遙感數(shù)字圖像處理教程_05圖像的顯示和拉伸

1、遙感數(shù)字圖像處理遙感數(shù)字圖像處理遙感數(shù)字圖像處理遙感數(shù)字圖像處理遙感數(shù)字圖像處理遙感數(shù)字圖像處理第四章第四章 圖像的顯示和拉伸圖像的顯示和拉伸1 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示2 圖像的彩色合成圖像的彩色合成3 圖像拉伸圖像拉伸圖像增強圖像增強定義：定義：用于改善圖像的對比度，突出感興趣的地物信息，提高用于改善圖像的對比度，突出感興趣的地物信息，提高圖像目視解譯效果的圖像處理方法。圖像目視解譯效果的圖像處理方法。目的：目的：提高圖像質(zhì)量和突出所需信息，有利于分析判讀或作進提高圖像質(zhì)量和突出所需信息，有利于分析判讀或作進一步處理。一步處理。特點：特點： 圖像的信息沒有增加或減少圖像的信息沒有增加或

2、減少 改善了視覺效果改善了視覺效果 產(chǎn)生了更容易處理的圖像產(chǎn)生了更容易處理的圖像 具有探索性具有探索性分類：分類：改善圖像對比度改善圖像對比度增加可視化信息增加可視化信息第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示1.1 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示定義：定義：將數(shù)字圖像從一組離散數(shù)據(jù)還原為一幅可見圖像的過程。將數(shù)字圖像從一組離散數(shù)據(jù)還原為一幅可見圖像的過程。數(shù)字圖像數(shù)字圖像模擬圖像模擬圖像可視化可視化不可見圖像不可見圖像可見圖像可見圖像第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示1.2 顏色的特征顏色的特征顏色：顏色：外界光作用于人的視覺器官而產(chǎn)生的主觀感覺。外界光作用于人的視覺器官而產(chǎn)生的主觀

3、感覺。黑、白以及從黑過渡到白的一系列灰色，它們對光譜上黑、白以及從黑過渡到白的一系列灰色，它們對光譜上 各個波長的反射沒有選擇性。反映了物質(zhì)的光反射率的變化，在各個波長的反射沒有選擇性。反映了物質(zhì)的光反射率的變化，在視覺上的感覺是亮度的變化視覺上的感覺是亮度的變化除黑白系列以外的各種顏色除黑白系列以外的各種顏色分類：分類：反映物體反射能量的大小反映物體反射能量的大小第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示1.2 顏色的特征顏色的特征非彩色：灰色梯尺非彩色：灰色梯尺彩色：彩色：分類：分類：色調(diào)（色調(diào)（Hue）：色彩彼此區(qū)分的特性）：色彩彼此區(qū)分的特性明度（明度（Value）：顏色亮度（客觀）在

4、人們視覺上的主觀反映）：顏色亮度（客觀）在人們視覺上的主觀反映色度（色度（Chromaticity）：水中溶解性物質(zhì)或膠狀物質(zhì)呈現(xiàn)的）：水中溶解性物質(zhì)或膠狀物質(zhì)呈現(xiàn)的米黃色乃至黃褐色的程度米黃色乃至黃褐色的程度飽和度（飽和度（Saturation）：色彩純潔的程度，即波段是否窄，）：色彩純潔的程度，即波段是否窄，頻率是否單一，純色頻率是否單一，純色+白色，飽和度下降，變白白色，飽和度下降，變白吸收率吸收率=1反射率反射率=1第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示1.3 顏色空間顏色空間三原色：三原色：根據(jù)人眼的結(jié)構(gòu)，所有顏色都可看作是根據(jù)人眼的結(jié)構(gòu)，所有顏色都可看作是3種基本顏色按種基本顏

5、色按照不同的比例組合而成的。照不同的比例組合而成的。紅色紅色R：700nm綠色綠色G：546.1nm藍色藍色B：435.8nm顏色空間：顏色空間：RGB顏色空間顏色空間CMYK顏色空間顏色空間第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示1.3 顏色空間顏色空間RGB顏色空間：顏色空間：RGB顏色空間與設備緊密顏色空間與設備緊密相關，不同設備的顯示效相關，不同設備的顯示效果不同果不同第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示1.3 顏色空間顏色空間RGB顏色空間：顏色空間：第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示1.3 顏色空間顏色空間CMYK顏色空間：顏色空間：CMYK顏色空間與設備緊密相關，

6、不同設備的顯示效果不同顏色空間與設備緊密相關，不同設備的顯示效果不同CMYK顏色空間的覆蓋范圍比顏色空間的覆蓋范圍比RGB的小，但有的顏色超出了的小，但有的顏色超出了RGB的范圍的范圍 表示方法：用一個三維坐標系統(tǒng)及這個系統(tǒng)中的一個子空表示方法：用一個三維坐標系統(tǒng)及這個系統(tǒng)中的一個子空 間表示間表示第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示1.4 顏色模型顏色模型顏色空間的轉(zhuǎn)換：顏色空間的轉(zhuǎn)換： 不同的顏色空間的色彩再現(xiàn)范圍有所差異。將顏色的坐標不同的顏色空間的色彩再現(xiàn)范圍有所差異。將顏色的坐標值從一個顏色空間轉(zhuǎn)換到另一個顏色空間的坐標值的過程。值從一個顏色空間轉(zhuǎn)換到另一個顏色空間的坐標值的過

7、程。 顏色空間的轉(zhuǎn)換是利用顏色模型進行的。顏色空間的轉(zhuǎn)換是利用顏色模型進行的。目的：按某種標準利用基色表示顏色目的：按某種標準利用基色表示顏色顏色模型：顏色模型：第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示1.4 顏色模型顏色模型常用的顏色模型：常用的顏色模型：RGB顏色模型：彩色監(jiān)視器和彩色攝像機顏色模型：彩色監(jiān)視器和彩色攝像機CMY顏色模型：彩色打印機顏色模型：彩色打印機YIQ顏色模型：彩色電視廣播顏色模型：彩色電視廣播HIS顏色模型：圖像的顯示和處理顏色模型：圖像的顯示和處理第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示1.4 顏色模型顏色模型RGB顏色模型顏色模型CyanMagentaYel

8、lowCMY顏色模型：彩色打印機顏色模型：彩色打印機第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示1.4 顏色模型顏色模型HIS顏色模型：圖像的顯示和處理顏色模型：圖像的顯示和處理第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示1.5 顏色模型顏色模型第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示1.6 圖像的顯示圖像的顯示可以全色顯示，也可以彩色顯示可以全色顯示，也可以彩色顯示視頻圖像的顯示過程視頻圖像的顯示過程 CLUT: Color Look Up Table 顏色查找表顏色查找表D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器: 數(shù)字圖像到模擬圖像的轉(zhuǎn)換器數(shù)字圖像到模擬圖像的轉(zhuǎn)換器第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示1.5

9、 圖像的顯示圖像的顯示第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示1.5 圖像的顯示圖像的顯示第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示1.5 圖像的顯示圖像的顯示電子顯示法（軟拷貝）：用彩色監(jiān)視器顯示電子顯示法（軟拷貝）：用彩色監(jiān)視器顯示 采用采用RGB顏色空間顏色空間 加色法合成加色法合成 彩色硬拷貝設備顯示法：用繪圖儀或打印機輸出彩色硬拷貝設備顯示法：用繪圖儀或打印機輸出 采用采用CMYK顏色空間顏色空間 減色法合成減色法合成 第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示1.5 圖像的顯示圖像的顯示黃黃綠綠青青紅紅藍藍品品白白黃黃品品青青紅紅綠綠 藍藍黑黑第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像

10、的顯示1.5 圖像的顯示圖像的顯示亮度值到彩色顯示示意圖亮度值到彩色顯示示意圖第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)字圖像的顯示數(shù)字圖像的顯示1.5 圖像的顯示圖像的顯示第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成2.1 彩色圖像與彩色合成彩色圖像與彩色合成第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成2.1 彩色圖像與彩色合成彩色圖像與彩色合成第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成2.2 偽彩色合成偽彩色合成把單波段灰度圖像中的不同灰度級按特定的函數(shù)關系把單波段灰度圖像中的不同灰度級按特定的函數(shù)關系變換成彩色，然后進行彩色圖像顯示的方法變換成彩色，然后進行彩色圖像顯示的方法密度分割法密度分割法對單波段圖像按灰度分級

11、，對每一級賦予不同的色彩，對單波段圖像按灰度分級，對每一級賦予不同的色彩，使之變成一幅彩色圖像。彩色是人為賦予的，與地物真實顏使之變成一幅彩色圖像。彩色是人為賦予的，與地物真實顏色無關色無關第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成2.2 偽彩色合成偽彩色合成可以提高圖像的可分辨力，如果分級與地物光譜特性可以提高圖像的可分辨力，如果分級與地物光譜特性的差異對應較好，也可以較為準確地區(qū)分出地物類別的差異對應較好，也可以較為準確地區(qū)分出地物類別第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成2.2 偽彩色合成偽彩色合成第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成2.3 真彩色合成真彩色合成彩色合成中選擇的

12、波段的波長與紅綠藍的波長相同或彩色合成中選擇的波段的波長與紅綠藍的波長相同或近似，得到的圖像的顏色與真彩色近似近似，得到的圖像的顏色與真彩色近似合成后的圖像的顏色接近自然色，與人的視覺感覺一合成后的圖像的顏色接近自然色，與人的視覺感覺一致，容易識別地物致，容易識別地物第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成2.3 真彩色合成真彩色合成真彩色合成的數(shù)據(jù)值和顯示值真彩色合成的數(shù)據(jù)值和顯示值第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成2.4 假彩色合成假彩色合成選擇多波段圖像中的任意三個波段，分別賦予紅、綠、選擇多波段圖像中的任意三個波段，分別賦予紅、綠、藍三種原色，在屏幕上合成彩色圖像的方法藍三種

13、原色，在屏幕上合成彩色圖像的方法 色彩與地物真實顏色無關色彩與地物真實顏色無關 選擇多波段圖像中的近紅外、紅、綠三個選擇多波段圖像中的近紅外、紅、綠三個波段分別賦予紅、綠、藍三原色，在屏幕上合成彩色圖像的波段分別賦予紅、綠、藍三原色，在屏幕上合成彩色圖像的方法方法 標準假彩色合成圖像可以突出顯示植被（紅色）、水標準假彩色合成圖像可以突出顯示植被（紅色）、水體（黑色或藍色）、城鎮(zhèn)（深色）等信息體（黑色或藍色）、城鎮(zhèn)（深色）等信息第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成2.4 假彩色合成假彩色合成2.4 假彩色合成假彩色合成第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成真彩色合成和標準假彩色合成時波

14、段的選擇真彩色合成和標準假彩色合成時波段的選擇真彩色合成真彩色合成標準假彩色合成標準假彩色合成2.4 假彩色合成假彩色合成第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成2.4 假彩色合成假彩色合成第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成2.4 假彩色合成假彩色合成第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成TM圖像圖像 5，4，2合成合成2.4 假彩色合成假彩色合成第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成教程教程 圖圖4.162.5 模擬真彩色合成模擬真彩色合成第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成2.5 模擬真彩色合成模擬真彩色合成第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成SPOT多光譜各

15、波段的波長范圍多光譜各波段的波長范圍2.5 模擬真彩色合成模擬真彩色合成第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成紅色紅色R=XS2(R)藍色藍色B=SX1(G)1233XSXSXSG綠色2.5 模擬真彩色合成模擬真彩色合成第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成紅色紅色R=XS2(R)藍色藍色B=SX1(G)1334XSXSG綠色21B1+2PXSXSXS藍色(1)3R4aPa XS紅色2.5 模擬真彩色合成模擬真彩色合成第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成2212PXSGXSXS綠色2.5 模擬真彩色合成模擬真彩色合成第二節(jié)第二節(jié) 圖像的彩色合成圖像的彩色合成教程教程 圖圖4.17

16、3.1 概述概述第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸圖像亮度的最大值和最小值的比值圖像亮度的最大值和最小值的比值maxminL=L對比度最基本的圖像處理方法，主要用來改善圖像的對比度最基本的圖像處理方法，主要用來改善圖像的對比度波段的單個像素值波段的單個像素值圖像的直方圖圖像的直方圖突出或抑制特定地物的特征突出或抑制特定地物的特征3.1 概述概述第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸增加圖像的對比度增加圖像的對比度突出圖像的細節(jié)突出圖像的細節(jié)灰度拉伸灰度拉伸直方圖修正直方圖修正直方圖規(guī)定化直方圖規(guī)定化直方圖均衡化直方圖均衡化線性拉伸線性拉伸非線性拉伸非線性拉伸多波段拉伸多波段拉伸全域線性拉伸全域線性拉伸分段

17、線性拉伸分段線性拉伸灰度窗口切片灰度窗口切片對數(shù)變換對數(shù)變換指數(shù)變換指數(shù)變換3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸類型類型3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸設圖像數(shù)據(jù)設圖像數(shù)據(jù)F最大值為最大值為Fmax最小值為最小值為Fmin拉伸后圖像數(shù)據(jù)拉伸后圖像數(shù)據(jù)G最大值為最大值為Gmax最小值為最小值為GminminmaxminminmaxminG=G+(G-G)*(F-F)/(F-F)X范圍外的圖像，取范圍外的圖像，取Y相應的極值相應的極值If FGmin，G=GminIf FGmax，G=Gmax3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸變換前亮度值

18、變換前亮度值變換后亮度值變換后亮度值g(x,y)-cf(x,y)-a=d-cb-ad-cg(x,y)=f(x,y)-a) +cb-a3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸d-cb-a1 壓縮壓縮=1 既不拉伸也不壓縮，與原圖一樣既不拉伸也不壓縮，與原圖一樣1 拉伸拉伸3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸教程教程 圖圖4.213.2 灰度拉伸灰度拉伸第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸3.2 灰度拉伸灰度拉伸

19、第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸教程教程 圖圖4.223.2 灰度拉伸灰度拉伸第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸MgMfg (x, y)f (x, y)0ba( ,)g x y 0 f (x, y)a 或或 f (x, y)b Mg af (x, y)b 清除背景清除背景MgMfg (x, y)f (x, y)0ba3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸( ,)g x y f (x, y) f (x, y)a 或或 f (x, y)b Mg af (x, y)b 保留背景保留背景3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸對圖像亮的部分，擴大了灰度間對圖像亮的部分，擴大了灰

20、度間隔，突出了細節(jié)隔，突出了細節(jié)-拉伸拉伸對圖像暗的部分，縮小了灰度間對圖像暗的部分，縮小了灰度間隔，弱化了細節(jié)隔，弱化了細節(jié)-壓縮壓縮(a)原始圖像原始圖像 (b)指數(shù)變換指數(shù)變換3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸對圖像亮的部分，縮小了灰度間對圖像亮的部分，縮小了灰度間隔，弱化了細節(jié)隔，弱化了細節(jié)-壓縮壓縮對圖像暗的部分，擴大了灰度間對圖像暗的部分，擴大了灰度間隔，突出了細節(jié)隔，突出了細節(jié)-拉伸拉伸g(x,y)=blog(af(x,y)+1)+c3.2 灰度拉伸灰度拉伸第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸在圖像的彩色合成顯示后，在圖像的彩色合成顯示后，可以對各個波段分別進行可以對各個波段分別進行線性或非線性拉伸處理，線性或非線性拉伸處理，以便綜合增強圖像中的地以便綜合增強圖像中的地物信息物信息3.3 圖像均衡化圖像均衡化第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸直方圖均衡化3.3 圖像均衡化圖像均衡化第三節(jié)第三節(jié) 圖像拉伸圖像拉伸假定有一幅總像素為n=6464的圖像，灰度級數(shù)L=8直方圖均衡化計算實例：krkn krp計ks計ksL1ks 直方圖均衡化后的圖像每個灰度級的像元頻率，理論上應相等，直方圖形態(tài)應為理想的直線。實際上均衡化后的直方圖呈現(xiàn)參差不齊的外形，這是由于于圖像是離散函數(shù)，各灰度級可能的像元個數(shù)有限，在一些灰度級處可能沒有像元，在某些灰度級處則像元很多，所以不會