第五章 遙感圖像處理基礎(chǔ)(二)

1、第五章第五章 遙感數(shù)字圖像預(yù)處理遙感數(shù)字圖像預(yù)處理側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 側(cè)視雷達(dá)圖像不同于其他遙感圖像，它是斜射側(cè)視雷達(dá)圖像不同于其他遙感圖像，它是斜射地表從而獲得影像，具有其固有的幾何特點(diǎn)。地表從而獲得影像，具有其固有的幾何特點(diǎn)。 屬于斜距投影，像點(diǎn)斜距算至地面距離為：屬于斜距投影，像點(diǎn)斜距算至地面距離為：側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征：側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征： 1 1、垂直飛行方向比例尺由小變大。、垂直飛行方向比例尺由小變大。側(cè)視雷達(dá)圖像幾何

2、校正側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征：側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征： 2 2、造成山體前傾，朝向傳感器的山坡影像被壓、造成山體前傾，朝向傳感器的山坡影像被壓縮，而背向傳感器的山坡被拉長(zhǎng)，這與中心投影相縮，而背向傳感器的山坡被拉長(zhǎng)，這與中心投影相反，還會(huì)出現(xiàn)不同地物點(diǎn)重影現(xiàn)象。反，還會(huì)出現(xiàn)不同地物點(diǎn)重影現(xiàn)象。側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征：側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特征： 3 3、地形高差產(chǎn)生的投影與中心投影影像投影差、地形高差產(chǎn)生的投影與中心投影影像投影差位移的方向相

3、反，位移也不同。位移的方向相反，位移也不同。側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 合成孔徑雷達(dá)的構(gòu)像方程：合成孔徑雷達(dá)的構(gòu)像方程： SARSAR圖像成像方程的表達(dá)主要有兩種形式。一是圖像成像方程的表達(dá)主要有兩種形式。一是用距離條件和多普勒條件方程式來(lái)表達(dá)像點(diǎn)、目標(biāo)用距離條件和多普勒條件方程式來(lái)表達(dá)像點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)和雷達(dá)天線中心三者之間的關(guān)系；二是用共線方點(diǎn)和雷達(dá)天線中心三者之間的關(guān)系；二是用共線方程來(lái)表達(dá)這種關(guān)系。程來(lái)表達(dá)這種關(guān)系。 1 1、距離條件和多普勒條件方程式、距離條件和多普勒條件方程式 因雷達(dá)側(cè)向掃描平臺(tái)恒垂直于遙感平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的因雷達(dá)側(cè)向

4、掃描平臺(tái)恒垂直于遙感平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的速度矢量，則有多普勒條件成立：速度矢量，則有多普勒條件成立：側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 式中：式中：側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 由上兩式可得到用坐標(biāo)表示的多普勒條件方程：由上兩式可得到用坐標(biāo)表示的多普勒條件方程： 距離條件是指：距離條件是指： 此為用此為用距離條件和多普勒條件距離條件和多普勒條件表示的表示的SARSAR圖像的圖像的成像方程式。成像方程式。側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正

5、2 2、共線條件方程式：、共線條件方程式： 設(shè)高程為設(shè)高程為 的地平面上任意一地面點(diǎn)的地平面上任意一地面點(diǎn) 在斜在斜距圖像上的像點(diǎn)為距圖像上的像點(diǎn)為 ，像點(diǎn)坐標(biāo)為，像點(diǎn)坐標(biāo)為 ，而，而 點(diǎn)點(diǎn)在以在以 為焦距的德中心投影的像點(diǎn)為為焦距的德中心投影的像點(diǎn)為 ，相應(yīng)，相應(yīng)的像點(diǎn)坐標(biāo)為的像點(diǎn)坐標(biāo)為 ，則：，則：側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 其中，其中， 為影像上的掃描延遲，為影像上的掃描延遲， 為等效焦為等效焦距。這時(shí)天線中心距。這時(shí)天線中心 、像點(diǎn)、像點(diǎn) 、地面點(diǎn)、地面點(diǎn) 嚴(yán)嚴(yán)格滿(mǎn)足貢獻(xiàn)關(guān)系，則：格滿(mǎn)足貢獻(xiàn)關(guān)系，則：側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正側(cè)視

6、雷達(dá)圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 當(dāng)?shù)孛娌⒉黄教箷r(shí)：當(dāng)?shù)孛娌⒉黄教箷r(shí)：側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 對(duì)于任意一地面點(diǎn)：對(duì)于任意一地面點(diǎn)： 此即為共線方程表示的此即為共線方程表示的SARSAR圖像的成像方圖像的成像方程式。程式。側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何校正：側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何校正： 由側(cè)視雷達(dá)圖像幾何特性可知，如果有地形起由側(cè)視雷達(dá)圖

7、像幾何特性可知，如果有地形起伏，則在圖像上存在透視收縮與頂?shù)孜灰苹蚶走_(dá)陰伏，則在圖像上存在透視收縮與頂?shù)孜灰苹蚶走_(dá)陰影的現(xiàn)象。校正就是要消除這些位移的過(guò)程。影的現(xiàn)象。校正就是要消除這些位移的過(guò)程。 需要指出的是，需要指出的是，SARSAR圖像由于地形起伏引起的圖像由于地形起伏引起的像點(diǎn)位移要比中心投影嚴(yán)重的多。因此不能用簡(jiǎn)單像點(diǎn)位移要比中心投影嚴(yán)重的多。因此不能用簡(jiǎn)單的多項(xiàng)式校正的方法。目前有兩種較為常用的方法：的多項(xiàng)式校正的方法。目前有兩種較為常用的方法： 側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正側(cè)視雷達(dá)圖像幾何校正5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 二是按照共線方程進(jìn)行。二是按照共線方程進(jìn)行。先

8、得到成像參數(shù)，對(duì)先得到成像參數(shù)，對(duì)某一地面點(diǎn)，利用共線方程式的第二式作為約束，某一地面點(diǎn)，利用共線方程式的第二式作為約束，計(jì)算其像點(diǎn)對(duì)應(yīng)于起始時(shí)刻掃描線的影像縱坐標(biāo)計(jì)算其像點(diǎn)對(duì)應(yīng)于起始時(shí)刻掃描線的影像縱坐標(biāo)y y，然后代入第一式求出等效的橫坐標(biāo)，最后由多普勒然后代入第一式求出等效的橫坐標(biāo)，最后由多普勒條件方程反算出正確的橫坐標(biāo)。條件方程反算出正確的橫坐標(biāo)。 一是按照距離和多普勒條件成像方程進(jìn)行。一是按照距離和多普勒條件成像方程進(jìn)行。要要么由地面控制點(diǎn)和成像參數(shù)建立校正變換公式；要么由地面控制點(diǎn)和成像參數(shù)建立校正變換公式；要么由數(shù)字高程模型與原始圖像進(jìn)行匹配，建立么由數(shù)字高程模型與原始圖像進(jìn)行匹

9、配，建立DEMDEM與原始圖像間的變換關(guān)系。與原始圖像間的變換關(guān)系。幾何配準(zhǔn)和鑲嵌幾何配準(zhǔn)和鑲嵌5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 幾何配準(zhǔn)幾何配準(zhǔn)是指將同一地區(qū)不同時(shí)刻的圖像或不是指將同一地區(qū)不同時(shí)刻的圖像或不同傳感器的圖像，同傳感器的圖像，“匹配匹配”起來(lái)，以便于利用各自起來(lái)，以便于利用各自的優(yōu)缺點(diǎn)。的優(yōu)缺點(diǎn)。 相對(duì)匹配相對(duì)匹配是指將多圖像通過(guò)幾何變換實(shí)現(xiàn)重疊；是指將多圖像通過(guò)幾何變換實(shí)現(xiàn)重疊； 絕對(duì)匹配絕對(duì)匹配是指將相對(duì)匹配后的圖像納入到某一是指將相對(duì)匹配后的圖像納入到某一統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)。統(tǒng)一的坐標(biāo)系統(tǒng)。 幾何校正是實(shí)現(xiàn)絕對(duì)匹配的有效途徑，多項(xiàng)式幾何校正是實(shí)現(xiàn)絕對(duì)匹配的有效

10、途徑，多項(xiàng)式和共線方程都可以實(shí)現(xiàn)多圖像的幾何匹配。和共線方程都可以實(shí)現(xiàn)多圖像的幾何匹配。幾何配準(zhǔn)和鑲嵌幾何配準(zhǔn)和鑲嵌5.1 5.1 遙感圖像幾何校正遙感圖像幾何校正 圖像鑲嵌圖像鑲嵌是指將不同的圖像文件拼合成一幅完是指將不同的圖像文件拼合成一幅完整的包含感興趣區(qū)域的圖像。整的包含感興趣區(qū)域的圖像。 參與鑲嵌的圖像可以是不同時(shí)間同一傳感器獲參與鑲嵌的圖像可以是不同時(shí)間同一傳感器獲取的，也可以是不同時(shí)間不同傳感器獲取的圖像，取的，也可以是不同時(shí)間不同傳感器獲取的圖像，但同時(shí)要求鑲嵌的圖像之間要有一定的重疊，并校但同時(shí)要求鑲嵌的圖像之間要有一定的重疊，并校正到同一地圖坐標(biāo)系中。正到同一地圖坐標(biāo)系中。

11、 圖像鑲嵌的關(guān)鍵有兩步：圖像鑲嵌的關(guān)鍵有兩步：一是通過(guò)幾何校正將一是通過(guò)幾何校正將多幅圖像拼接在一起；二是通過(guò)圖像處理手段保證多幅圖像拼接在一起；二是通過(guò)圖像處理手段保證拼接后的圖像反差一致，色調(diào)相近，沒(méi)有明顯的接拼接后的圖像反差一致，色調(diào)相近，沒(méi)有明顯的接縫?？p。實(shí)習(xí)內(nèi)容：實(shí)習(xí)內(nèi)容：a、圖像拼接、圖像拼接實(shí)習(xí)目的：實(shí)習(xí)目的：學(xué)會(huì)利用學(xué)會(huì)利用Dataprep模塊對(duì)遙感圖像進(jìn)行拼模塊對(duì)遙感圖像進(jìn)行拼 接處理。接處理。實(shí)習(xí)內(nèi)容：實(shí)習(xí)內(nèi)容：將空間區(qū)域相鄰的三幅將空間區(qū)域相鄰的三幅TM圖像進(jìn)行拼接。圖像進(jìn)行拼接。實(shí)習(xí)步驟：實(shí)習(xí)步驟：1、同時(shí)顯示和觀察多幅圖像、同時(shí)顯示和觀察多幅圖像 啟動(dòng)軟件。在視窗啟

12、動(dòng)軟件。在視窗view#1中點(diǎn)擊中點(diǎn)擊 圖標(biāo)，在打開(kāi)圖標(biāo)，在打開(kāi)的對(duì)話框中選擇的對(duì)話框中選擇“Raster Option”欄，如下圖所示：欄，如下圖所示： 不選擇不選擇“Clear Dispay”, ,勾選勾選“Background Transparent”。然后。然后點(diǎn)擊點(diǎn)擊File，選擇第一幅，選擇第一幅TM圖像，圖像，shixishuju2124036zuhe. tif，點(diǎn)擊點(diǎn)擊OK打開(kāi)。如下圖所示：打開(kāi)。如下圖所示： 繼續(xù)重復(fù)上面的步驟，注意每次都不選擇繼續(xù)重復(fù)上面的步驟，注意每次都不選擇“Clear Dispay”和和勾選勾選“Back ground Transparent”。分別在

13、同一視窗中打開(kāi)。分別在同一視窗中打開(kāi)shi xishuju2124037zuhe. tif和和125036.tif。結(jié)果如下圖所示：。結(jié)果如下圖所示： 124037124036125036 不難看出，不難看出，三景遙感圖像三景遙感圖像存在明顯的重存在明顯的重疊區(qū)域。疊區(qū)域。 在針對(duì)重疊在針對(duì)重疊區(qū)域進(jìn)行研究區(qū)域進(jìn)行研究時(shí)，就需要進(jìn)時(shí)，就需要進(jìn)行圖像拼接處行圖像拼接處理。理。2、啟動(dòng)圖像拼接工具、啟動(dòng)圖像拼接工具 在在ERDAS圖標(biāo)面板工具條中，點(diǎn)擊圖標(biāo)面板工具條中，點(diǎn)擊 圖標(biāo)，在下拉圖標(biāo)，在下拉菜單中選擇菜單中選擇Mosaic ImagesMosaic tool，出現(xiàn)如下對(duì)話，出現(xiàn)如下對(duì)話框。

14、框。選擇選擇EditAdd Images，出現(xiàn)右側(cè)對(duì)話框，分別選擇，出現(xiàn)右側(cè)對(duì)話框，分別選擇12036zuhe. tif、12037zuhe.tif和和125036.tif，依次加載三幅，依次加載三幅TM圖像。結(jié)果如圖像。結(jié)果如下圖所示：下圖所示： 3、拼接參數(shù)設(shè)置、拼接參數(shù)設(shè)置 在左圖中選擇在左圖中選擇EditColor Corrections（右上），出現(xiàn)對(duì)話（右上），出現(xiàn)對(duì)話框（右下），勾選框（右下），勾選Use Histogram Matching并點(diǎn)擊并點(diǎn)擊Set，分別選，分別選擇擇Overlap Areas和和Band by Band，點(diǎn)擊，點(diǎn)擊OK，回到下圖：，回到下圖： 在左圖

15、中選擇在左圖中選擇EditSet Overlap Function（中），出現(xiàn)對(duì)話框（中），出現(xiàn)對(duì)話框（右），勾選（右），勾選Average并點(diǎn)擊并點(diǎn)擊Apply和和Close，再次回到下圖：，再次回到下圖： 在左圖中選擇在左圖中選擇EditOutput Options （中），出現(xiàn)對(duì)話框（右），選擇（中），出現(xiàn)對(duì)話框（右），選擇Union of All Inputs并設(shè)置并設(shè)置X為為50，Y為為50，點(diǎn)，點(diǎn) 擊擊ok，又一次回到下圖。，又一次回到下圖。4、輸出拼接圖像、輸出拼接圖像 在左圖中選擇在左圖中選擇ProcessRun Mosaic（右上），出現(xiàn)對(duì)話框（右上），出現(xiàn)對(duì)話框（右下），確

16、定輸出文件的格式（右下），確定輸出文件的格式（tif）、路徑和名稱(chēng)（）、路徑和名稱(chēng)（pinjie），），點(diǎn)擊點(diǎn)擊ok，輸出圖像（需要約，輸出圖像（需要約3分鐘）。拼接后的圖像如下所示：分鐘）。拼接后的圖像如下所示：概述概述5.2 5.2 遙感圖像輻射校正遙感圖像輻射校正 利用傳感器成像時(shí)，所得到的測(cè)量值與目標(biāo)物利用傳感器成像時(shí)，所得到的測(cè)量值與目標(biāo)物體的反射或發(fā)射正常值不一致，從而造成測(cè)量值失體的反射或發(fā)射正常值不一致，從而造成測(cè)量值失真，導(dǎo)致圖像模糊、分辨率和對(duì)比度下降，這些都真，導(dǎo)致圖像模糊、分辨率和對(duì)比度下降，這些都需要進(jìn)行輻射校正。需要進(jìn)行輻射校正。 一般購(gòu)買(mǎi)到的圖像都是經(jīng)過(guò)輻射校正的

17、，但一般購(gòu)買(mǎi)到的圖像都是經(jīng)過(guò)輻射校正的，但有些圖像仍然存在輻射失真，在實(shí)際問(wèn)題中要根有些圖像仍然存在輻射失真，在實(shí)際問(wèn)題中要根據(jù)問(wèn)題進(jìn)行具體分析。據(jù)問(wèn)題進(jìn)行具體分析。系統(tǒng)輻射校正系統(tǒng)輻射校正5.2 5.2 遙感圖像輻射校正遙感圖像輻射校正 系統(tǒng)輻射畸變系統(tǒng)輻射畸變主要由于傳感器本身產(chǎn)生。由于主要由于傳感器本身產(chǎn)生。由于儀器之間存在差異，以及儀器本身存在誤差，這就儀器之間存在差異，以及儀器本身存在誤差，這就導(dǎo)致了接受圖像不均勻，產(chǎn)生條紋和導(dǎo)致了接受圖像不均勻，產(chǎn)生條紋和“噪聲噪聲”。 包括：包括：1 1、由光學(xué)系統(tǒng)引起的畸變；、由光學(xué)系統(tǒng)引起的畸變； 2 2、由光電轉(zhuǎn)換引起的畸變；、由光電轉(zhuǎn)換引

18、起的畸變； 一般這些畸變?cè)跀?shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中都已經(jīng)由生產(chǎn)一般這些畸變?cè)跀?shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中都已經(jīng)由生產(chǎn)單位做了輻射校正，不需要用戶(hù)自行校正。故而此單位做了輻射校正，不需要用戶(hù)自行校正。故而此處從略。處從略。 系統(tǒng)輻射校正系統(tǒng)輻射校正5.2 5.2 遙感圖像輻射校正遙感圖像輻射校正 系統(tǒng)輻射畸變系統(tǒng)輻射畸變主要由于傳感器本身產(chǎn)生。由于主要由于傳感器本身產(chǎn)生。由于儀器之間存在差異，以及儀器本身存在誤差，這就儀器之間存在差異，以及儀器本身存在誤差，這就導(dǎo)致了接受圖像不均勻，產(chǎn)生條紋和導(dǎo)致了接受圖像不均勻，產(chǎn)生條紋和“噪聲噪聲”。 包括：包括：1 1、由光學(xué)系統(tǒng)引起的畸變；、由光學(xué)系統(tǒng)引起的畸變； 2 2、由光

19、電轉(zhuǎn)換引起的畸變；、由光電轉(zhuǎn)換引起的畸變； 3 3、太陽(yáng)位置引起的畸變；、太陽(yáng)位置引起的畸變； 4 4、地形起伏引起的畸變；、地形起伏引起的畸變； 一般這些畸變?cè)跀?shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中都已經(jīng)由生產(chǎn)一般這些畸變?cè)跀?shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中都已經(jīng)由生產(chǎn)單位做了輻射校正，不需要用戶(hù)自行校正。故而此單位做了輻射校正，不需要用戶(hù)自行校正。故而此處從略。處從略。 大氣輻射校正大氣輻射校正5.2 5.2 遙感圖像輻射校正遙感圖像輻射校正 進(jìn)入大氣的太陽(yáng)輻射會(huì)發(fā)生反射、折射、吸收進(jìn)入大氣的太陽(yáng)輻射會(huì)發(fā)生反射、折射、吸收散射、透射等現(xiàn)象，其中對(duì)傳感器影響最大的是吸散射、透射等現(xiàn)象，其中對(duì)傳感器影響最大的是吸收和散射。收和散射。 其

20、中，相當(dāng)部分的大氣散射光未經(jīng)地物反射，其中，相當(dāng)部分的大氣散射光未經(jīng)地物反射，通過(guò)大氣吸收后，直接進(jìn)入傳感器的輻射，通過(guò)大氣吸收后，直接進(jìn)入傳感器的輻射，稱(chēng)作程稱(chēng)作程輻射，輻射，這種輻射進(jìn)入傳感器的輻射能量影響較大。這種輻射進(jìn)入傳感器的輻射能量影響較大。 主要有兩種方法進(jìn)行校正：主要有兩種方法進(jìn)行校正： 1 1、基于地面場(chǎng)數(shù)據(jù)或輔助數(shù)據(jù)校正、基于地面場(chǎng)數(shù)據(jù)或輔助數(shù)據(jù)校正 在成像同時(shí)，同步獲取成像目標(biāo)的反射率，或在成像同時(shí)，同步獲取成像目標(biāo)的反射率，或通過(guò)預(yù)先設(shè)置已知發(fā)射率的目標(biāo)，把實(shí)況數(shù)據(jù)與圖通過(guò)預(yù)先設(shè)置已知發(fā)射率的目標(biāo)，把實(shí)況數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，來(lái)消除影響。像數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，來(lái)消除影響。

21、大氣輻射校正大氣輻射校正5.2 5.2 遙感圖像輻射校正遙感圖像輻射校正 假定實(shí)況數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)之間為線性關(guān)系：假定實(shí)況數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)之間為線性關(guān)系： 即圖像中每一像元灰度都減去即圖像中每一像元灰度都減去a a，從而獲得校，從而獲得校正后的圖像。此方法僅適用于具有地面實(shí)況數(shù)據(jù)的正后的圖像。此方法僅適用于具有地面實(shí)況數(shù)據(jù)的情形。情形。 大氣輻射校正大氣輻射校正5.2 5.2 遙感圖像輻射校正遙感圖像輻射校正 2 2、利用波段特征進(jìn)行校正、利用波段特征進(jìn)行校正 程輻射程度主要與米氏散射有關(guān)，即散射主要程輻射程度主要與米氏散射有關(guān)，即散射主要發(fā)生在短波波長(zhǎng)，其散射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的增大而減小，發(fā)生在短波波長(zhǎng)，其散射強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的增大而減小，到紅外波段基本已經(jīng)接近于零。到紅外波段基本已經(jīng)接近于零。 根據(jù)這個(gè)原理，可以把紅外波段作為無(wú)散射影根據(jù)這個(gè)原理，可以把紅外波段作為無(wú)散射影響的標(biāo)準(zhǔn)圖像，通過(guò)對(duì)不同波段圖像的對(duì)比分析來(lái)響的標(biāo)準(zhǔn)圖像，通過(guò)對(duì)不同波段圖像的對(duì)