遥感基础原理知识

第一章：电磁波及遥感物理基础1.1概述：遥感：是指在不直接接触的情况下，对目标或者自然现象远距离探测和感知的一种技术。一切物体，由于其种类、特征和环境条件的不同，具有完全不同的电磁波反射或发射辐射特征。因此遥感技术是建立在物体反射或发射电磁波的原理上的。电磁波：根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场能够在它周围引起变化的磁场，这一变化的磁场又在较远的区域内引起新的变化电场，并在更远的区域内引起新的变化磁场。这种变化的电场和磁场交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。电磁波具有波粒二象性。即：波动性与粒子性。光的波动性形成了光的干涉、衍射、偏振等现象。电磁波谱：电磁波谱表IT红传黄绿者蓝紫红传黄绿者蓝紫1.2物体的发射辐射黑体辐射的三个特性：（1）与曲线下的面积成正比的总辐射通量密度W是随温度T的增加而迅速增加。（2）分谱辐射能量密度的峰值波长随温度的增加向短波方向移动。（3）每根曲线彼此不相交，故温度T越高所有波长上的波谱辐射通量密度也越大。太阳常数：指不受大气影响，在距离太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射的方向上，单位面积单位时间黑体所接收的太阳辐射能量。大气对太阳辐射的吸收、散射及反射作用：大气吸收的影响主要是造成遥感影像暗淡，电磁波在传播过程中遇到小微粒而使传播方向发生改变，并向各个方向散开，称散射。另外，电磁波与大气的相互作用还包括大气反射。瑞利散射：由半径d小于波长入十分之一以下的微粒引起的散射。（选择性）波长越短散射能力越强。米氏散射：由半径d与波长入相当（大于）的微粒引起的散射。（非选择性）与波长无关。有些波段的电磁辐射通过大气后衰减较小，透过率较高，对遥感十分有利，这些波段通常称为“大气窗口”。可以用作遥感的大气窗口大体有如下几个：0.30—1.15呻大气窗口：这个窗口包括全部可见光波段、部分紫外波段和部分近红外波段，是遥感技术应用最主要的窗口之一。其中，0.3—0.4呻近紫外窗口，透射率为70%；0.4—0.7um可见光窗口，透射率约为95%；0.7—1.10呻近红外窗口，透射率约为80%。该窗口的光谱主要是反映地物对太阳光的反射，通常采用摄影或扫描的方式在白天感测、收集目标信息成像。通常叫短波区。1.3—2.5gm大气窗口：属于近红外波段。该窗口习惯分为1.40—1.90gm以及2.00—2.50gm两个窗口，透射率在60%—95%之间。其中1.55—1.75呻透过率较高，白天夜间都可应用，是以扫描的成像方式感测、收集目标信息，主要应用于地质遥感。3.5—5.0呻大气窗口：属于中红外波段。透射率约为60—70%。包含地物反射及发射光谱，用来探测高温目标，例如森林火灾、火山、核爆炸等。8-14pm热红外窗口，透射率为80%左右，属于地物的发射波谱。常温下地物谱辐出度最大值对应的波长是9.7口m。所以此窗口是常温下地物热辐射能量最集中的波段，所探测的信息主要反映地物的发射率及温度。1.0mm-1m微波窗口，分为毫米波、厘米波、分米波。其中1.0—1.8mm窗口透射率约为35%—40%左右。2—5mm窗口，透射率约为50%—70%。8—1000mm，微波窗口，透射率为100%。微波的特点是能穿透云层、植被及一定厚度的冰和土壤，具有全天候的工作能力，因而越来越受到重视。遥感中常采用被动式遥感（微波辐射测量）和主动式遥感，前者主要测量地物热辐射，后者是用雷达发射一系列脉冲，然后记录分析地物的回波信号。传感器从高空探测地面物体时，所接收到的电磁波能量包括：1、太阳经大气衰减后照射地面，经地物反射后，又经大气第二次衰减进入传感器的能量；2、地面物体本身辐射的能量经大气后进入传感器；3、大气散射和辐射的能量等。辐射传输方程：式中％.吗一一传感器光谱响应系数；弓；一一大气光谱透过宓，弓2®虬一一太阳入鼾的光谱有疆；太阳高度角；只一一地物光谱反射率闩f就，©为太阳方位角f"%-一地面温度时的黑体光谱辐射通星密度"'件投勺__地物帝发射率""'「 「'了 "'们一一大气散射和辐射的能星。选择性辐射体：在各波长处的光谱发射率趴不同，即e=f（X）；灰体：在各波长处的光谱发射率趴相等。基尔霍夫定律：在任一给定温度下，辐射通量密度与吸收率之比对任何材料都是一个常数，并等于该温度下黑体的辐射通量密度。1.3地物的反射辐射物体对电磁波的反射有三种形式：（1）镜面反射是指物体的反射满足反射定律。当发生镜面反射时，对于不透明物体，其反射能量等于入射能量减去物体吸收的能量。自然界中真正的镜面很少，非常平静的水面可以近似认为是镜面。（2）漫反射：如果入射电磁波波长入不变，表面粗糙度h逐渐增加，直到h与入同数量级，这时整个表面均匀反射入射电磁波，入射到此表面的电磁辐射按照朗伯余弦定律反射。（3）方向反射：实际地物表面由于地形起伏，在某个方向上反射最强烈，这种现象称为方向反射。是镜面反射和漫反射的结合。反射率：反射率是物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。反射波谱特性曲线：某物体的反射率（或反射辐射能）随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线即称为该物体的反射波谱特性曲线。1.4地物波谱特性的测定地物波谱特性是指各种地物各自所具有的电磁波特性（发射辐射或反射辐射）。地物波谱特征（反射波谱）测定的原理是：用光谱测定仪器（置于不同波长或波谱段）分别探测地物和标准板，测量、记录和计算地物对每个波谱段的反射率，其反射率的变化规律即为该地物的波谱特性。地物波谱特性的测定，通常按以下步骤进行：A架设好光谱仪，接通电源并进行预热；B安置波长位置，调好光线进入仪器的狭缝宽度；C将照准器分别照准地物和标准板，并测量和记录地物、标准板在波长入1，入2,……入n处的观测值I入和I入0；D按照（1-38）式计算入1，入2,……入n处的p入；E根据所测结果，以p入为纵坐标轴，入为横坐标轴画出地物反射波谱特性曲线第二章：遥感平台及运行特点2.1遥感平台的种类遥感中搭载遥感器的工具统称为遥感平台。按平台距地面的高度大体上可分为三类:地面平台、航空平台、航天平台。2.2卫星轨道及运行特点轨道参数：A升交点赤经Q为卫星轨道的升交点与春分点之间的角距。所谓升交点为卫星由南向北运行时，与地球赤道面的交点。反之，轨道面与赤道面的另一个交点称为降交点。春分点为黄道面与赤道面在天球上的交点。B近地点角距3:3是指卫星轨道的近地点与升交点之间的角距。C轨道倾角i：是指卫星轨道面与地球赤道面之间的两面角。也即从升交点一侧的轨道量至赤道面。D卫星轨道的长半轴a：a为卫星轨道远地点到椭圆轨道中心的距离。E卫星轨道的偏心率（或称扁率）eF卫星过近地点时刻T。伪距法定位是在某一瞬间利用GPS接收机至少测定四颗卫星的伪距，根据已知的GPS卫星位置和伪距观测值，采用距离交会法即可求得接收机的二维坐标和时钟改正数。物理方法测距，如使用电磁场波或声波测距，分主动式和被动式两种。2.3陆地卫星及轨道特征陆地卫星类：包括Landsat系列（美）、SPOT系列（法）、IRS（1P）（印度）、ALOS系列（日）、RESURSO1系列（俄）等。这类卫星的特点是多波段扫描、地面分辨率为5—30m，在现阶段，这类卫星仍然是陆地卫星的主体。高分辨率陆地卫星：高光谱类卫星：这类卫星的主要特点是采用高分辨率成像光谱仪，波段数为36—256个，光谱分辨率为5—10nm，地面分辨率为30—1000m。目前这类卫星只有军方发射的，民用高光谱类卫星还没有，这类卫星主要用于大气、海洋和陆地探测。SAR（合成孔径雷达）类卫星：小卫星：第3章遥感传感器及其成像原理3.1扫描成像类传感器遥感中使用的传感器大体上可分为如下一些类型：（1） 摄影类型的传感器；（2） 扫描成像类型的传感器；（3） 雷达成像类型的传感器；（4） 非图像类型的传感器。遥感传感器组成：1、 收集器：收集地物辐射来的能量。具体的元件如透镜组、反射镜组、天线等。2、 探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。具体的无器件如感光胶片、光电管、光敏和热敏探测元件、共振腔谐振器等。3、 处理器：对收集的信号进行处理。如显影、定影、信号放大、变换、校正和编码等。具体的处理器类型有摄影处理装置和电子处理装置。4、 输出器：输出获取的数据。输出器类型有扫描晒像仪、阴极射线管、电视显像管、磁带记录仪、XY彩色喷笔记录仪等等。扫描成像类型的传感器是逐点逐行地以时序方式获取二维图像，有两种主要的形式，一是对物面扫描的成像仪，它的特点是对地面直接扫描成像，这类仪器如红外扫描仪、多光谱扫描仪、成像光谱仪、自旋和步进式成像仪及多频段频谱仪等；二是瞬间在像面上先形成一条线图像，甚至是一幅二维影像，然后对影像进行扫描成像，这类仪器有线阵列CCD推扫式成像仪，电视摄像机等。成像光谱仪，它是以多路、连续并具有高光谱分辨率方式获取图像信息的仪器。通过将传统的空间成像技术与地物光谱技术有机地结合在一起，可以实现对同一地区同时获取几十个到几百个波段的地物反射光谱图像。3.2微波成像类传感器（侧视雷达）真实孔径侧视雷达的工作原理：天线装在飞机的侧面，发射机向侧向面内发射一束窄脉冲，地物反射的微波脉冲，由天线收集后，被接收机接收。由于地面各点到飞机的距离不同，接收机接收到许多信号，以它们到飞机距离的远近，先后依序记录。信号的强度与辐照带内各种地物的特性、形状和坡向等有关。合成孔径技术的基本思想，是用一个小天线作为单个辐射单元，将此单元沿一直线不断移动。在移动中选择若干个位置，在每个位置上发射一个信号，接收相应发射位置的回波信号贮存记录下来。存贮时必须同时保存接收信号的幅度和相位。当辐射单元移动一段距离后，存贮的信号和实际天线阵列诸单元所接收的信号非常相似。合成孔径天线是在不同位置上接收同一地物的回波信号，在这个过程中，每个反射信号在数据胶片上，连续记录成间距变化的一条光栅状截面，相当于光学菲涅耳环的一部分，在胶片上呈一条一维相干图像。这样形成的整个图像，不像真实孔径雷达图像那样，能看到实际的地面图像，而是相干图像，它需经处理后才能恢复地面的实际图像。侧视雷达图像的几何特征：1、垂直飞行方向（y）的比例尺由小变大；2、山体前倾，朝向传感器的山坡影像被压缩，而背向传感器的山坡被拉长，与中心投影相反，还会出现不同地物点重影现象。3、高差产生的投影差亦与中心投影影像投影差位移的方向相反，位移量也不同。4、雷达立体图像的构像特点：从不同摄站对同一地区获取的雷达图像也能构成立体影像。由于是侧视，所以同一侧或异侧都能获取和构成立体像对。对同侧获取的雷达图像立体对，由于高差引起的投影差与中心投影片方向相反，如果按摄影位置放置像片进行立体观测，看到的将是反立体图像INSAR（相干雷达）：就是利用SAR在平行轨道上对同一地区获取两幅（或以上）的单视复数影像来形成干涉，进而得到该地区的三维地表信息。原理是通过两幅天线同时观测或两次平行的观测，获得同一区域的重复观测数据（复数影像对），综合起来形成干涉，得到相应的相位差，结合观测平台的轨道参数等提取高程信息，可以获取高精度、高分辨的地面高程信息，而且利用差分干涉技术可以精密测定地表沉降。第4章遥感图像数字处理的基础知识4.1图像的表示形式遥感传感器记录地物电磁波的形式有两种，一种以胶片或其它的光学成像载体的形式，另一种以数字形式记录下来，也就是所谓的光学图像和数字图像的方式记录地物的遥感信息。光学图像与数字图像的转换：光学图像转换为数字图像光学图像变换成数字图像也就是把一个连续的光密度函数变成一个离散的光密度函数。图像函数f（x,y）不仅在空间坐标上并且在幅度（光密度）上都要离散化，其离散后的每个像元的值用数字表示，整个的过程叫做图像数字化。图像空间坐标f（x,y）的数字化称为图像采样，幅度（光密度）数字化则称为灰度级量化。具体数字化过程是将透明正片（或负片）放在测微密度计的承片框上，承片框的一边是照明灯源，另一边是一个探测头，探测头上视场可调到需要的大小，视场中图像的大小称为采样窗口。数字图像转换为光学图像数字图像转换为光学图像一般有两种方式，一种是通过显示终编设备显示出来，这些设备包括显示器、电子束或激光束成像记录仪等，这些设备输出光学图像的基本原理是通过数模转换设备将数字信号以模拟方式表现。另一种是通过照相或打印的方式输出。图像的频谱表示前面讨论的光学图像或数字图像是一种空间域的表示形式，它是空间坐标x,y的函数。图像还可以以另一种坐标空间来表示，即频率域的形式来表示。这时图像是频率坐标，'的函数，用，勺表示，通常将图像从空间域变入频率域是采用傅立叶变换，反之，则采用傅立叶逆变换。4.2遥感数字图像的存贮存贮介质包括磁带、磁盘和光盘。存储格式：世界各地遥感数据主要采用LTWG格式，即世界标准格式。LTWG格式有BSQ（按波段记载数据文件）格式和BIL（按照波段顺序交叉排列的遥感数据格式）格式两种。其它格式：除了遥感专用的数字图像格式之外，还有一种被称为TIFF格式，另一种与Windows操作系统密切相关的格式一一BMP格式。4.3遥感数字图像处理系统遥感数字图像处理系统应包括硬件和软件两大部分。遥感数字图像处理硬件系统主要由以下几部分构成：输入设备、输出设备、电子计算机存贮设备以及系统操作台。遥感数字图像处理的软件系统是建立在一定操作系统之上的应用软件。软件功能主要是指一些比较基础的遥感图像处理功能，是每一个遥感图像处理系统所基本共有的，主要存在以下几个方面：图像文件管理：包括各种格式的遥感图像或其它格式的输入，输出，存储以及图像文件管理等功能。图像处理包括以下功能：（1） 影像增强，如分段线性拉伸、对数变换、指数变换、直方图均衡、直方图规定化和正态化等。（2） 图像滤波，空间域滤波如锐化，平滑等频率域滤波如带通滤波，高通滤波，低通滤波等。（3） 纹理分析及目标检测，如纹理能量提取、基于边缘信息的纹理特征提取、线性算子检测、霍夫变换等。图像校正：包括辐射校正和几何校正辐射校正包括太阳高度角照度变化校正，大气校正，传感器成像误差校正等。几何校正包括粗纠正和针对各种传感器的精纠正、图像匹配、图像镶嵌等。多影像处理：包括图像运算，图像变换以及信息融合。图像运算包括逻辑运算、逻辑比较运算和代数运算等。图像变换包括付立叶变换、付立叶逆变换、彩色变换及逆变换、主分量变换、穗帽变换、阿达玛变换、生物量指标变换等。信息融合包括加权融合、HIS变换融合等。图像信息获取包括图像直方图统计、多波段图像的相关系数矩阵、协方差矩阵、特征值和特征向量的计算、图像分类的特征统计、多波段图像的信息量及最佳波段组合分析等。图像分类包括分类前的样区分析，训练样区合并以及非监督分类（如ISODATA聚类法，K-均值聚类法等）和监督分类（最大似然法，最小距离法等）方法，分类后处理（类别合并，类别统计，面积统计，边缘跟踪等）等。遥感专题图制作如黑白正射影像图，彩色正射影像图，基于影像的线划图制作，真实感三维景观图，其它类型的遥感专题图（土地利用分类图，植被分布图，洪水淹没状况图，水土保持状况图等）。与GIS系统的接口：GIS数据的转入及输出，栅一矢转换，GIS图形层数据与影像的叠加等。4.4遥感图像处理系统与GIS和GPS的集成L“3S”的两两结合即GPS与RS的结合，GPS与GIS的结合和RS与GIS的结合。其中RS和GIS的结合是核心。1） GPS与RS结合的关键在硬件，即GPS与RS传感器的结合；二者的结合能够实现无控制点的情况下空对地的直接定位。2） GPS与GIS结合的关键在软件，GPS作为GIS的数据源用于寻找目标，帮助GIS定位以及数据的更新。二者的集成可利用地面与空间的GPS数据进行载波相位差分测量以满足GIS不同比例尺数据库的要求。二者集成的最成功的应用是车辆导航与监控。3） RS与GIS的结合。RS与GIS的结合有三种方式，分开但平行的结合，这种结合方式的系统有不同的用户界面，不同的工具库和不同的数据库。RS的数据结构为栅格数据，其几何信息（定位信息）为其行、列数，而其属性信息（定性信息）为其灰度值，GIS多为矢量数据结构，可实现矢一栅转换，因此，GIS与RS的结合实质上是数据转换、传输、配准。为了便于管理，在具体实施中有两种结构，一种是GIS为RS的一个子系统；另一种是RS为GIS的子系统，这种结构更易实现，因为在GIS中增加栅格数据处理功能比在RS中增加矢量数据处理、分析及数据库管理功能更容易一些，逻辑上也更为合理；表面无缝的结合。这种结合方式的系统有同一的用户界面，不同的工具库和数据库。这种类型结合的软件系统比较多。以上两种方式的结合都需要建立一种标准的空间数据交换格式作为RS与GIS之间、各种GIS之间、GIS与电子地图之间的数据交换格式和标准；整体的结合，这种结合方式的系统有同一用户界面，同一工具库和同一数据库，即将GIS与RS真正集成起来，形成数据结构和物理结构均为一体化的系统。这是RS与GIS结合的理想方式。第5章遥感图像的几何处理5.1遥感传感器的构像方程遥感图像的构像方程是指地物点在图像上的图像坐标（x，y）和其在地面对应点的大地坐标（X、Y、Z）之间的数学关系。各种不同的构象方程：5.2遥感图像的几何变形遥感图像的几何变形是指图像上像元在图像坐标系中的坐标与其在地图坐标系等参考坐标系统中的对应坐标之间的差异。研究遥感图像几何变形的前提是必须确定一个图像投影的参照系统，即地图投影系统。遥感图像的变形误差可分为静态误差和动态误差两大类。静态误差是在成像过程中，传感器相对于地球表面呈静止状态时所具有的各种变形误差。动态误差主要是在成像过程中由于地球的旋转等因素所造成的图像变形误差。图像变形：传感器成像方式引起的图像变形；传感器外方位元素变化的影响；地形起伏引起的像点位移；地球曲率引起的图像变形；大气折射引起的图像变形；地球自转的影响。传感器的成像方式有中心投影（基准），全景投影，斜距投影以及平行投影等几种。传感器的外方位元素，是指传感器成像时的位置（Xs,Ys,Zs）和姿态角（，，，）。当外方位元素偏离标准位置而出现变动时，就会使图像产生变形。这种变形一般是由地物点图像的坐标误差来表达的，并可以通过传感器的构像方程推出。投影误差是由地面起伏引起的像点位移，当地形有起伏时，对于高于或低于某一基准面的地面点，其在像片上的像点与其在基准面上垂直投影点在像片上的构像点之间有直线位移。5.3遥感图像的几何处理遥感图像的粗加工处理也称为粗纠正，它仅做系统误差改正。1、投影中心坐标的测定和解算。1、投影中心坐标的测定和解算。3、扫描角0的测定遥感图像的精纠正是指消除图像中的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像。它包括两个环节：一是像素坐标的变换，即将图像坐标转变为地图或地面坐标；二是对坐标变换后的像素亮度值进行重采样。数字图像纠正主要处理过程如下：根据图像的成像方式确定影像坐标和地面坐标之间的数学模型。根据所采用的数字模型确定纠正公式。根据地面控制点和对应像点坐标进行平差计算变换参数，评定精度。对原始影像进行几何变换计算，像素亮度值重采样。目前的纠正方法有多项式法，共线方程法和随机场插值法等。多项式纠正：用一个适当的多项式来描述纠正前后图像相应点之间的坐标关系。本法对各种类型传感器图像的纠正是适用的。利用地面控制点的图像坐标和其同名点的地面坐标通过平差原理计算多项式中的系数，然后用该多项式对图像进行纠正。遥感图像的共线方程纠正是建立在图像坐标与地面坐标严格数学变换关系的基础上的，是对成像空间几何形态的直接描述。该方法纠正过程需要有地面高程信息（DEM），可以改正因地形起伏而引起的投影差。因此当地形起伏较大，且多项式纠正的精度不能满足要求时，要用共线方程进行纠正。5.4图像间的自动配准和数字镶嵌图像配准的实质就是前述的遥感图像的几何纠正，根据图像的几何畸变特点，采用一种几何变换将图像归化到统一的坐标系中。图像之间的配准一般有两种方式：图像间的匹配，即以多源图像中的一幅图像为参考图像，其他图像与之配准，其坐标系是任意的；绝对配准，即选择某个地图坐标系，将多源图像变换到这个地图坐标系以后来实现坐标系的统一。配准的过程分两步：在多源图像上确定分布均匀，足够数量的图像同名点；通过所选择的图像同名点确定几何变换的多项式系数，从而完成一幅图像对另一幅图像的几何纠正。图像相关是利用两个信号的相关函数，评价它们的相似性以确定同名点。首先取出以待定为中心的小区域中的图像信号，然后取出其在另一图像中相应区域的图像信号，计算两者的相关函数，以相关函数最大值对应的相应区域中心点为同名点，即以图像信号分布最相似的区域为同名区域，其中心点为同名点。研究区域在不同的图像文件时，需要将不同的图像文件合在一起形成一幅完整的包含感兴趣区域的图像，这就是图像的镶嵌。通过镶嵌处理，可以获得更大范围的地面图像。参与镶嵌的图像可以是不同时间同一传感器获取的，也可以是不同时间不同传感器获取的图像，但同时要求镶嵌的图像之间要有一定的重叠度。数字图像镶嵌的关键是：1.如何在几何上将多幅不同的图像连接在一起。因为在不同时间用相同的传感器以及在不同时间用不同的传感器获得的图像，其几何变形是不同的。解决几何连接的实质就是几何纠正，按照前面的几何纠正方法将所有参加镶嵌的图像纠正到统一的坐标系中。去掉重叠部分后将多幅图像拼接起来形成一幅更大幅面的图像。2.如何保证拼接后的图像反差一致，色调相近，没有明显的接缝。第6章遥感图像的辐射处理6.1遥感图像的辐射校正辐射校正是指消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪声的过程。遥感图像的辐射误差主要包括：1） 传感器本身的性能引起的辐射误差；2） 地形影响和光照条件的变化引起的辐射误差；3） 大气的散射和吸收引起的辐射误差。大气对阳光和来自目标的辐射产生吸收和散射，消除大气的影响是非常重要的，在图像匹配和变化检测中消除大气影响尤为重要。消除大气影响的校正过程称为大气校正。6.2遥感图像增强遥感图像增强是为特定目的，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，使图像更易判读。图像增强的实质是增强感兴趣目标和周围背景图像间的反差。常用的图像增强处理技术可以分为两大类：空间域和频率域的处理。主要内容包括基于直方图的处理、图像平滑以及图像锐化等。空间域处理是指直接对图像进行各种运算以得到需要的增强结果。频率域处理是指先将空间域图像变换成频率域图像，然后在频率域中对图像的频谱进行处理，以达到增强图像的目的。直方图均衡是将随机分布的图像直方图修改成均匀分布的直方图，其实质是对图像进行非线性拉伸，重新分配图像像元值，使一定灰度范围内的像元的数量大致相等。直方图正态化是将随机分布的原图像直方图修改成高斯分布。直方图匹配是通过查找表使得一个图像的直方图与另一个图像直方图类似，亦属于非线性变换。密度分割与直方图均衡类似。产生一个阶梯状查找表，原始图像的灰度值被分成等间隔的离散的灰度级，每一级有其灰度值。进行密度分割时，需知道输出直方图的范围和密度分割层数，然后建立阶梯级查找表，使得输出的每一个层有相同的输入灰度级。最后对每一层赋新灰度值或颜色，就可以得到一幅密度分割图像。灰度反转是指图像灰度范围进行线性或非线性取反，产生一幅与输入图像灰度相反的图像，其结果是原来亮度的地方变暗，原来暗的地方变亮。6.3图像平滑1,图像平滑的目的在于消除各种干扰噪声，使图像中高频成分消退，即平滑掉图像的细节，使其反差降低，保存低频成分。图像平滑包括空间域处理和频率域处理两大类。包括：邻域平均法，其思想是利用图像点（X，y）及其邻域若干个像素的灰度平均值来代替点（X，y）的灰度值，结果是对亮度突变的点产生了“平滑”效果。低通滤波法是用滤波方法将频率域中一定范围的高频成分滤掉，而保留其低频成分以达到平滑图像的目的。6.4图像锐化锐化是增强图像中的高频成份，突出图像的边缘信息，提高图像细节的反差，也称为边缘增强，其结果与平滑相反。图像锐化处理有空间域（对邻区窗口内的图像微分）和频域处理（高通滤波）两种。6.5多光谱图像四则运算1.减去运算：Bm=BX—BY（6—69）其中BX、BY为两个不同波段的图像或者不同时相同一波段图像。当为两个不同波段的图像时，通过减法运算可以增加不同地物间光谱反射率以及在两个波段上变化趋势相反时的反差。而当为两个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。当用红外波段与红波段图像相减时，即为植被指数，即VI=B1R—BR加法运算 B=i （6—71）通过加法运算可以加宽波段，如绿色波段和红色时段图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。3.乘法运算!-1 （6—72）通过乘法运算结果与加法运算结果类似。除法运算B=Bx/By（6—73）通过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，如植物、土壤、水在红色波段与红外波段图像上反射率是不同的，通过比值运算可以加以区分（见表6—2）。因此，比值运算是自动分类的预处理方法之一。

类别红波段红外波段红波段/红外波段植被暗很亮更亮水稍亮很暗更暗房屋较亮较亮不变植被、水、土壤在红/红外波段灰度及比值结果表6—表6—2归一化差分植被指数（NDVI）NDV1(6—74)TNDV1=、务+月TNDV1=、务+月5变换NDVI(TNDVI)（6—75）而差分比值运算：NDV1=及-为(6-76)可以消除部分大气影响。6.6图像融合图像融合是指将多源遥感图像按照一定的算法，在规定的地理坐标系，生成新的图像的过程。全色图像一般具有较高空间分辨率，多光谱图像光谱信息较丰富，为提高SPOT多光谱图像的空间分辨率，可以将全色图像融合进多光谱图像。通过融合既提高多光谱图像空间分辨率