遥感原理与应用.pptx

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1、第1页/共80页第2页/共80页第3页/共80页 3 3、颜色立体、颜色立体（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。图4.1（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；颜色立体中央轴的水平距离代表饱和度的变化。图4.2第4页/共80页第5页/共80页新遥感精品多媒体课件yanseliti.swf第6页/共80页二、加色法与减色法二、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

2、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：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.图图4.54.5第7页/共80页3 3、颜色相减原理、颜色相减原理减色过程减色过程: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加色法与减色法的区别:减法三原色减法三原色:黄、品红、青第8页/共80页三、光学增强处理三、光学增强处理图像的光

3、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。第9页/共80页 三、三、光学增强处理光学增强处理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10页/共80页新遥感精品多媒体课件caisehecheng.swf第16页/共80页第二节第二节 数字图像的校正数字图像的校正遥感数字图像处理：利用计

4、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第17页/共80页一、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字图像之分。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。2.数字化：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。3.数字图像的表示数字图像的表示：矩阵函数矩阵函数第18页/共80页4.4.数字图像直方图数字图像直方图：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.

5、直方图的作用：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。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。第20页/共80页二、辐射校正二、辐射校正（Radiometric correction）1.1.辐射畸变：

6、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、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。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。2.2.影响辐射畸变的因素影响辐射畸变的因素(P98)(P98)传感器本身的影响：导致图像不均匀，产生条纹和噪音。传感器本身的影响：导致图像不均匀，产生条纹和噪音。大气对辐射的影响大气对辐射的影响第24页/共80页 Striping was common in early Landsat Striping was common in early Landsat

7、 MSS data due to variations and driftMSS data due to variations and drift in the in the response over time of the six MSS response over time of the six MSS detectors.detectors.The drift was different for each of the six The drift was different for each of the six detectors,causing the same brightnes

8、s to detectors,causing the same brightness to be represented differently by each detector.be represented differently by each detector.The corrective process made a relative The corrective process made a relative correction among the six sensors to bring correction among the six sensors to bring thei

9、r apparent values in line with each their apparent values in line with each otherother第25页/共80页 Dropped lines occur when there are systems errors which result in Dropped lines occur when there are systems errors which result in missing or defective data along a scan line.missing or defective data al

10、ong a scan line.Dropped lines are normally corrected by replacing the line with the pixel 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.values in the line above or below,or with the average of the two.第26页/共

11、80页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，去掉程辐射。第27页/共80页三、几何校正三、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。P103几何畸变是平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲等作用的结果。第29页/共80页Ge

12、ometric Correction All remote sensing imagery are inherently subject All remote sensing imagery are inherently subject to geometric distortions.to geometric distortions.These distortions may be due to several factors,These distortions may be due to several factors,including:including:the perspective

13、 of the sensor optics;the perspective of the sensor optics;the motion of the scanning system;the motion of the scanning system;the motion of the platform;the motion of the platform;the platform altitude,and velocity;the platform altitude,and velocity;the terrain relief;and,the curvature and rotation

14、 of the the terrain relief;and,the curvature and rotation of the Earth.Earth.Geometric corrections are intended to compensate Geometric corrections are intended to compensate for these distortions so that the geometric for these distortions so that the geometric representation of the imagery will be

15、 as close as representation of the imagery will be as close as possible to the real world.possible to the real world.第30页/共80页The geometric registration process involves identifying the image coordinates(i.e.row,column)of several clearly discernible points,called ground control points(or GCPs),in th

16、e 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 typically measured from a map(B-B1 to B4),either in paper or digital format.第31页/共80页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。P104地形起伏的影响：

17、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。第32页/共80页2、几何畸变校正几何畸变校正(P107)(P107)基本思路：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。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。第33页/共80页2、几何畸变校正几何

18、畸变校正控制点的选取控制点的选取(P111)(P111)数目的确定:最小数目；6倍于最小数目。选择的原则易分辨、易定位的特征点：道路的交叉口，水库坝址，河流弯曲点等。特征变化大的地区应多选些。尽可能满幅均匀选取。第34页/共80页第35页/共80页Image Enhancement Enhancements are used to make it easier for visual interpretation Enhancements are used to make it easier for visual interpretation and understanding of image

19、ry.and understanding of imagery.The advantage of digital imagery is that it allows us to manipulate The advantage of digital imagery is that it allows us to manipulate the digital pixel values in an imagethe digital pixel values in an image There are three main types of image enhancement:There are t

20、hree main types of image enhancement:Contrast enhancementContrast enhancement Spatial feature enhancementSpatial feature enhancement Multi-image enhancementMulti-image enhancement第36页/共80页第三节第三节 遥感数字图像增强遥感数字图像增强一、彩色变换一、彩色变换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）方法：假彩色密度分割；彩色合成第37页/

21、共80页概念：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异对应合适，可以较好地区分地物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。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（假彩色密度分割）第38页/共80页2 2、多波段色彩变换、多波段色彩变换概念：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。合成方案：彩色合

22、成图像分为真彩色图像和假彩色图像。方法演示第41页/共80页第42页/共80页Colour CompositesColour Composites A colour composite is a colour image A colour composite is a colour image produced through optical combination of produced through optical combination of multiband images by projection through multiband images by projection th

23、rough filters.filters.True Colour Composite:True Colour Composite:A colour A colour imaging process whereby the colour of the imaging process whereby the colour of the image is the same as the colour of the image is the same as the colour of the object imaged.object imaged.False Colour Composite:Fal

24、se Colour Composite:A colour A colour imaging process which produces an image imaging process which produces an image of a colour that does not correspond to the of a colour that does not correspond to the true colour of the scene(as seen by our true colour of the scene(as seen by our eyes).eyes).第4

25、3页/共80页第44页/共80页第45页/共80页TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7Landsat TM 5 sub-scene showing the region around the Alpinforschungszentrum Rudolfshtte第46页/共80页TM7,4,1TM5,7,2TM5,4,3TM4,3,2第47页/共80页ERDAS彩色合成演示第48页/共80页3 3、HLSHLS变换变换RGB模式与HLS模式将RGB模式转换成HLS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。第49页/共80页二、对比度变换二、对比度变换

26、直方图与图像的质量概念：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。方法：对比度线性变换和非线性变换。第50页/共80页二、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。第51页/共80页A linear stretch involves identif

27、ying lower and upper bounds from the histogram(usually the minimum and maximum brightness values in the image)and applying a transformation to stretch this range to fill the full range.第52页/共80页This graphic illustrates the increase in contrast in an image before(left)and after(right)a linear contras

28、t stretch.第53页/共80页If the input range is not uniformly distributed.In this case,a histogram-equalised stretch may be better.This stretch assigns more display values(range)to the frequently occurring portions of the histogram.In this way,the detail in these areas will be better enhanced relative to t

29、hose areas of the original histogram where values occur less frequently第54页/共80页This graphic illustrates the rather uneven increase in contrast in an image before(left)and after(right)a histogram equalised stretch.第55页/共80页三、空间滤波三、空间滤波以重点突出图像上某些特征为目的。滤波增强的原理:任何一个复杂的波形曲线都可以分解成具有不同频率（波长）的较为简单的波形曲线。概念概

30、念:根据需要，舍弃不需要的频率曲线，选择适宜和需要的频率波形曲线，重新构成新的图像，使一些地物或现象得到突出显示。第56页/共80页三、空间滤波三、空间滤波空间滤波：空间滤波：以突出图像上的某些特征为目的，通过像元与周围相邻像元的关系，采取空间域中的邻域处理方法进行图像增强方法。图像卷积运算：图像卷积运算：在图像的左上角开一个与模板同样大小的活动窗口，图像窗口与模板像元的亮度值相乘再相加，得到新像元的灰度值。第57页/共80页Spatial Filtering Spatial filteringSpatial filtering encompasses another set of digit

31、al processing encompasses another set of digital processing functions which are used to enhance the appearance of an image.functions which are used to enhance the appearance of an image.Spatial filters are designed to highlight or suppressSpatial filters are designed to highlight or suppress（抑制）（抑制）

32、specific specific features in an image based on their features in an image based on their spatial frequencyspatial frequency.Spatial frequency is related to the concept of image texture,and Spatial frequency is related to the concept of image texture,and refers to the frequency of the variations in

33、tone that appear in an refers to the frequency of the variations in tone that appear in an imageimage第58页/共80页A common filtering involves moving a window（活动窗口）of a few pixels in dimension(e.g.3x3,5x5,etc.)over each pixel in the image,applying a mathematical calculation using the pixel values under t

34、hat window,and replacing the central pixel with the new value.第59页/共80页Image of CHURN FarmDaedalus 1268 ATM Channel 3第60页/共80页A low-pass filter（低通滤波）is designed to emphasise larger,homogeneous areas of similar tone and reduce the smaller detail in an image.Thus,low-pass filters generally serve to sm

35、ooth（平滑）the appearance of an image.第61页/共80页A high-pass filter（高通滤波）does the opposite,and serves to sharpen the appearance of fine detail in an image.第62页/共80页Directional or edge detecting filters highlight linear features,such as roads or field boundaries.Vertical edges（垂直边缘）第63页/共80页Horizontal edg

36、esDirectional Edge filters can also be designed to enhance features which are oriented in specific directions and are useful in applications such as geology,for the detection of linear geologic structures.第64页/共80页1 1、平滑、平滑-图像中出现某些亮度值过大的区图像中出现某些亮度值过大的区域，或出现不该有的亮点时，采用平滑方法可域，或出现不该有的亮点时，采用平滑方法可以减小变化，使亮

37、度平缓或去掉不必要的亮点。以减小变化，使亮度平缓或去掉不必要的亮点。比值平滑：比值平滑：将每个像元在以其为中心的区域内，取平均值来代替该像元值，以达到去掉尖锐“噪声”和平滑图像的目的。中值滤波：中值滤波：将每个像元在以其为中心的邻域内，取中间亮度值来代替该像元值，以达到去掉尖锐“噪声”和平滑图像的目的。第65页/共80页2 2、锐化、锐化突出图像的边缘、线性目标或某些亮度变化率大的突出图像的边缘、线性目标或某些亮度变化率大的部分。部分。罗伯特梯度：找到了梯度较大的位置，也就找到了边缘，用不同的梯度值代替边缘处像元的值，也就突出了边缘。索伯尔梯度拉普拉斯算法定向检测第66页/共80页Low-an

38、d High-Pass FilteringWhen we look at spatial structure,we can usually see a characteristic length scale(e.g.size of fields,width and length of roads,etc)Images usually have features on lots of different length scalesSometimes,instead of talking about“length scale”,we talk instead about“spatial frequ

39、ency”.High frequencies correspond to short distance scales;low frequencies correspond to long distance scalesWe can describe the action of some filters in this way.第67页/共80页Edge Enhancementedge enhancement mathematically manipulates an image to provide a new image in which edges are made to stand ou

40、t.第68页/共80页Smoothingsmoothing averages the values of the pixel and its neighbors.If there is noise in the image(random pixel with random values)the smoothing process will remove these.第69页/共80页四、图像运算四、图像运算概念：两幅或多幅单波段影像，完成空间配准后，通过一系列运算，可以实现图像增强，达到提取某些信息或去掉某些不必要信息的目的。原理：地物不同波段的光谱差异。第70页/共80页1.比值运算：两幅同

41、样行、列数的图像，对应像元的亮度值相除（除数不为0）就是比值运算。该运算常用于突出遥感影像中的植被特征、提取植被类型或估算植被生物量，这种算法的结果称为植被指数。常用算法：近红外波段/红波段;或（近红外-红）/（近红外+红）.对于区分和增强光谱亮度值虽不明显，而不同波段的比值差异较大的地物有明显效果。比值处理的方式：根据实际情况，采取加、减、乘、除四则运算。2.差值运算：两幅同样行、列数的图像，对应像元的亮度值相减就是差值运算。第71页/共80页五、多光谱变换五、多光谱变换多光谱变换:针对多光谱影象存在的一定程度上的相关性以及数据冗余现象，通过函数变换，达到保留主要信息，降低数据量,增强或提取

42、有用信息目的的方法。其变换的本质:对遥感图像实行线性变换，使光谱空间的坐标按一定规律进行旋转。第72页/共80页1 1、K-LK-L变换变换离散变换的简称，又称主成分变换。它是对某一多光谱图像X.利用K-LK-L变换矩阵变换矩阵A A进行线性组合进行线性组合,而产生一组新的多光谱图像而产生一组新的多光谱图像Y.Y.K-LK-L变换的特点变换的特点:变换后的主分量空间与变换前的多光谱空间坐标系相比旋转了一个角度。新坐标系的坐标轴一定指向数据量较大的方向。可实现数据压缩和图像增强。第73页/共80页2 2、K-TK-T变换变换K-T变换 是kauth-Thomas变换的简称，也称缨帽变换.是一种坐

43、标空间发生旋转的线性变换，旋转后的坐标轴指向与地面景物有密切关系的方向K-T变换的应用:主要针对TM图像数据和MSS数据.对于扩大陆地卫星TM影像数据分析在农业方面的应用有重要意义.第74页/共80页第四节第四节 多源信息复合多源信息复合多种信息源的复合:是将多种遥感平台，多时相遥感数据之间以及遥感数据与非遥感数据之间的信息组合匹配的技术。多源信息复合的意义:发挥不同遥感数据源的优势,弥补某种遥感数据的不足,提高遥感数据的应用性;还有利于综合分析和深入理解遥感数据.第75页/共80页第四节第四节 多源信息复合多源信息复合一、遥感信息的复合一、遥感信息的复合1.不同传感器的遥感数据复合2.不同时

44、相的遥感数据复合二、遥感与非遥感信息的复合第76页/共80页一、遥感信息的复合一、遥感信息的复合1、不同传感器的遥感数据复合（1）配准：采用几何校正，分别在不同数据源的影像上选取控制点，用双线性内插或三次卷积内插运算等对分辨率较小的图像进行重采样，完成配准。（2）复合：彩色合成、代换法。第77页/共80页2 2、不同时相的遥感数据复合、不同时相的遥感数据复合（1）配准：利用几何校正的方法进行位置 配准。（2）直方图调整：调整成一致的直方图，是图像的亮度趋于一致，便于比较。（3）复合：彩色合成法、差值法、比值法。第78页/共80页二、遥感与非遥感信息的复合二、遥感与非遥感信息的复合 主要步骤：1、地理数据的网格化（1）网格数据生成（2）与遥感数据配准2、最优遥感数据的选取3、配准复合（1）栅格数据与栅格数据（2）栅格数据与矢量数据。第79页/共80页感谢您的观看！第80页/共80页