第4章遥感图像处理.ppt

1、第四章 遥感图像处理第一节 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一、数字图像及其直方图1.数字图像数字图像：遥感数据有光学图像和数据图像之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。字表示的图像。2.数字化：数字化：将连续的图像变化，作等间距的抽样和将连续的图像变化，作等间距的抽样和量化。通常是以像元的亮度值表示。量化。通常是以像元的亮度值表示。数字量和模拟量数字量和模

2、拟量的本质区别：连续变量，离散变量。的本质区别：连续变量，离散变量。3.数字图像的表示：数字图像的表示：矩阵函数矩阵函数4.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。5.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。小结小结图像直方图是描述图像质量的可视化图表。图像直方图是描述图像质量的可视化图表。图像直方图是描述图像质量的可视化图表。图像直方图是描述图像质量的可视化图表。

3、在图像处理中，可以通过调整图像直方图的形态，改在图像处理中，可以通过调整图像直方图的形态，改在图像处理中，可以通过调整图像直方图的形态，改在图像处理中，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。善图像显示的质量，以达到图像增强的目的。善图像显示的质量，以达到图像增强的目的。善图像显示的质量，以达到图像增强的目的。二、辐射校正（二、辐射校正（Radiometric correction）1.1.辐射畸变：辐射畸变：地物目标的光谱反射率的差异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

4、。这种改变称等其他因素的影响而发生改变。这种改变称为辐射畸变。为辐射畸变。2.2.影响辐射畸变的因素影响辐射畸变的因素传感器本身的影响：导致图像不均匀，产生条传感器本身的影响：导致图像不均匀，产生条纹和噪音。纹和噪音。大气对辐射的影响大气对辐射的影响3.3.大气影响的定量分析大气影响的定量分析 ：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。4.大气影响的粗略校正：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。直方图最小值去除法回归分析法:校正的方法是将波段b中每个像元的亮度值减去a，来改善图像，去掉程辐

5、射。三、三、几何校正几何校正l几何畸变：几何畸变：遥感图像的几何位置上发生遥感图像的几何位置上发生变化，产生诸如行列不均匀，像元大小变化，产生诸如行列不均匀，像元大小与地面大小对应不准确，地物形状不规与地面大小对应不准确，地物形状不规则变化等变形。则变化等变形。l几何畸变是平移、缩放、旋转、偏扭、几何畸变是平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲等作用的结果。弯曲等作用的结果。1、遥感影像变形的原因、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

6、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。几何校正：几何校正：遥感成像的时候，由于飞行器遥感成像的时候，由于飞行器的姿态、高度、速度以及地球自转等因素的姿态、高度、速度以及地球自转等因素的影响，造成图像相对于地面目标发生几的影响，造成图像相对于地面目标发生几何畸变，这种畸变表现为象元相对于地面何畸变，这种畸变表现为象元相对于地面目标的实际位置发生挤压、扭曲、拉伸和目标的实际位置发生挤压、扭曲、拉伸和偏移等，针对几何畸变进行的误差校正就偏移等，针对几何畸变进行的误差校正就叫几何校正。叫几何校正。2、几何畸变校正几何畸变校正基本思路：基本思路：把存在几何畸变的图像，纠

7、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。具体步骤具体步骤1）计算校正后每一点所对应原图中的位置；2）计算每一点的亮度值。计算方法计算方法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。地面控制点地面控制点（GCP：GroundControlPoint）的选取的选取数目的确定数目的确定:最小数目最小数目 n次多项式的点不得次多项式的点不得少于少于(n+1)(n+2)/2个个；6 6倍于最小数目。倍于最小数目。选择的原则选择的原则易分辨、易定位的特征点：道路的交叉口，易分辨、易定位的特征点：道路的交叉口，水库坝址，河流弯

8、曲点等。水库坝址，河流弯曲点等。特征变化大的地区应多选些。特征变化大的地区应多选些。尽可能满幅均匀选取。尽可能满幅均匀选取。思考题思考题1.不做几何校正不做几何校正,有什么问题有什么问题?2.做了几何校正做了几何校正,有什么新问题产生有什么新问题产生?3.在做几何校正时，若图像一角没有任何在做几何校正时，若图像一角没有任何控制点，几何校正后这一角的位置畸变控制点，几何校正后这一角的位置畸变是增大、不变还是变小，为什么？是增大、不变还是变小，为什么？l在做几何校正时，若图像一角没有任何控制点，几何在做几何校正时，若图像一角没有任何控制点，几何校正后这一角的位置畸变将增大校正后这一角的位置畸变将增

9、大。l变换过程中控制点的位置保持不变，局部失真被有效变换过程中控制点的位置保持不变，局部失真被有效修正。然而，由于遥感图像的角在处理时要被修正，修正。然而，由于遥感图像的角在处理时要被修正，如果在角没有任何控制点的话，其他控制点离角太远如果在角没有任何控制点的话，其他控制点离角太远而又会产生新的失真。所以，必须有足够多的控制点而又会产生新的失真。所以，必须有足够多的控制点均匀分布在整个图像上，包括图像的角，才能获得更均匀分布在整个图像上，包括图像的角，才能获得更精确的变换结果精确的变换结果。第二节第二节 光学原理与光学处理光学原理与光学处理一、颜色视觉一、颜色视觉1 1、亮度对比和颜色对比、亮

10、度对比和颜色对比（1 1）亮度对比：亮度对比：对象相对于背景的的明亮程对象相对于背景的的明亮程度。改变对比度，可以提高图象的视觉效果。度。改变对比度，可以提高图象的视觉效果。（2 2）颜色对比：颜色对比：在视场中，相邻区域的不同颜色在视场中，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，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。的视觉效果。3 3、颜色立体、颜色立体为

11、了形象描述颜色特性之间的关系，为了形象描述颜色特性之间的关系，通常用颜色立体表现一种理想化的示意通常用颜色立体表现一种理想化的示意关系。关系。（1 1）颜色立体颜色立体：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 2）孟赛尔颜色立体：）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；颜色离开中央轴的水平距离代表饱和度的变化。二、加色法与减色法1.颜色相加原理颜色相加原理三原色：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，则称之为三原色。红、绿、蓝。互补色：互补色：

12、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：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.红红绿绿蓝蓝黄黄品品青青白白加色法示意图3 3、颜色相减原理、颜色相减原理l减色过程减色过程:白色光线先后通过两块滤光片的过程白色光线先后通过两块滤光片的过程.l颜色相减原理颜色相减原理:当两块滤光片组合产生颜色混合时当两块滤光片组合产生颜色混合时,入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是经过多次减法的结果.l加色法与减色法的区别加色法与减色法的区别:l减法

13、三原色减法三原色:黄、品红、青黄、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，图像的光学增强处理方法具有精度高，反映目反映目标地物更真实，图像目视效果等优点，是遥感图标地物更真实，图像目视效果等优点，是遥感图像处理的重要方法之一。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、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。效率高等优点，有逐步取代光学方法的趋势。三、光学增强处理1.彩色合成彩色合成加色法彩色合成加色法彩色合成减色法彩色合成减色法彩色合成2.光学增强处理光学增强处理3.光学信息的处理光学信息的处理图像的相加和相减图

14、像的相加和相减遥感黑白影象的假彩色编码遥感黑白影象的假彩色编码第三节 遥感数字图像增强一、彩色变换一、彩色变换l把数字图像组合转换成彩色图形，或者把各种增强或分类图像组合叠加，以彩色图像显示出来。（彩色的视觉分辨能力比黑白高）l方法：假彩色密度分割；彩色合成概念：概念：单波段黑白遥感图像可按亮度分层，对每层赋予不同的色彩，使之成为一幅彩色图像。这种方法又叫密度分割。分层方案的确定：分层方案的确定：分层方案与地物光谱差分层方案与地物光谱差异对应合适，可以较好地区分地物类别。异对应合适，可以较好地区分地物类别。处理过程处理过程效果分析效果分析1、单波段彩色变换（假彩色密度分割）、单波段彩色变换（假

15、彩色密度分割）2、多波段色彩变换l概念：利用计算机将同一地区不同波段的图像存放在不同通道的存储器中，并依照彩色合成原理，分别对各通道的图像进行单基色变换，在彩色屏幕上进行叠置，从而构成彩色合成图像。l假彩色合成是指取精确配准的3个波段（也可是不同时相或不同极化方向）的灰度图像按三原色成像原理分别赋予R（红色）、G（绿色）和B（兰色）然后再结合在一起构成新的RGB彩色图像。l合成方案：彩色合成图像分为真彩色图像和假彩色图像。l方法演示TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7Landsat TM 5 sub-scene showing the region around the Alpinfor

16、schungszentrum RudolfshtteTM7,4,1TM5,7,2TM5,4,3TM4,3,2彩色合成演示彩色合成演示3 3、IHSIHS变换变换lRGB模式与IHS模式（色调（Hue）、饱和度（Satuation）及亮度（Intensity）三个变量构成的IHS空间）l将RGB模式转换成IHS模式，对于定量地表示色彩特性，以及在应用程序中实现两种表达方式的转换具有重要意义。二、对比度变换二、对比度变换l直方图与图像的质量l概念：是一种通过改变图像像元的亮度值来改变图像像元对比度，从而改善图像质量的图像处理方法。将图像中过于集中的像元分布区域（亮度值分布范围）拉开扩展，扩大图像反差的对比度，增强图像表现的层次性。又叫辐射增强。l方法：对比度线性变换和非线性变换。二、对比度变换二、对比度变换1.线性变换：线性变换：在改善图像对比度时，如果采用线性或分段线性的函数关系，那么这种变换就是线性变换。调整线性参数，改变变换效果分段式线性变换2.非线性变换：非线性变换：变换函数为非线性函数时，即为非线性变换。线性拉伸 线性对比度拉伸的效果对比线性对比度拉伸的效果对比直方图均衡化直方图