨帽变换”。这种变换着眼点在于农作物生长过程而区别于其他植被覆盖，力争抓住地面景物在多光谱空间中的特征。

目前对这个变换的研究主要集中在MSS与TM两种遥感数据的应用分析方面。

1976年，Kauth和Thomas发现了一种线性变换，它使坐标空间发生旋转，但旋转后的坐标轴不是指向主成分的方向，而是指向另外的方向，这些方向与地面景物有密切的关系，特别是与植物生长过程和土壤有关。这种变换既可以实现信息压缩，又可以帮助解译分析农业特征，因此有很大的实际应用意义。

Tobecontinued…§1遥感图像的增强处理九、信息融合遥感图像信息融合(Fusion)是将多源遥感数据在统一的地理坐标系中，采用一定的算法生成一组新的信息或合成图像的过程。

不同的遥感数据具有不同的空间分辨率、波谱分辨率和时相分辨率，如果能将它们各自的优势综合起来，可以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。

下一节本节结束返回§1遥感图像的增强处理§2常用遥感图像处理软件目前国内常用的遥感图像处理软件有：Erdas：美国亚特兰大ERDAS公司集遥感和GIS于一身的软件。Envi：美国BetterSolutionsConsulting有限公司开发的遥感图像处理软件。Idris：是由美