第四章遥感图像处理优秀PPT.ppt

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1、第四章遥感图像处理第四章遥感图像处理基本要求：基本要求：理解光学原理与光学处理方法理解光学原理与光学处理方法驾驭图像校正的原理和方法驾驭图像校正的原理和方法驾驭图像增加的方法驾驭图像增加的方法多源信息复合多源信息复合重点和难点：重点和难点：图像校正和图像增加图像校正和图像增加4.1 光学原理与光学处理4.1.1 4.1.1 颜色视觉颜色视觉 （1 1）亮度对比和颜色对比）亮度对比和颜色对比亮度对比：亮度对比：视场中对象与背景的亮度差与视场中对象与背景的亮度差与背景亮度之比背景亮度之比 选择适宜的对象及背景的亮度，选择适宜的对象及背景的亮度，可以提高对比，从而提高视觉效果可以提高对比，从而提高视

2、觉效果 颜色对比：颜色对比：在视场中，相邻区域的不同颜色的相互影在视场中，相邻区域的不同颜色的相互影响叫做颜色对比响叫做颜色对比颜色的对比受视觉影响很大颜色的对比受视觉影响很大人眼对颜色的辨别力比对黑白灰度的辨别人眼对颜色的辨别力比对黑白灰度的辨别力强得多正因为如此，彩色图像能表现力强得多正因为如此，彩色图像能表现出更为丰富的信息量。出更为丰富的信息量。（2）颜色的性质颜色的性质 颜色的性质由明度、色调、饱和度来描述明度（亮度）：是人眼对光源或物体光明程度的感觉。与电磁波辐射亮度的概念不同，明度受视觉感受性和阅历影响。色调：是色调彼此相互区分的特性。可见光谱段的不同波长刺激人眼产生了红橙黄绿青

3、兰紫等彩色的感觉。饱和度：是彩色纯净的程度，也就是光谱中波长段是否窄，频率是否单一的表示。黑白色只用明度描述，不用色调、饱和度描述。（3）颜色立体颜色立体n颜色立体颜色立体 n孟赛尔颜色立体孟赛尔颜色立体4.1.2 4.1.2 加色法与减色法加色法与减色法（1 1）颜色相加原理）颜色相加原理互补色互补色 若两种颜色混合产生白色或灰色这两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。种颜色就称为互补色。三原色（加法三原色）三原色（加法三原色）若三种颜色，其中的任何一种都不能由若三种颜色，其中的任何一种都不能由其余两种颜色混合相加产生，这三种颜色其余两种颜色混合相加产生，这三种颜色按确定比例

4、混合，可以形成各种色调的颜按确定比例混合，可以形成各种色调的颜色，则称之为三原色。色，则称之为三原色。试验证明，红、绿、蓝三种颜色是最优的试验证明，红、绿、蓝三种颜色是最优的三原色三原色 （2 2）色度图）色度图颜色相加原理可以进一步用色度图来表现 每一种波长的光都可以用红、绿、蓝三原色相加产生 白光是由相同数量的红、绿、蓝三原色组成的。设光的总量为1，则白光由三原色各13构成 红绿蓝13白 红十绿十蓝l色度图色度图（3 3）颜色相减原理）颜色相减原理白色光线先后通过两块滤光片的过程就是颜色的减法过程 三补色（减法三原色）三补色（减法三原色）黄白蓝绿红 青白红绿蓝 品红白绿红蓝 加色法与减色法

5、的区分加色法与减色法的区分4.1.3 4.1.3 光学增加处理光学增加处理目的目的 突出有用信息突出有用信息光学增加处理的方法光学增加处理的方法彩色合成彩色合成光学增加处理光学增加处理光学信息处理光学信息处理（1 1）彩色合成）彩色合成加色法：加色法：合成仪法 分层曝光法减色法：减色法：染印法 印刷法 重氮法（2 2）光学增加处理）光学增加处理基本原理基本原理 相关掩模处理：指对于几何位置完全相关掩模处理：指对于几何位置完全配准的原片，利用感光条件和摄影处理的配准的原片，利用感光条件和摄影处理的差别，制成不同密度，不同反差的正片或差别，制成不同密度，不同反差的正片或负片负片(称为模片称为模片)

6、，通过它们的各种不同叠，通过它们的各种不同叠加方案变更原有影像的显示效果，达到信加方案变更原有影像的显示效果，达到信息增加目的的方法。息增加目的的方法。主要方法：主要方法：变更对比度：运用两张同波段同地区的负片变更对比度：运用两张同波段同地区的负片(或正或正片片)进行合成，一张反差适中，另一张反差较小，进行合成，一张反差适中，另一张反差较小，合成后反差一般加大，从而提高了对比度合成后反差一般加大，从而提高了对比度 显示动态变更：不同时相同一地区的正负片影像显示动态变更：不同时相同一地区的正负片影像叠合掩膜，当被叠合影像反差相同时，凡密度发叠合掩膜，当被叠合影像反差相同时，凡密度发生变更的部分就

7、是动态变更的位置，如滑坡、河生变更的部分就是动态变更的位置，如滑坡、河道和海岸变迁、湖泊萎缩等道和海岸变迁、湖泊萎缩等 边缘突出：目的在于突出线性特征。先将两张反边缘突出：目的在于突出线性特征。先将两张反差相同的正片和负片叠合，叠合配准后差相同的正片和负片叠合，叠合配准后,再沿希望再沿希望突出的线性特征的垂直方向错位。突出的线性特征的垂直方向错位。4.2 4.2 数字图像的校正数字图像的校正数字图像的含义数字图像的辐射校正数字图像的几何校正4.2.1 4.2.1 数字图像数字图像（1 1）数字图像）数字图像数字图像是指能够被计算机存储、处理和运用的图数字图像是指能够被计算机存储、处理和运用的图

8、像像 遥感数据的表示既有光学图像又有数字图像遥感数据的表示既有光学图像又有数字图像遥感图像转换：遥感图像转换：模数转换（模数转换（A AD D转换）转换）数模转换（数模转换（D DA A转换）转换）（2 2）光学图像与数字图像的区分）光学图像与数字图像的区分 光学图像（模拟量）是连续变量，数字光学图像（模拟量）是连续变量，数字图像（数字量）是离散变量图像（数字量）是离散变量 （3 3）光学图像）光学图像-数字图像的转换数字图像的转换 扫描扫描 数字摄影机数字摄影机（4）数字图像的表示）数字图像的表示 一副图像可以表示为一个矩阵，若一副图像可以表示为一个矩阵，若x方向上方向上取取N个样点，个样点

9、，y方向上取方向上取M个样点，则成为个样点，则成为有有MN个元素的矩阵函数，可以表示为：个元素的矩阵函数，可以表示为：矩阵中的每一元素代表图像中的一个像元，矩阵中的每一元素代表图像中的一个像元，其面积大小相当于原光学图像分割取样的其面积大小相当于原光学图像分割取样的最小单元最小单元xy 数字图像中的像元值可以是整型、实型和字数字图像中的像元值可以是整型、实型和字节型。为了节约存贮空间，字节型最常用，节型。为了节约存贮空间，字节型最常用，即每个像元记录为一个字节即每个像元记录为一个字节(byte)，8位。位。量化后，灰度值从量化后，灰度值从0到到255（5）数字直方图）数字直方图数字直方图：数字

10、直方图：对一幅数字图象，以其像元的灰度值为横坐标，以具有该灰度值的像元个数（或占总像元的归一化百分比）为纵坐标，做成的（灰度）直方图，叫数字直方图。它模拟了灰度级的分布函数直方图的特点：直方图的特点：一幅图象只能对应一幅直方图，一幅直方一幅图象只能对应一幅直方图，一幅直方图可以对应多幅图象。图可以对应多幅图象。可强有力地表现图象反差与反射率可强有力地表现图象反差与反射率直方图的作用：直方图的作用：每一幅影像都可以求出其像元亮度值的每一幅影像都可以求出其像元亮度值的直方图，视察直方图的形态，可以粗略地直方图，视察直方图的形态，可以粗略地分析影像的质量。分析影像的质量。4.2.2 辐射校正辐射校正

11、进入传感器的辐射强度反映在图像上就是亮度值(灰度值)。辐射强度越大，亮度值(灰度值)越大。亮度值主要受两个物理量影响：一是太阳辐射照射到地面的辐射强度，二是地物的光谱反射率。辐射畸变：传感器接受到的辐射强度除了受太阳辐射和地物光谱反射率影响外，还受到其他因素的影响而发生变更。这一变更的部分就是须要校正的部分，故称为辐射畸变引起辐射畸变的缘由及校正引起辐射畸变的缘由及校正传感器本身产生的误差传感器本身产生的误差 数据生产单位负责校正数据生产单位负责校正大气对辐射的影响大气对辐射的影响 用户自己考虑用户自己考虑（1 1）大气的影响）大气的影响大气吸取：大气吸取：减弱了太阳辐射减弱了太阳辐射大气散射

12、大气散射 加强了传感器接收到的地物辐射，但属于噪加强了传感器接收到的地物辐射，但属于噪音音传感器接收到的辐射传感器接收到的辐射地物反射进入传感器地物反射进入传感器（L 1L 1）散射向上干脆进入传散射向上干脆进入传感器（程辐射度感器（程辐射度LpLp）散射后入射地物，增散射后入射地物，增加入射辐射度加入射辐射度（L2L2）（2 2）大气影响的粗略校正）大气影响的粗略校正直方图最小值去除法直方图最小值去除法回来分析法回来分析法直方图最小值去除法直方图最小值去除法n基本思想基本思想n 若图象中若存在亮度为零的目标，如深若图象中若存在亮度为零的目标，如深海水体、阴影等，则其对应图象的亮度值为海水体、

13、阴影等，则其对应图象的亮度值为零。事实上，只有在没有大气影响的状况下，零。事实上，只有在没有大气影响的状况下，其亮度值才可能为零。影像上的亮度值正是其亮度值才可能为零。影像上的亮度值正是由于大气散射导致的由于大气散射导致的n适用条件适用条件n 该图象上确有辐射亮度或反射亮度为零该图象上确有辐射亮度或反射亮度为零的地区的地区n校正方法校正方法 将每一波段中每个象元的亮度值都减去本波段的最小值，使图象亮度动态范围得到改善。a校正之后校正之前b回来分析法回来分析法 假设两个波段a（某个红外波段）和b，b波段亮度最小值大于a波段亮度最小值 分别以a波段和b波段像元亮度值为坐标，做二维光谱空间，两个波段

14、中对应像元在坐标系内用一个点表示通过回来分析：b=a+求出，就得到校正值将波段b中每个像元的亮度值减去，来改善图象4.2.3 几何校正几何校正几何畸变：几何畸变：遥感图像在几何位置上发生了变更，遥感图像在几何位置上发生了变更，产生诸如行列不匀整，像元大小与地面大产生诸如行列不匀整，像元大小与地面大小对应不精确，地物形态发生不规则变更小对应不精确，地物形态发生不规则变更的现象称为几何畸变。的现象称为几何畸变。遥感影像的几何畸变有：平移、缩放、旋遥感影像的几何畸变有：平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲等转、偏扭、弯曲等遥感影像的总体变形遥感影像的总体变形(相对于地面真实形态相对于地面真实形态而言而言)是

15、各种变形综合作用的结果。是各种变形综合作用的结果。（1）遥感影像变形缘由：）遥感影像变形缘由：遥感平台位置和运动状态变更的影响遥感平台位置和运动状态变更的影响地形起伏的影响；地形起伏的影响；地球表面曲率的影响：地球表面曲率的影响：像点位移（a），地面宽度（b）大气折射的影响大气折射的影响地球自转的影响：影象偏离地球自转的影响：影象偏离（2）几何畸变校正）几何畸变校正粗略校正粗略校正精校正精校正 通过计算机对图像的每个像元逐个地通过计算机对图像的每个像元逐个地解析订正处理而完成，能够较精确地改正解析订正处理而完成，能够较精确地改正线性和非线性变形误差。线性和非线性变形误差。包括：一是像元坐标变换

16、；二是像元包括：一是像元坐标变换；二是像元灰度值重新计算。灰度值重新计算。精校正主要适用于地面平坦，不需考虑高程信息地面起伏较大而无高程信息传感器的位置和姿态参数无法获得有时依据遥感平台的各种参数已做过一次校正，但仍不能满足要求 精校正的基本思路精校正的基本思路 校正前的图像看起来是由行列校正前的图像看起来是由行列整齐的等间距像元点组成的，但事实整齐的等间距像元点组成的，但事实上，由于某种几何畸变，图像中像元上，由于某种几何畸变，图像中像元点间所对应的地面距离并不相等。校点间所对应的地面距离并不相等。校正后的图像也是由等间距的网格点组正后的图像也是由等间距的网格点组成的，且以地面为标准，符合某

17、种投成的，且以地面为标准，符合某种投影的匀整分布，图像中格网的交点可影的匀整分布，图像中格网的交点可以看作是像元的中心。以看作是像元的中心。校正的最终目的是确定校正后图校正的最终目的是确定校正后图像的行列数值，然后找到新图像中每像的行列数值，然后找到新图像中每一像元的亮度值。一像元的亮度值。精校正的具体步骤精校正的具体步骤依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；依据地面限制点和对应像点坐标进行平差计算变换参数，确定订正公式，并检验、评定其精度；对原始影像进行几何变换计算对象素亮度值重采样。坐标变换的两种方案坐标变换的两种方案干脆法订正干脆法订正 订正过程是从原始图像阵列动身，依

18、次对每订正过程是从原始图像阵列动身，依次对每一个像元计算其在输出图象的坐标，同时，把该一个像元计算其在输出图象的坐标，同时，把该像素的亮度值移置到相应点位上去。像素的亮度值移置到相应点位上去。间接法订正间接法订正 从空白图象阵列动身，依次计算每个像元在从空白图象阵列动身，依次计算每个像元在原始图象中的位置然后把算得的原始图像点位原始图象中的位置然后把算得的原始图像点位上的亮度值取出填回到空白图像点阵中相应的像上的亮度值取出填回到空白图像点阵中相应的像素点位上去。素点位上去。两种方法比较两种方法比较这两种方案本质上并无差别，主要不同仅这两种方案本质上并无差别，主要不同仅在于所用的订正变换函数不同

19、，互为逆变在于所用的订正变换函数不同，互为逆变换；换；其次，订正后像素获得的亮度值的方法，其次，订正后像素获得的亮度值的方法，对于干脆法方案，称为亮度重配置，而对对于干脆法方案，称为亮度重配置，而对间接法方案，称为亮度重采样。间接法方案，称为亮度重采样。由于干脆法订正方案计算时间长，所以在由于干脆法订正方案计算时间长，所以在实践中通常运用的方案是间接法方案。实践中通常运用的方案是间接法方案。用间接法进行坐标变换用间接法进行坐标变换建立两图像像元点之间的对应关系 实际计算时常接受二元二次多项式 限制点限制点n由线性理论知，求12个系数必需至少列出12个方程，即找到6个已知的对应点，也就是这6个点

20、对应的（u，v）和（x，y）均为已知。n限制点：这些已知坐标的对应点为限制点。然后通过这些限制点，解方程组求出12个a、b系数值 n为了提高精度，须要大大增加限制点的数目n计算方法接受最小二乘法，通过对限制点数据进行曲面拟合来求系数灰度值的重采样灰度值的重采样基本原理：基本原理：坐标变换后，假如某一点的坐标值不坐标变换后，假如某一点的坐标值不为整数，那么它的灰度值应取决于四周阵为整数，那么它的灰度值应取决于四周阵列上像元的灰度值对其所做的贡献。列上像元的灰度值对其所做的贡献。计算方法计算方法最近邻法最近邻法双线性内插法双线性内插法三次卷积内插法三次卷积内插法a)最近邻法最近邻法含义含义 用距离

21、投影点最近像元灰度值代替输用距离投影点最近像元灰度值代替输出像元灰度值出像元灰度值特点特点 简洁，省时简洁，省时，精度差精度差b)双线性内插法双线性内插法含义含义 考虑投影点四周个相邻像元灰度值，考虑投影点四周个相邻像元灰度值，并依据各自权重计算输出像元灰度值并依据各自权重计算输出像元灰度值具体过程具体过程 依据已求得的（依据已求得的（x，y），取整求得（），取整求得（i，j）计算结果计算结果特点特点计算较为简洁计算较为简洁具有确定的亮度采样精度具有确定的亮度采样精度图像略变模糊图像略变模糊它是实践中常用的方法它是实践中常用的方法c)双三次卷积法双三次卷积法含义含义 是取与投影点邻近的个像元灰

22、度值特点特点精度较高计算量大（3 3）限制点的选取）限制点的选取数目确定数目确定最低限是按未知系数的多少来确定一次多项式：3个二次多项式：6个三次多项式：10个n次多项式：（n十1）（n十2）2个一般要求在最少数目的6倍限制点类型限制点类型限制点的选择要以配准对象为依据限制点的选择要以配准对象为依据 地面限制点（地面限制点（GCPGCP）和图像限制点（）和图像限制点（PCPPCP）选取原则选取原则选取图像上易辨别且较精细的特征点选取图像上易辨别且较精细的特征点 特征变更大的地区应多选些特征变更大的地区应多选些 图像边缘部分确定要选取限制点图像边缘部分确定要选取限制点 尽可能满幅匀整选取尽可能满幅匀整选取