遙感影像間的運(yùn)算

1、紅色的字表示不知道到底對(duì)不對(duì)，你們看一下嘛!實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)遙感影像間的運(yùn)算一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握遙感影像間的基本的算術(shù)運(yùn)算原理和方法（加、減、乘、除）；2、掌握遙感影像間的基本的邏輯運(yùn)算及位運(yùn)算原理和方法（邏輯或（OR）、邏輯與（AND）邏輯非（NOT）;3、分析遙感影像間的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的效果和作用。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、對(duì)同一地區(qū)的不同波段或者同一波段不同時(shí)期的遙感影像進(jìn)行簡(jiǎn)單的算術(shù)運(yùn)算（加、減、乘、除）；2、對(duì)同一地區(qū)的不同波段或者同一波段不同時(shí)期的遙感影像進(jìn)行簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)（AND、OR、NOT）或者位運(yùn)算（AND、OR、XOR、NOT）;3、分析遙感影像間的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的效果和作用。4、只

2、需進(jìn)行兩種算術(shù)運(yùn)算和兩種邏輯運(yùn)算的操作，具體選擇哪種運(yùn)算可以自己定奪（此次實(shí)驗(yàn)本組進(jìn)行加、減算術(shù)運(yùn)算和邏輯與運(yùn)算以及進(jìn)行異或運(yùn)算）。三、儀器設(shè)備及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)電腦一臺(tái)，WidowsXP/2000操作系統(tǒng)，遙感影像處理軟件（ENVI）,step_01.jpg、step_02jpg、ct_32副本。bmpct_33副本.tif。四、基本原理公式1是多波段影像間的算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的通式。g（x,y）=f（x,y）：fz（x,y）公式1其中：f1,f2代表輸入的兩幅單波段影像；g表示輸出影像；表示加減乘除運(yùn)算或者由其組合而形成的復(fù)雜的代數(shù)運(yùn)算，也可以表示ANDORNOT等邏輯運(yùn)算符或者位運(yùn)算符號(hào)。（一）

3、加法運(yùn)算1,mB=-Bimy通過(guò)加法運(yùn)算可以加寬波段，如綠色波段和紅色波段圖像相加可以得到近似全色圖像；而綠色波段，紅色波段核紅外波段圖像相加可以得到全色紅外圖像。（二）減法運(yùn)算B=BxBy其中Bx,By為兩個(gè)不同波段的圖像或者不同時(shí)相相同一波段圖像。當(dāng)為兩個(gè)不同波段的圖像時(shí)，通過(guò)減法運(yùn)算可以增加不同地物間光譜反射率以及在兩個(gè)波段上變化趨勢(shì)相反時(shí)的反差。而當(dāng)為兩個(gè)不同時(shí)相相同一波段圖像相減時(shí)，可以提取地面目標(biāo)的變化信息。當(dāng)用紅外波段與紅波段圖像相減時(shí)，即為植被指數(shù)，即|vi=BiRBR（三）乘法運(yùn)算1mmB-IlBi通過(guò)乘法運(yùn)算結(jié)果與加法運(yùn)算結(jié)果類(lèi)似。（四）除法運(yùn)算BxB二By通過(guò)比值運(yùn)算能壓

4、抑因地形坡度和方向引起的輻射量變化，消除地形起伏的影響；也可以增強(qiáng)某些地物之間的反差，如植物、土壤、和水在紅色波段與紅外波段圖像上反射率是不同的，通過(guò)比值運(yùn)算可以加以區(qū)分。（五）邏輯運(yùn)算二進(jìn)制數(shù)1和0在邏輯上可以代表“真”與“假”、“是”與“非”、“對(duì)”與“錯(cuò)”、“有”與“無(wú)”，這種具有邏輯屬性的變量就稱(chēng)為邏輯變量。邏輯變量之間的運(yùn)算稱(chēng)為邏輯運(yùn)算。邏輯運(yùn)算只有兩種結(jié)果，用二進(jìn)制表示就是0和1,表現(xiàn)在圖像的顯示上就是黑和白，0表示黑，1表示白。當(dāng)然，在彩色圖像上，會(huì)由于紅綠藍(lán)三種顏色的成分不同會(huì)形成彩色，因?yàn)槿N加色要么是兩兩等比例相加（都為1）,要么是三種等比例相加，因而，顯示的色彩除了紅綠藍(lán)

5、三種顏色，還有青、品、黃、黑、白。邏輯運(yùn)算不會(huì)出現(xiàn)其他顏色。在邏輯運(yùn)算中，不為0則為真，都用1表示。進(jìn)行邏輯與運(yùn)算時(shí)，只有全為真時(shí)結(jié)果才為真；而邏輯或運(yùn)算中，只要一個(gè)為真結(jié)果就為真。如25與0進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，25不為0,為真（1）,0為0,為假（0）,邏輯與運(yùn)算結(jié)果為0。若25與0進(jìn)行邏輯或運(yùn)算，25不為0,為真（1）,0為0,為假（0）,邏輯或運(yùn)算只要有一個(gè)為真就為真，因而運(yùn)算結(jié)果為1。（六）異或運(yùn)算C（x,y）=A（x,y）二B（x,y）一般在圖像中每個(gè)像素有RGBE個(gè)通道，各個(gè)通道可以表示0255級(jí)灰度，每個(gè)通道可以用八位二進(jìn)制表示，如，R:00000000,G:00000000,B:0

6、0000000,表示一個(gè)呈現(xiàn)為純黑色的點(diǎn)。所謂異或運(yùn)算是指相應(yīng)位相異則取1,否則取0,如圖像a和b進(jìn)行異或運(yùn)算得到圖像c：圖像a(mn)為R00000000,G:00000000,B：00000000圖像b(mn)為R01010101,G:01010101,B：01010101則異或結(jié)果為：圖像c(mn)為R01010101,G:01010101,B：01010101ENVI中異或運(yùn)算可用下列函數(shù)表達(dá)：not(b1andb2)or(notb1)and(notb2)五、實(shí)驗(yàn)步驟及其結(jié)果分析(一)加法運(yùn)算1、打開(kāi)兩幅原始影像，01-step01.jpg(Memory1)和01-step02.jpg

7、(Memory2),如圖1和圖2所示：電i1OLstepOl.,圖回藥曾言叫R叫_虻即叱1&SBBandlath圖1圖2圖32、選擇BasicalToolsBandMath,將出現(xiàn)BandMath對(duì)話(huà)框，如圖3所示：(1) 要把表達(dá)式保存到一個(gè)出文件，點(diǎn)擊Save”,然后當(dāng)出現(xiàn)EnterOutputFilename對(duì)話(huà)框時(shí)，鍵入輸出文件名，為了保持一致，輸出文件名應(yīng)該指定擴(kuò)展名為.exp。(2) 要恢復(fù)原先保存的表達(dá)式，點(diǎn)擊“Restore”，然后選擇適當(dāng)?shù)奈募?，該表達(dá)式將顯示在“PreviousExpression:“列表中。(3) 要清除所有原先的表達(dá)式，點(diǎn)擊“Clear”。(4) 若要

8、刪除某個(gè)表達(dá)式，請(qǐng)選中該表達(dá)式，點(diǎn)擊“Delete3、在標(biāo)簽為Enteranexpression:的文本框內(nèi)，輸入變量名(將被賦值到整個(gè)圖像波段或可能應(yīng)用到一個(gè)多波段文件中的每個(gè)波段)和所需要的數(shù)學(xué)運(yùn)算符，如本例中輸入的是“b1+b2”。4、一旦一個(gè)有效的表達(dá)式被輸入，點(diǎn)擊OK處理將出現(xiàn)VariabletoBandNamePairings對(duì)話(huà)框，如圖4所示。其中EXR文本框內(nèi)時(shí)所選擇的有效的表達(dá)式，Variablesuseinexpression”表示表達(dá)式中所采用的變量，“b1”是第一個(gè)變量，“b2”是第二個(gè)變量，變量可以在下面的列表框“AvailableBandsList”中進(jìn)行選擇，若要

9、把一個(gè)多波段圖像賦值給一個(gè)或所有變量，則點(diǎn)擊“MapVariabletoInputFile”后再進(jìn)行選擇。先選擇Memoryl為變量b1,單擊OK然后用同樣白方法選擇Memory2為變量b2。要把結(jié)果輸出到一個(gè)文件圖4圖5或內(nèi)存，則選擇File或Memory切換按鈕，本次實(shí)驗(yàn)中都選擇Memory。然后點(diǎn)擊OK按鈕，再?gòu)腁vailableBandsList”列表框?qū)⑵浯蜷_(kāi)，便得到運(yùn)算后的結(jié)果影像圖5。taiLocation/falue.t|Xhit幀加II靛麗麗麗麗岫;1:111MTO5、結(jié)果分析:(1)圖像的加法運(yùn)算可以去除疊加性噪聲；生成圖像的疊加效果。(2)圖像的加法運(yùn)算可以用面向?qū)ο蟮姆?/p>

10、法了解其計(jì)算過(guò)程。在Memory1圖像上任意一處雙擊，出現(xiàn)如圖6的界面。圖中(150,100)表示行列號(hào)，Data后顯示該像元的灰度值為R:117G:97B:72。把鼠標(biāo)移動(dòng)到Memory2顯示窗口上，找到與Memory1相對(duì)應(yīng)的位置，即行列號(hào)為(150,100),其灰度值為R:117G:97B:72。將對(duì)應(yīng)位置上的灰度值進(jìn)行相加運(yùn)算：R:117+117=234G:97+97=194B:72+72=144將鼠標(biāo)移動(dòng)到結(jié)果影像窗口，找到與Memory2和Memory1對(duì)應(yīng)位置的像元，該像元經(jīng)過(guò)加法運(yùn)算后得到的灰度值為R：234G:194B:144,與計(jì)算結(jié)果相同。由此可知，圖像的加法運(yùn)算是按照某

11、種順序?qū)?duì)應(yīng)位置上像元的灰度值進(jìn)行相加，然后把得到的值賦給相應(yīng)的像元。圖像的灰度值的范圍是0-255,如果相應(yīng)兩位置上的灰度值相加大于255,則減去256。如一幅圖像某像元灰度為R:164G:122B:74,相對(duì)應(yīng)的另一灰度值為R:182G:214B:252,進(jìn)行加法運(yùn)算結(jié)果如下：R:164+182=346G:122+214=336B:74+252=326結(jié)果影像相應(yīng)像元的灰度應(yīng)為：R346-256=90G336-256=80B:326-256=70即結(jié)果影像顯示的灰度值應(yīng)為R90G:80B:70。（二）減法運(yùn)算1、打開(kāi)兩幅原始影像，01-step01.jpg（Memory。和01-step0

12、2.jpg（Memory?,如圖1、圖2所示。2、選擇BasicalToolsBandMath,將出現(xiàn)BandMath對(duì)話(huà)框。3、在BandMath對(duì)話(huà)框的“Enteranexpression”文本框內(nèi)，輸入變量名和所需要的數(shù)學(xué)運(yùn)算符，本次實(shí)驗(yàn)輸入的是“b2-b14、表達(dá)式輸入后點(diǎn)擊OK,將出現(xiàn)VariabletoBandNamePairings對(duì)話(huà)框，單擊“MapVariablestoInputFile。先選擇Memory2為變量b2,單擊OK然后用同樣的方法選擇Memory1為變量b1。選擇輸出結(jié)果到Memory,其結(jié)果影像如圖7所示。圖7圖85、結(jié)果分析：在結(jié)果影像中僅出現(xiàn)兩幅圖像的不同

13、之處，相同的地方用黑色來(lái)顯示，由此可知，圖像相減的結(jié)果可以顯示兩圖像的差異，可以去除不需要的疊加性圖案，可以用來(lái)計(jì)算物體邊界的梯度。計(jì)算過(guò)程在計(jì)算機(jī)的內(nèi)部完成，但我們可以借助可視化的效果知道它是如何完成運(yùn)算的。在Memory2圖像上任意一處雙擊，出現(xiàn)如圖8的界面。圖中（174,62）表示行列號(hào)，Data后顯示該像元的灰度值為R:182G:214B:252。把鼠標(biāo)移動(dòng)到Memory1顯示窗口上,找到與Memory2相對(duì)應(yīng)的位置，即行列號(hào)為（174,62）,其灰度值為R:149G:116B:81。將對(duì)應(yīng)位置上的灰度值進(jìn)行相減運(yùn)算R:182-149=33G:214-116=98B:252-81=17

14、1將鼠標(biāo)移動(dòng)到結(jié)果影像窗口，找到與Memory2和Memory1相對(duì)應(yīng)的像元，該像元經(jīng)過(guò)減法運(yùn)算后得到的灰度值為R:33G:98B:171,與計(jì)算結(jié)果相同。由以上分析可知，圖像的減法運(yùn)算就是按照某種順序?qū)ο鄬?duì)應(yīng)位置上像元的灰度值進(jìn)行相減，然后把得到的值賦給相應(yīng)的像元。兩幅原始圖像中相同的地方在結(jié)果影像中都是黑色的，那是因?yàn)椋嗤牡胤剿鶎?duì)應(yīng)的灰度值也是一樣的，兩個(gè)灰度值相減得到的值為0,結(jié)果影像中的灰度值為0,也就顯示為黑色。(三)邏輯與運(yùn)算1、打開(kāi)兩幅原始影像(如圖1和圖2)。2、選擇BasicalToolsBandMath,在BandMath對(duì)話(huà)框的“Enteranexpression”文

15、本框內(nèi)，輸入變量名和所需要的數(shù)學(xué)運(yùn)算符，本次實(shí)驗(yàn)輸入的是“l(fā)ogical_and(b1,b2)3、表達(dá)式輸入后點(diǎn)擊OK將出現(xiàn)VariabletoBandNamePairings對(duì)話(huà)框，單擊“MapVariablestoInputFile,先選擇Memory1為變量b1,單擊OK然后用同樣的方法選擇Memory2為變量b2。選擇輸出結(jié)果到Memory,其結(jié)果影像如圖9所示。其中左圖為主窗口影像，右圖為Zoom窗口影像。tl(R:B：andlath(E.一國(guó)曰Xe#izoob4xjOfnlfxFil*口E疝TcoliVindaw圖94、結(jié)果分析:結(jié)果影像中只有白、紅、黃、青四種顏色，其中白色占主導(dǎo)

16、，沒(méi)有黑色。邏輯與運(yùn)算只有都為真時(shí)才為真(1),紅綠藍(lán)三色等比例相加才形成白色。說(shuō)明圖中白色部分所對(duì)應(yīng)的原始影像的相應(yīng)位置上的紅綠藍(lán)灰度值均不為0,邏輯與運(yùn)算結(jié)果均為1,因而呈白色。沒(méi)有黑色是因?yàn)樵加跋裰胁](méi)有灰度值為0的像元。圖中有一個(gè)黃色的像元，雙擊，得到該像元的行列號(hào)為(123,106),灰度值為R:0,G:1,B:1。在兩幅原始影像中找到相應(yīng)的像元，得到它們的灰度值，如圖10,圖11所示:圖10CuisorLocation/Value|XFileOptionslisp#2(3,106)Sent：L0G5B：0Data：R;。G：29B:29圖11對(duì)它們進(jìn)行邏輯與運(yùn)算：R:0A0=0G

17、:29A29=1B:29A29=1可知，紅色為0,所以沒(méi)有紅色，綠色和藍(lán)色都為1,二者等量相加為青色，因而該像元顯示為青色。用同樣的方法可以分析圖中的黃色和紅色。(四)異或運(yùn)算,#1(E:R(ct_323+.bp)y.岡卜S但二MG二就一.回回岡1、打開(kāi)ct_32副本.bmp和ct_33副本.tif,如圖12,圖13所示：圖12圖132、選擇BasicalToolsBandMath,在BandMath對(duì)話(huà)框的“Enteranexpression文本框內(nèi)，輸入變量名和所需要的數(shù)學(xué)運(yùn)算符，本次實(shí)驗(yàn)輸入的表達(dá)式如下：not(b1andb2)or(notb1)and(notb2)表達(dá)式輸完后，定義變量

18、b1為ct_32副本.bmp,b2為ct_33副本.tif,選擇輸出結(jié)果到Memory,其結(jié)果影像如圖14所示：4、結(jié)果分析：異或運(yùn)算相異的為真（1）,相同的為假（0）,因而，兩幅圖像相同的地方經(jīng)過(guò)異或運(yùn)算后，其灰度值為0,以黑色顯示，結(jié)果影像中只顯示了兩圖像的不同之處。這有點(diǎn)類(lèi)似于圖像的相減，其不同之處是結(jié)果影像的灰度值計(jì)算方法。兩原始影像某對(duì)應(yīng)像元（110,55）的灰度值如下所示:ct_32副本.bmp影像（110,ct_33副本.tif影像（110,轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制進(jìn)行表示：ct_32副本.bmp影像（110,ct_33副本.tif影像（110,55）位置R:205,G:201,55）位置R:123,G:114,55）位置R:11001101,G:55）位置R:01111011,G:B:210B:11811001001,B:1101001001110010,B:01110110從理論上來(lái)說(shuō)，進(jìn)行異或運(yùn)算后，該像素的數(shù)據(jù)應(yīng)是:R:10110110,G:10111011,B:10100100將