遙感地質(zhì)學(xué)：第三章 遙感成像原理與遙感圖像特征

第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.1遙感平臺(tái)遙感平臺(tái)是搭載傳感器的工具.分為三類:航天平臺(tái),航空平能,地面平臺(tái).本節(jié)簡(jiǎn)單介紹航天平臺(tái),即各種人造衛(wèi)星.第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.1遙感平臺(tái)按照服務(wù)內(nèi)容,航天遙感平臺(tái)分為三個(gè)衛(wèi)星系列:氣象衛(wèi)星系列陸地衛(wèi)星系列海洋衛(wèi)星系列氣象衛(wèi)星系列軌道分為高低兩種,低軌(800-1600km)為太陽(yáng)同步衛(wèi)星,南北向繞地運(yùn)行,每天兩圈;高軌(約36000km)為地球同步衛(wèi)星,由西向東繞地運(yùn)行,每天一圈.用于天氣預(yù)報(bào),氣候研究,環(huán)境監(jiān)測(cè)等.第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.1遙感平臺(tái)陸地衛(wèi)星系列(1)LandSat衛(wèi)星,

太陽(yáng)同步,覆蓋地球周期18天,所獲ETM圖像空間分辨率15m(2)SPOT衛(wèi)星,太陽(yáng)同步,高830km,26天,最好空間分辨率10m(3)中巴地球資源衛(wèi)星(CBERS),太陽(yáng)同步,26天,778m,19.5m(4)高空間分辨率陸地衛(wèi)星(IKONOS-2(美),最好空間分辨率1m第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.1遙感平臺(tái)海洋衛(wèi)星系列SeaSat1,Nimbus-7(美),MOS1(日),ERS-1(歐空局),RADARSAT(加),

太陽(yáng)同步,高軌道,使用微波,用于觀測(cè)海洋,大氣,環(huán)境等第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.1遙感平臺(tái)第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.1遙感平臺(tái)本節(jié)重點(diǎn)(1)重要概念:遙感平臺(tái);(2)陸地衛(wèi)星系列主要有哪些衛(wèi)星第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.2攝影成像攝影機(jī):分幅式攝影機(jī)全景(掃描)攝影機(jī)多光譜攝影機(jī)數(shù)字?jǐn)z影機(jī)一次曝光產(chǎn)生一張像片通過與航向垂直的縫隙(或鏡頭轉(zhuǎn)動(dòng))連續(xù)曝光攝影產(chǎn)生一張大的航帶像片可同時(shí)獲取可見光和近紅外多個(gè)波段的影像用光敏元件而不是感光材料曝光攝影第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.2攝影成像攝影方向分二類垂直攝影:攝影機(jī)主光軸垂直于地面(或近垂直),主要用于航空攝影測(cè)量和制圖.傾斜攝影:攝影機(jī)主光軸偏離垂線3以上.獲取的像片稱傾斜像片.有畸變需校正.像片的投影攝影像片一般都是拍攝對(duì)象的中心投影,而不是垂直投影.第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.2攝影成像中心投影與垂直投影的區(qū)別(1)垂直投影像片大小與投影距離(平臺(tái)高度)無關(guān),比例尺到處一致;

中心投影像片大小及比例尺與攝像機(jī)焦距及投影距離有關(guān)第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.2攝影成像平臺(tái)高則像片小焦距長(zhǎng)則像片大(2)當(dāng)投影面傾斜時(shí),垂直投影像片只表現(xiàn)為比例尺有所放大;

中心投影像片比例尺畸變,各點(diǎn)比例關(guān)系不保持原樣第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.2攝影成像中心投影與垂直投影的區(qū)別oa和ob不等距oa和ob等距(3)當(dāng)?shù)匦斡衅鸱鼤r(shí),垂直投影像片上的點(diǎn)沒有水平方向的位移中心投影像片上的點(diǎn)發(fā)生水平位移第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.2攝影成像中心投影與垂直投影的區(qū)別若地形高于基準(zhǔn)面,像點(diǎn)向離開像主點(diǎn)方向位移若地形低于基準(zhǔn)面,像點(diǎn)向像主點(diǎn)方向位移位移情況:a0--a;b0--b中心投影的透視規(guī)律在中心投影的像片上,各種物體的形狀及位置不同,其變形情況也不同,了解這些變形的規(guī)律性對(duì)于像片解譯是必要的.(1)點(diǎn)的投影仍是點(diǎn);(2)位于同一投影線上的多個(gè)點(diǎn)投影成一點(diǎn);(3)與像面平行的直線,投影為一直線;(4)與投影線方向一致的直線,投影為一點(diǎn);第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.2攝影成像(5)與像面斜交或垂直且不與投影線方向一致的直線,投影為縮短的直線,越近中心越短.(6)平面上曲線投影為曲線,形狀不畸變;(7)水平面狀物體投影為面狀,形狀不畸變;(8)垂直面若位于投影中心處,投影為直線;若不是位于中心處,投影為面,畸變;(9)傾斜面狀物體投影后形狀復(fù)雜,取決于邊線的位置和形狀第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.2攝影成像中心投影的透視規(guī)律像片的平均比例尺像片比例尺是指像片上兩點(diǎn)距離與地面上相應(yīng)兩點(diǎn)的實(shí)際距離的比值.比例尺計(jì)算公式: 1/m=f/H其中f為攝影機(jī)焦距H為攝影高度(航高).由于忽略了地形,故為平均比例尺.第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.2攝影成像如果不知道參數(shù)f和H,但可在像片中找到實(shí)際距離AB已知的兩點(diǎn),則可量取像片上該兩點(diǎn)的距離ab,從而算出比例尺: 1/m=ab/AB注意ab和AB的單位要統(tǒng)一.以上兩種方法適于較小的像片并且地形較平坦的情況.實(shí)際上中心投影像片中心和邊部的比例尺是不同的.第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.2攝影成像像片的平均比例尺像點(diǎn)位移像點(diǎn)位移是指由于實(shí)際地形的起伏引起的像片上點(diǎn)位置的移動(dòng).某一點(diǎn)上移動(dòng)量的大小,是該點(diǎn)的垂直投影與中心投影在同一水平面上的“投影誤差”,用表示.第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.2攝影成像根據(jù)相似三角形關(guān)系,可以推得Saa0oA0AA1OhHf像平面=hr/H其中,h為地面高差;r為像點(diǎn)到像主點(diǎn)的距離;H為平臺(tái)高度第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.2攝影成像像點(diǎn)位移r=hr/H表現(xiàn)了以下規(guī)律性:(1)位移量與地面高差h成正比.當(dāng)h為負(fù)(地形低洼),位移量為負(fù),表示向像主點(diǎn)方向位移;h為正向離開像主點(diǎn)方向位移.(2)位移量與像點(diǎn)到像主點(diǎn)距離r成正比,越邊上的點(diǎn)位移越大.(3)位移量與平臺(tái)高度成反比,所以衛(wèi)星照片的像點(diǎn)位移常很小.像點(diǎn)位移公式第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.2攝影成像像點(diǎn)位移=hr/H=1000m9cm/700km=10001009/(7001000100)(cm)=9/700(cm)=0.013cm設(shè)地球衛(wèi)星軌道高度H=700km,該衛(wèi)星所拍像片大小1818cm,像片邊部某處地面實(shí)際高差1000m.計(jì)算該點(diǎn)的像點(diǎn)位移量.例題第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.2攝影成像像點(diǎn)位移第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.2攝影成像本節(jié)重點(diǎn)(1)重要概念:垂直攝影和傾斜攝影;中心投影和垂直投影;像片的平均比例尺;像點(diǎn)位移(2)中心投影的透視規(guī)律;(3)像片的平均比例尺計(jì)算方法;(4)像點(diǎn)位移規(guī)律及計(jì)算方法3.3掃描成像該部分請(qǐng)自學(xué),閱讀教材第67-71頁(yè)第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.4微波遙感與成像微波是波長(zhǎng)為1mm到1m的電磁波.微波遙感是通過微波傳感器獲取目標(biāo)地物的微波輻射經(jīng)分析處理而識(shí)別地物的技術(shù).第三章遙感成像原理與遙感圖像特征微波遙感的特點(diǎn)(1)可以全天候全天時(shí)工作.微波的波長(zhǎng)較可見可和紅外線大,幾乎不受云霧的散射影響.(瑞利散射強(qiáng)度與波長(zhǎng)四次方成反比).(2)微波波譜對(duì)某些地物來說特征明顯,特別是很好區(qū)分水和冰(在微波波段兩者的比輻射率懸殊,分別為0.4和0.99)第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.4微波遙感(3)對(duì)冰,雪,森林,土壤等有一定穿透能力.因此可用于探測(cè)隱蔽的目標(biāo).趨膚深度:電磁波衰減(振幅減小)1/e倍(約37%)的穿透深度稱為趨膚深度(H):H=5.310-31/2-1其中,

地物介電常數(shù);地物導(dǎo)電率第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.4微波遙感微波遙感的特點(diǎn)單位:m(4)對(duì)海洋遙感具有特殊意義.微波對(duì)海水海風(fēng)等的變化敏感(5)分辨率較低.第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.4微波遙感微波遙感的特點(diǎn)微波遙感的傳感器(1)雷達(dá)(無線電測(cè)距和定位)雷達(dá)是由發(fā)射機(jī)通過天線在很短時(shí)間內(nèi)向目標(biāo)物發(fā)射一束大功率電磁波脈沖,然后用同一天線接收目標(biāo)物體反射的回波的一種傳感器.利用從發(fā)射到接收到回波的時(shí)間差,可計(jì)算物體距離(已知波速為光速).第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.4微波遙感雷達(dá)可用于測(cè)定運(yùn)動(dòng)物體的速度,是利用“多譜勒效應(yīng)”:反射波的頻率變化與其運(yùn)動(dòng)速度成正比.不同地物對(duì)微波反射的能力不同,這是微波雷達(dá)識(shí)別地物的根據(jù).微波在與傳播方向垂直的不同方向上,電場(chǎng)振動(dòng)的振幅不同,稱極化現(xiàn)象.極化在微波雷達(dá)中應(yīng)有很廣.第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.4微波遙感微波遙感的傳感器(1)雷達(dá)按工作波長(zhǎng):多為微波,也有紅外雷達(dá)等.雷達(dá)分類:按工作方式:雷達(dá)成像雷達(dá)非成像雷達(dá)真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)合成孔徑側(cè)視雷達(dá)第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.4微波遙感微波遙感的傳感器(1)雷達(dá)真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)脈沖寬度發(fā)一個(gè)脈沖,陸續(xù)收到一連串回射,而且回射的特性隨地物不同而異飛行方向第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.4微波遙感微波遙感的傳感器(1)雷達(dá)側(cè)視雷達(dá)的兩種分辨力距離分辨力Pg(單位m)Pg=0.5ccos其中,為脈沖寬度(時(shí)間);

c為波速;

為俯角例:設(shè)俯角50,脈沖寬度0.1s,則距離分辨力Pg=0.50.110-6(s)2.898108(m/s)/cos50=0.50.12.988/0.642788100=23.2m第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.4微波遙感微波遙感的傳感器(1)雷達(dá)方位分辨力Pa(單位m)(飛行方向上的分辨力)Pa=(/D)R其中,為脈沖微波波長(zhǎng);D為雷達(dá)天線孔徑;R為距目標(biāo)地物的距離例:設(shè)衛(wèi)星天線孔徑D=4m,波長(zhǎng)=3cm,距目標(biāo)地物200km,則方位分辨力Pg=[310-2(m)/4(m)]200103(m)=1500m若要求方位分辨率達(dá)到3m,則天線孔徑需2000m.(這是不可能的)第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.4微波遙感側(cè)視雷達(dá)的兩種分辨力合成孔徑側(cè)視雷達(dá)由于真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)的方位分辨力低,發(fā)展了合成孔徑側(cè)視雷達(dá).合成孔徑側(cè)視雷達(dá)用排成一線的多個(gè)天線代替一個(gè)接收天線,然后合成多個(gè)接收天線的信號(hào),從而得到較好的方位分辨率.第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.4微波遙感側(cè)視雷達(dá)的兩種分辨力第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.4微波遙感本節(jié)重點(diǎn)(1)微波遙感的概念及其特點(diǎn).(2)趨膚深度;(3)什么是雷達(dá);雷達(dá)的種類;(4)側(cè)視雷達(dá)的方位分辨力和距離分辨力的概念及計(jì)算公式第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.5遙感圖像的特征通過遙感,人們要獲取三方面信息(1)目標(biāo)地物的形狀,大小和空間分布;(2)目標(biāo)地物的屬性;(3)目標(biāo)地物的動(dòng)態(tài)變化.因此,遙感圖像的特征有三個(gè)方面是重要的,即幾何特征,物理特征,時(shí)間特征這三方面特征表現(xiàn)為四個(gè)技術(shù)參數(shù),即:空間分辨率,光譜分辨率,輻射分辨率,時(shí)間分辨率第三章遙感成像原理與遙感圖像特征遙感圖像的空間分辨率是指像元(Pixel)所代表的地面面積大小,或像片能分辨的地面物體的最小尺寸.尺寸越小,分辨率越高.LandSatTM的1-5波段和第7波段的圖像,每個(gè)像素代表地面28.5m

28.5m,即空間分辨率為28.5m,也可粗略地說空間分辨率為30m第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.5遙感圖像的特征第三章遙感成像原理與遙感圖像特征遙感圖像的空間分辨率對(duì)于攝影成像的圖像,空間分辨率Rg取決于膠片分辨率和鏡頭分辨率所構(gòu)成的系統(tǒng)分辨率Rs,還取決于攝影機(jī)焦距f及航高H:第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.5遙感圖像的特征RsfHRg=式中,Rs的單位為線對(duì)/mm(每毫米可分辨的線條數(shù));f的單位為mm,H的單位為m第三章遙感成像原理與遙感圖像特征遙感圖像的空間分辨率例:設(shè)攝影機(jī)焦距f=152mm,航高H=6000m,系統(tǒng)分辨率Rs=40線對(duì)/mm,則圖像的地面分辨率為:

=40152/6000=1線對(duì)/m第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.5遙感圖像的特征RsfHRg=或=2線/m(1線對(duì)=兩條線)或=0.5m每米可區(qū)分兩條線,即每條可區(qū)分的線占半米,即分辨率為半米.第三章遙感成像原理與遙感圖像特征遙感圖像的空間分辨率空間分辨率是遙感信號(hào)(主要是圖像)的重要技術(shù)參數(shù).不同目的的研究,對(duì)空間分別率要求不同,如果達(dá)不到該要求,遙感就不能取得應(yīng)有的效果.例如,大比例尺的環(huán)境研究及工程建設(shè)需要空間分辨率達(dá)到10m或更高;大規(guī)?；蛉颦h(huán)境研究(如海洋洋流),空間分辯率達(dá)到數(shù)百米就可以了.第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.5遙感圖像的特征第三章遙感成像原理與遙感圖像特征遙感圖像的波譜分辨率是指?jìng)鞲衅髟诮邮漳繕?biāo)輻射時(shí)能分辯出的最小波長(zhǎng)間隔.間隔越小,波譜分辨率越高.波譜分辨率對(duì)于地物識(shí)別具有重要作用.千變?nèi)f化的不同地物,其輻射特征常在某些較窄的波長(zhǎng)間隔內(nèi)有區(qū)別,為了捕捉這些不同特征從而區(qū)分地物,就需要有較高的波譜分辨率.第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.5遙感圖像的特征例如,在波譜分辨率達(dá)到16nm或更高時(shí),可以識(shí)別出水鋁礦在1.2m處的雙谷波譜特征,從而可將該礦物與其它物體相區(qū)別.但在波譜分辨率低到32nm或更低時(shí),不能識(shí)別該礦物.第三章遙感成像原理與遙感圖像特征遙感圖像的輻射分辨率是指?jìng)鞲衅髟诮邮漳繕?biāo)輻射時(shí)能分辯出的最小輻射能量差.該能量差越小,輻射分辨率越高.輻射分辨率在遙感圖像上表現(xiàn)為像元的輻射量化分級(jí).輻射分辨率越高分級(jí)越細(xì),圖像質(zhì)量越高.在相同的溫度和波長(zhǎng)條件下,輻射分辨率越高,越能夠區(qū)別不同目標(biāo)物輻射能量的差別,因而有利于識(shí)別地物.第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.5遙感圖像的特征第三章遙感成像原理與遙感圖像特征遙感圖像的時(shí)間分辨率是指對(duì)同一地點(diǎn)進(jìn)行遙感采樣的時(shí)間間隔,即采樣的時(shí)間頻率.也稱重訪周期.時(shí)間分辨率隨遙感平臺(tái)不同而異.地球同步衛(wèi)星的時(shí)間分辨率一般為1次/0.5小時(shí);太陽(yáng)同步衛(wèi)星為2次/天;LandSat1次/16天;CBERS為1次/26天.有的衛(wèi)星有不定重訪周期.第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.5遙感圖像的特征遙感數(shù)據(jù)的時(shí)間分辨率較高,才能更好地用于對(duì)目標(biāo)動(dòng)態(tài)變化的研究.第三章遙感成像原理與遙感圖像特征3.5遙感圖像的特征本節(jié)重點(diǎn)遙感圖像的空間分辨率,光譜分辨率,輻射分辨率,時(shí)間分辨率的概念及意義4.1光學(xué)原理與光學(xué)處理第四章遙感圖像處理顏色的性質(zhì)物體(光源)的顏色是物體(光源)反射(或發(fā)射)了特定波長(zhǎng)的光線而吸收了(或未發(fā)射)其它波長(zhǎng)的光線,被人眼感覺后所產(chǎn)生的結(jié)果.

例如,波長(zhǎng)為0.62-0.72m為紅色,0.5-0.56m為綠色,等等.第四章遙感圖像處理

4.1光學(xué)原理與光學(xué)處理

顏色的性質(zhì)物體或光源的顏色可以用以下三個(gè)性質(zhì)描述:明度:是人眼對(duì)光源或物體明亮程度的感覺.(與輻射亮度概念不同,但有聯(lián)系).色調(diào):指光源或物體的主要的或有區(qū)分性的色彩.相當(dāng)于混合波段的波長(zhǎng)眾值.飽和度:色指彩純潔的程度.或相當(dāng)于波長(zhǎng)區(qū)間的寬度,越窄飽和度越高.第四章遙感圖像處理

4.1光學(xué)原理與光學(xué)處理任何物體的顏都可以用明度,色調(diào)和飽和度三個(gè)指標(biāo)來描述.為了形象表示顏色各性質(zhì)之間的關(guān)系,可用顏色立體.顏色立體是一個(gè)三維坐標(biāo)系,任一種顏色是該坐標(biāo)系中的一點(diǎn).顏色立體第四章遙感圖像處理

4.1光學(xué)原理與光學(xué)處理是一個(gè)變形的橢球體.是一種更符合實(shí)際和更標(biāo)準(zhǔn)化的顏色立體.它也是一個(gè)三維坐標(biāo)系,任一種顏色是坐標(biāo)系中的一點(diǎn).孟賽爾顏色立體明度0-10色調(diào)50種飽和度與色調(diào)有關(guān),故非正圓顏色標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)第四章遙感圖像處理

4.1光學(xué)原理與光學(xué)處理不同顏色相互混合可產(chǎn)生新的顏色,有一定規(guī)律,符合顏色相加原理.先看一些有關(guān)概念.顏色相加原理互補(bǔ)色:

若兩種顏色混合可產(chǎn)生白色或灰色,則這兩種顏色叫做互補(bǔ)色.如黃和藍(lán)是互補(bǔ)色;綠和品紅也是互補(bǔ)色,等等.第四章遙感圖像處理

4.1光學(xué)原理與光學(xué)處理顏色相加原理三原色(三基色):

若三種顏色,其中任一種都不能由另兩種混合而成,而這三種顏色按不同比例混合可產(chǎn)生任何其它顏色,則這三種顏色叫做三原色.實(shí)驗(yàn)證明,紅,綠,藍(lán)三種顏色是最優(yōu)的三原色.第四章遙感圖像處理

4.1光學(xué)原理與光學(xué)處理顏色相加原理顏色相加原理:任何一種顏色都可由三原色按特定比例相加而得到.第四章遙感圖像處理

4.1光學(xué)原理與光學(xué)處理顏色相加原理色度圖:用光譜來解釋和表示顏色混合基本規(guī)律.比顏色立體圖更深刻地揭示顏色相加的物理規(guī)律.橫坐標(biāo)為紅基色比例綠基色比例與C點(diǎn)連線的長(zhǎng)度為飽和度白光色調(diào)曲線馬蹄形內(nèi)的顏色有對(duì)應(yīng)波長(zhǎng);外無(只由視覺引起)m和n為互補(bǔ)色K為M和N按比例相加

該點(diǎn)顏色無對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)

世界上沒有該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的顏色CIE(國(guó)際照明委員會(huì))1931色度圖第四章遙感圖像處理

4.1光學(xué)原理與光學(xué)處理顏色相加原理色度圖與現(xiàn)實(shí)生活(引自中學(xué)教材)第四章遙感圖像處理

4.1光學(xué)原理與光學(xué)處理顏色相減原理:白色光通過某種顏色的濾光片后,該顏色的補(bǔ)色被濾光片吸收.通過逐次吸掉某種色光可以獲得特定的顏色.黃片濾去藍(lán)光青片濾去紅光剩下綠光品紅片吸綠青片吸紅剩藍(lán)第四章遙感圖像處理

4.1光學(xué)原理與光學(xué)處理光學(xué)處理用光學(xué)方法處理遙感影像,使其有用信息更加突出,更適于目視判讀,是遙感數(shù)據(jù)處理的重要方法之一,

在過去是常用方法.

但隨著數(shù)字圖像的大量產(chǎn)生和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,遙感圖像的計(jì)算機(jī)處理已成為主流,光學(xué)處理的使用者越來越少.因此該節(jié)省略.第四章遙感圖像處理

4.1光學(xué)原理與光學(xué)處理本節(jié)重點(diǎn)重要概念:顏色;明度;飽和度,色調(diào);顏色立體;孟賽爾顏色立體;互補(bǔ)色;三原色;色度圖及其讀法;顏色相加原理;顏色相減原理第四章遙感圖像處理數(shù)字圖像是指能夠被計(jì)算機(jī)存貯,處理和使用的圖像.用攝影機(jī)和感光膠片得到的,或打印機(jī)打出的圖像為光學(xué)圖像,或模擬圖像.

光學(xué)圖像可以經(jīng)一定方法變?yōu)閿?shù)字圖像,該過程叫做數(shù)字化.4.2數(shù)字圖像校正數(shù)字圖像D/A轉(zhuǎn)換或A/D轉(zhuǎn)換:是指數(shù)字圖像與光學(xué)(模擬)圖像之間的互相變換.(Digital/Analogue)第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正

數(shù)字圖像光學(xué)圖像在每個(gè)像素或稱像元(如膠片的銀粒)上是一個(gè)模擬量,而數(shù)字圖像在每個(gè)像元上是一個(gè)數(shù)字量.前者是連續(xù)的,后者是離散的.二者可相互變換,稱為D/A轉(zhuǎn)換或A/D轉(zhuǎn)換.A/D轉(zhuǎn)換的過程是將模擬圖像的連續(xù)像元值離散化和量化.例如,將一張黑白照片的連續(xù)灰度分為多個(gè)級(jí)別,如256個(gè),每個(gè)級(jí)別用一個(gè)數(shù)表示(如0-255,0表示黑色,255表示白色,其它值為不同深度的灰色),從而該像片的每個(gè)像元都用一個(gè)數(shù)量表示灰度,所有像元的灰度級(jí)別值構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)表或矩陣,其行列與原圖像的像元排列一致.該數(shù)據(jù)矩陣代表了一張數(shù)字圖像.第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正

數(shù)字圖像數(shù)字圖像在計(jì)算機(jī)中的存貯:

完全黑白圖像每一位可存一個(gè)像元,0表示黑,1表示白;灰度圖度圖像的像元值用字節(jié)型變量存貯,其值為0-255;真彩色圖像3-4字節(jié)/像元.數(shù)字遙感圖像常需要很大的存貯空間.例如,一景LandSatTM圖像7個(gè)波段,每波段61662像元,每像元用1字節(jié),共需252M的存貯空間.故近年各種圖像壓縮技術(shù)發(fā)展很快.第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正

數(shù)字圖像66像元的數(shù)字圖像對(duì)應(yīng)的灰度圖像250150150100701002501501501007010080140140822554909090110828290909011082821254254251120253該數(shù)字圖像的直方圖(示意)像元頻率亮度值1254第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正

數(shù)字圖像第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正數(shù)字圖像的像元亮度值是傳感器接收到的輻射強(qiáng)度的反映.在實(shí)際遙感測(cè)量中,進(jìn)入傳感器的輻射強(qiáng)度不僅取決于太陽(yáng)對(duì)目標(biāo)地物的輻射強(qiáng)度和地物的反射率,而且還受到儀器誤差和大氣影響.儀器誤差和大氣影響使輻射信號(hào)發(fā)生畸變,增加噪聲,降低圖像質(zhì)量,稱為圖像的輻射畸變.輻射校正是指消除輻射畸變,提高圖像質(zhì)量的過程.輻射校正第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正輻射校正在輻射校正中,儀器誤差的校正一般由數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位根據(jù)傳感器參數(shù)來完成;數(shù)據(jù)的用戶只需考慮大氣影響引起的畸變的校正.大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的影響:反射,折射,吸收,散射.第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正輻射校正(1)吸收減弱信號(hào);(2)散射減弱信號(hào);(3)散射直接或通過反射進(jìn)入傳感器(稱為程輻射),增加噪聲.以上三種作用降低圖像對(duì)比度.大氣影響降低對(duì)比度,“不再黑白分明”吸收,散射,減10%程輻射進(jìn)入,全加10%第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正輻射校正粗略輻射校正方法大氣影響非常復(fù)雜,精確輻射校正困難很大甚至不可能,所以常采用一些簡(jiǎn)單的粗略校正方法.主要有如下兩種:直方圖最小值去除法回歸分析法第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正輻射校正(直方圖)最小值去除法

步驟:對(duì)于某一波段:(1)確定圖像中是否有反射亮度或輻射亮度應(yīng)為0的地段.如有即可用該法校正,如無則該法不能用.“亮度應(yīng)為0”的地區(qū)如高山的陰影區(qū).(2)找到圖像內(nèi)最小的反射亮度或輻射亮度值vmin.(3)圖像內(nèi)所有像元的亮度值都減去vmin.(完成)第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正輻射校正回歸分析法:用一個(gè)受程輻射影響小的波段的數(shù)據(jù)對(duì)另一個(gè)波段的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正.由于瑞利散射和米氏散射的強(qiáng)度分別與波長(zhǎng)的4次方和2次方成反比,所以波長(zhǎng)大的波段如紅外波段,受程輻射影響小.所以?？捎眉t外波段數(shù)據(jù)對(duì)可見光數(shù)據(jù)進(jìn)行校正.第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正輻射校正回歸分析法步驟:在一個(gè)圖像中:以一個(gè)受程輻射影響小的波段a的亮度La為自變量,以另一波段b亮度Lb為因變量,進(jìn)行一元線性回歸分析,如果兩波段相關(guān)性較好,則可得到回歸方程: Lb=La+常數(shù)是波段a亮度為0處,波段b的亮度,可認(rèn)為由程輻射引起.將圖像中波段b的所有像元的亮度值都減去,即完成校正.第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正輻射校正每一點(diǎn)代表一個(gè)像元回歸值線:Lb=La+如果在某一像場(chǎng)中存在亮度值為零的目標(biāo)地物，地物是平靜清潔的水面或地形陰影區(qū)，則任一波段亮度值都應(yīng)為零。所以只要對(duì)選擇區(qū)域內(nèi)波段的圖像進(jìn)行灰度統(tǒng)計(jì)給出其直方圖，則直方圖上頻率最小的灰度值就是大氣改正值。大氣校正就是移動(dòng)直方圖的最小值至零值位置。調(diào)整前直方圖調(diào)整后直方圖第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正輻射校正地形坡度輻射誤差校正太陽(yáng)光線和地表作用以后再反射到傳感器的太陽(yáng)光的輻射亮度和地面傾斜度有關(guān)。若處在坡度為α的傾斜面上的地物影像為g（x，y），則校正后的圖像f（x，y）為：由上式看出，地形坡度引起的輻射校正方法需要有圖像對(duì)應(yīng)地區(qū)的DEM數(shù)據(jù)，校正較為麻煩，一般情況下對(duì)地形坡度引起的誤差不做校正。第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正輻射校正第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正大氣傳輸模型地面目標(biāo)反射率與傳感器入瞳處反射率的關(guān)系可由下面的方程表示:其中,ρ為地表反射率,ρΤ(θS,θv,<S,<v)為大氣上界反射率,θS為太陽(yáng)天頂角,S為太陽(yáng)方位角,θv為傳感器天頂,v為傳感器方位角,Tg(θS,θv)為大氣透過率,T(θS)為太陽(yáng)-目標(biāo)大氣路徑透過率,T(θv)為目標(biāo)-傳感器大氣路徑透過率,ρR+a為分子散射和氣溶膠散射所構(gòu)成的路徑輻射反射率,S為大氣半球反射率。該式是大氣糾正的近似經(jīng)驗(yàn)公式,也是6S程序的基本方程。要得到地面目標(biāo)反射率,必須知道式上頁(yè)中的6個(gè)參數(shù)。星上反射率ρT可以通過下式求得:

其中,θs為太陽(yáng)天頂角,D為儒略歷(Julian)日期,這兩個(gè)參數(shù)可由數(shù)據(jù)頭文件讀出。L(λ)為入瞳輻、亮度,Esun為外大氣層太陽(yáng)輻照度。入瞳輻亮度L(λ)與影像DN值之間具有如下關(guān)系:第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正大氣傳輸模型其中,Lmax(λ)和Lmin(λ)分別為DN值為255和0時(shí)的光譜輻亮度,Lmax(λ)、Lmin(λ)和Esun見表1。根據(jù)前面的公式即可求得大氣上界反射率ρT。第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正大氣傳輸模型lmin=[-6.2,-6.4,-5.0,-5.1,-1.0,0,-0.35]

lmax=[191.6,196.5,152.9,157.4,31.06,12.65,10.80]

qcalmax=255

qcalmin=1

etmirradiance=[1969,1840,1551,1044,225.7,0,82.07]

k1_etm=666.09

k2_etm=1282.71for

i=7,13

do

begin

data

=

ENVI_GET_DATA(fid=fid,

dims=dims,

pos=i)

rad_data=((lmax(i-7)-lmin(i-7))/(qcalmax-qcalmin))*(data-qcalmin)+lmin(i-7)if

i

eq

12

then

rad_data=0.301*k2_etm/alog10(1+k1_etm/rad_data)

rad_data=(data

gt

0)*rad_data

if

flagrad

eq

1

then

begin

out_name_rad=fname+’_b’+strtrim(string(i+1),2)+’_radiance’

ENVI_WRITE_ENVI_FILE,

rad_data,

out_name=out_name_rad,

map_info=map_info,

r_fid=fid_e

fidrad[i]=fid_e

endif

ref_data=3.14159265*rad_data*aulist.field001(day_etm-1)*aulist.field001(day_etm-1)/(cos(sunangle_etm*3.14159265/180)*etmirradiance(i-7))

if

i

eq

12

then

ref_data=rad_data

ref_data=(data

gt

0)*ref_data

out_name_ref=fname+’_b’+strtrim(string(i+1),2)+’_reflectance’

ENVI_WRITE_ENVI_FILE,

ref_data,

out_name=out_name_ref,

map_info=map_info,

r_fid=fid_f

fidref[i]=fid_f

endfor第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正大氣傳輸模型第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正遙感圖像的整體或局部的移動(dòng),擴(kuò)大,縮小,旋轉(zhuǎn),扭曲等,造成失真或圖像比例尺的不一致,稱為幾何畸變.引起幾何畸變的原因是多方面的:(1)遙感平臺(tái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化:航高,航速,俯仰,翻滾,偏航等.幾何校正第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正幾何校正遙感平臺(tái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化引起圖像的幾何畸變平臺(tái)升高比例尺將變小,降低變大速度快,掃描帶超前,圖像向前錯(cuò)位平臺(tái)前后傾斜引起圖像前后移位平臺(tái)左右傾斜引起圖像前左右移位平臺(tái)航向變化引起圖像轉(zhuǎn)動(dòng)引起幾何畸變的原因:(2)地表起伏:引起像點(diǎn)位移(見3.2節(jié)-攝影成像-像點(diǎn)位移).(3)地球表面曲率:引起像點(diǎn)位移,同時(shí)引起像元對(duì)應(yīng)于地面寬度不等(距離圖像中心越遠(yuǎn),每像元代表的實(shí)際寬度越大即比例尺越小)第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正幾何校正地球表面曲率引起幾何畸變當(dāng)傳感器掃描角度較大時(shí),地球表面曲率引起圖像邊緣的壓縮,直線形景物在圖像中會(huì)顯示為S形,這種現(xiàn)象稱“全景畸變”,如下頁(yè)圖像點(diǎn)位移地面曲率引起邊緣壓縮即邊部比例尺變小可用像點(diǎn)位移來解釋:邊部的像點(diǎn)向像主點(diǎn)方向位移.引起幾何畸變的原因:(4)大氣折射:大氣密度隨高度而變化,折射率向上變小,輻射傳播路徑因折射而呈曲線,引起像點(diǎn)位移(見上頁(yè)圖)

(5)地球自轉(zhuǎn):如衛(wèi)星自北向南運(yùn)動(dòng),地球自轉(zhuǎn)由西向東,所以會(huì)引起影像的南端向西偏移(見上頁(yè)圖)第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正幾何校正幾何校正(糾正)的方法(1)根據(jù)遙感平臺(tái)參數(shù)進(jìn)行幾何校正,由數(shù)據(jù)生產(chǎn)部門進(jìn)行.

(2)基于控制點(diǎn)的曲面擬合校正方法:是常用的方法,以下重點(diǎn)介紹.第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正幾何校正基于控制點(diǎn)的曲面擬合校正方法思路:控制點(diǎn)是用于圖像幾何校正的、實(shí)際坐標(biāo)和圖像坐標(biāo)都已知的點(diǎn).通過選擇一批控制點(diǎn),用其已知的坐標(biāo)數(shù)據(jù),用最小二乘法原理,建立起原圖像坐標(biāo)與校正后坐標(biāo)(即附合實(shí)際的圖像坐標(biāo))之間的關(guān)系式.利用該關(guān)系式,算出原圖像每個(gè)像元所對(duì)應(yīng)的新坐標(biāo),然后計(jì)算每個(gè)新坐標(biāo)所對(duì)應(yīng)的亮度值,從而完成校正.第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正幾何校正方法:設(shè)選擇了N個(gè)控制點(diǎn),其坐標(biāo)數(shù)據(jù)為:應(yīng)有的圖像坐標(biāo)(即校正后符合實(shí)際的坐標(biāo)):X=(x1,x2,…,xN)TY=(y1,y2,…,yN)T畸變圖像坐標(biāo)(即校正前的圖像坐標(biāo)):U=(u1,u2,…,uN)TV=(v1,v2,…,vN)T第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正幾何校正兩組坐標(biāo)的關(guān)系模型設(shè)為二元二次方程組:x=a00+a10u+a01v+a11uv+a20u2+a02v2離差平方和為:y=b00+b10u+b01v+b11uv+b20u2+b02v2Qx=i=1-N(x-xi)2=i=1-N(a00+a10u+a01v+a11uv+a20u2+a02v2-xi)2Qy=i=1-N(y-yi)2=i=1-N(b00+b10u+b01v+b11uv+b20u2+b02v2-yi)2第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正幾何校正令離差平方和對(duì)于各系數(shù)(共12個(gè))的偏導(dǎo)數(shù)為0:Qx/

a00=0Qx/

a10=0…Qy/

b10=0…Qy/

b02=0共12個(gè)方程,可解出12個(gè)未知數(shù)aij,bij.展開,化簡(jiǎn)得(下頁(yè)):第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正幾何校正正規(guī)方程組:以x為主的方程6個(gè):a001+a10ui+a01vi+a11ui

vi+a20ui

2+a02vi

2=xi

a00ui+a10ui

2+a01ui

vi+a11ui

2vi+a20ui

3+a02ui

vi

2=xiuia00vi+a10ui

vi+a01ui

2+a11ui

vi

2+a20ui

2vi+a02vi

3=xivia00ui

vi+a10ui

2

vi+a01ui

vi

2+a11ui

2

vi

2+a20ui

3vi+a02ui

vi

3=xiuivia00ui

2

+a10ui

3+a01ui

2

vi+a11ui

3

vi+a20ui

4+a02ui

2

vi

2=xiui2a00vi

2

+a10ui

vi

3+a01vi

3+a11ui

vi

3+a20ui

2vi

2+a02vi

4=xivi2寫為矩陣形式:AU1=B1類似地以Y為主的方程組6個(gè),其矩陣形式:AU2=B2其中各矩陣為(下頁(yè)):第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正幾何校正1ui

vi

ui

vi

ui

2

vi

2ui

ui

2

ui

vi

ui

2vi

ui

3ui

vi

2vi

ui

vi

ui

2

ui

vi

2

ui

2vi

vi

3ui

vi

ui

2

vi

ui

vi

2

ui

2

vi

2

ui

3vi

ui

vi

3ui

2

ui

3

ui

2

vi

ui

3

vi

ui

4

ui

2

vi

2vi

2

ui

vi

3

vi

3

ui

vi

3

ui

2vi

2

vi

4U1=(a00,a10,a01,a11,a20,a02)TA=U2=(b00,b10,b01,b11,b20,b02)TB1=(xi

,xiui,xivi,xiui

vi,xiui

2,xivi

2)TB2=(yi

,yiui,yivi,yiui

vi,yiui

2,yxivi

2)T第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正幾何校正根據(jù)坐標(biāo)關(guān)系模型,計(jì)算對(duì)應(yīng)于校正后圖像每一點(diǎn)(u,v)的原圖像坐標(biāo)點(diǎn)(x,y).(x,y)一般不再是整數(shù).然后計(jì)算(x,y)上的像元值(亮度),并賦予(u,v).計(jì)算(x,y)上的像元值常用方法有最近鄰法,雙線性內(nèi)插法,三次卷積法等.第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正幾何校正最近鄰法:欲求與點(diǎn)(x,y)相距最近的點(diǎn)(k,l),只需用以下公式:

k=integer(x+0.5)

l=integer(y+0.5)然后讀出(k,l)的亮度值,賦予(u,v).該法簡(jiǎn)單但不夠精確.第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正幾何校正雙線性內(nèi)插法:在點(diǎn)(x,y)四周找到4個(gè)相鄰的點(diǎn),然后在這4點(diǎn)亮度之間進(jìn)行兩次線性內(nèi)插,可得到點(diǎn)(x,y)處的亮度值,賦予(u,v).找4個(gè)相鄰點(diǎn)時(shí),只需取整即可找到左上角的點(diǎn)(i,j):i=integer(x)j=integer(y)該法簡(jiǎn)單但不夠精確.該法不簡(jiǎn)單但較精確.第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正幾何校正三次卷積法:在點(diǎn)(x,y)四周找到16個(gè)相鄰的點(diǎn),然后在這16點(diǎn)亮度之間,分別在x和y方向內(nèi)插4次,可得到點(diǎn)(x,y)處的亮度值,賦予(u,v).該法計(jì)算較復(fù)雜,從略.第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正幾何校正控制點(diǎn)選擇時(shí)的注意事項(xiàng)(1)控制點(diǎn)應(yīng)為圖面上易分辨,較精細(xì)的特征點(diǎn),如道路交叉點(diǎn),河流彎曲點(diǎn),飛機(jī)場(chǎng)等;(2)特征變化較大處應(yīng)多選控制點(diǎn);(3)畸變嚴(yán)重處多選;(4)邊部多選;(5)控制點(diǎn)盡量在全圖像內(nèi)都有分布.第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正幾何校正一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn):在ERMAPPER中,大數(shù)據(jù)圖象的幾何校正(大于7G)難以完成,ENVI軟件中對(duì)坐標(biāo)的要求比較嚴(yán)格,用矢量的方法難以完成,如果采用圖像對(duì)圖像的的校正則可以完成,很多情況下ERDAS軟件坐標(biāo)系統(tǒng)與其他軟件的坐標(biāo)系統(tǒng)不兼容,但其矢量能力和三維能力較強(qiáng),PCI軟件接觸不多,建議四者結(jié)合使用.第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正幾何校正本節(jié)重點(diǎn)(1)重要概念:數(shù)字圖像,光學(xué)圖像;D/A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換;數(shù)據(jù)圖像的直方圖;輻射畸變;輻射校正;程輻射;幾何畸變;幾何校正(2)輻射校正的直方圖最小值去除法原理和方法;輻射校正的回歸分析法原理(3)能較具體地說明幾何畸變的各種原因(4)曲面擬合幾何校正的原理和方法(5)選擇控制點(diǎn)應(yīng)注意的問題(6)幾何校正可克服幾何畸變,同時(shí)會(huì)產(chǎn)生什么新問題?第四章遙感圖像處理

4.2數(shù)字圖像校正第四章遙感圖像處理例如提高對(duì)比度,增加顏色,經(jīng)圖像運(yùn)算獲得新圖像等,都是圖像增強(qiáng).根據(jù)目的不同,有多種增強(qiáng)方法.1.圖像增強(qiáng)是為提高圖像質(zhì)量和突出感興趣的信息而對(duì)圖像的像元值(如亮度)進(jìn)行的變換處理.4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)2、特征提?。簽榱死脙x器進(jìn)行圖像判讀及分析處理，需要從原圖像數(shù)據(jù)中求出有益于分析的判讀標(biāo)志及統(tǒng)計(jì)量等各種參數(shù)，把圖像所具有的性質(zhì)進(jìn)行定量化的處理過程叫特征提取。實(shí)際上，圖像增強(qiáng)和特征提取多用于同一處理中，前者是以人工判讀為前提，重點(diǎn)放在顯示技術(shù)上，后者的特征提取則是處理的定量性。特征提取可以定量地抽出以下三種特征：（l）光譜特征：可提取出顏色及灰度或者波段間的亮度比等目標(biāo)物的光譜性特征。（2）空間（幾何）特征：目標(biāo)物的形狀、大小、或者邊緣、線性構(gòu)造等幾何性特征。（3）紋理特征：是指周期性圖案及區(qū)域的均勻性等有關(guān)紋理的特征。圖像數(shù)據(jù)的增強(qiáng)與信息提取第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)灰度變換是通過改變圖像像元亮度值來改變圖像對(duì)比度,從而改善圖像整體視覺效果的方法.線性變換(對(duì)比度拉伸)將圖像的亮度值區(qū)間(a0,b0)線性變換到另一個(gè)區(qū)間(a1,b1).如果(a1,b1)比(a0,b0)的范圍大,則對(duì)比度就增大.具體計(jì)算過程為(下頁(yè)):第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)對(duì)比度變換線性變換(對(duì)比度拉伸)a0b0a1b1

變換函數(shù):

變換函數(shù),斜率大于1為拉伸,小于1時(shí)為壓縮yx(原像元值)(變換后像元值)第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)對(duì)比度變換分段線性變換有時(shí)為調(diào)節(jié)對(duì)比度,需在不同的亮度區(qū)間內(nèi)作不同程度的拉伸.此時(shí),各區(qū)間內(nèi)分別有一變換函數(shù).

分段變換函數(shù)yx(原像元值)(變換后像元值)1112323

三個(gè)區(qū)間分別受到壓縮,拉伸,壓縮對(duì)比度拉伸的效果第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)對(duì)比度變換此外,還有三角波和連續(xù)函數(shù)變換等非線性變換常用的有指數(shù)變換和對(duì)數(shù)變換.

指數(shù)變換,低值區(qū)間受壓縮,高值區(qū)間拉伸指數(shù)變換:y=beax+c對(duì)數(shù)變換:y=blog(ax+1)+c

對(duì)數(shù)變換,低值區(qū)間受拉伸,高值區(qū)間壓縮第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)對(duì)比度變換直方圖變換直方圖變換是使輸入圖像灰度值的頻率分布（直方圖）與所希望的直方圖形狀一致而變換灰度值的方法，可以說是灰度變換的一種。典型的直方圖變換有以下兩種：（l）直方圖均衡化（histogramequalization）把原圖像的直方圖變換為各灰度值頻率固定的直方圖，因此，做出原圖像的累積直方圖，找出把累積直方圖的累積頻率值（y）等分為適當(dāng)灰度值（X）的分割區(qū)段。對(duì)該灰度分割區(qū)段分別進(jìn)行線性變換，從而得到對(duì)具有較高頻率的灰度值區(qū)間進(jìn)行增強(qiáng)，對(duì)較低頻率的灰度區(qū)間進(jìn)行壓縮的圖像。直方圖均衡化（2）直方圖正態(tài)化（histogranormalization）如果灰度的頻率分布具有接近正態(tài)分布的形狀就可以認(rèn)為適合于人眼觀察?？墒牵绻丫哂信c正態(tài)分布形狀相距較大的原圖像的頻率分布勉強(qiáng)變換為正態(tài)分布，往往會(huì)產(chǎn)生以下問題。即當(dāng)原圖像的某一灰度的頻率很高時(shí)，由于正態(tài)分布所對(duì)應(yīng)的灰度值的頻率低，就會(huì)造成對(duì)該部分的壓縮而丟失重要的信息。所以直方圖正態(tài)化對(duì)于行星圖像那種原圖像的動(dòng)態(tài)范圍窄，而且不夠鮮明的圖像是非常有效的。直方圖正態(tài)化

原始圖像直方圖線性拉伸分段線性拉伸三角波線性拉伸連續(xù)線性拉伸直方圖均衡直方圖匹配第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)空間濾波空間濾波是為了突出圖像的某些局部特征(如邊緣或紋理),通過像元點(diǎn)空間鄰域的卷積運(yùn)算來進(jìn)行平滑或銳化的方法.所謂邊緣,不是指圖像的邊部,而是指圖像中具有線狀形態(tài)的與毗鄰部分亮度值不同的局部影像,如道路,河流,地物界線等影像.所謂紋理,指圖像中各種色調(diào)或花紋圖案的空間組合特征,有時(shí)也稱結(jié)構(gòu).第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)空間濾波圖像的卷積運(yùn)算:(1)先設(shè)計(jì)一個(gè)“模板”,或稱卷積函數(shù),即mn的小圖像;

(2)在欲處理的圖像上以每一像元中為決取一個(gè)與模板一樣大的窗口,然后將窗口內(nèi)每像元的亮度值與模板像元值對(duì)應(yīng)相乘再相加,將結(jié)果寫到窗口中心像元上.(3)移動(dòng)窗口,直到遍歷圖像中所有點(diǎn).圖像的卷積運(yùn)算:模板上第m列,第n行的像元值窗口上第m列,第n行的像元值窗口的中心像元的像元值第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)空間濾波圖像的卷積運(yùn)算:設(shè)計(jì)不同的模板,可以起到不同的作用.均值平滑模板,例如99模板:t(m,n)=1/91/91/91/91/91/91/91/91/9用該模板進(jìn)行卷積運(yùn)算,意味著圖像中每個(gè)像元的值都用周圍9個(gè)相鄰像元值的平均值代替,顯然可以起到平滑作用.第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)空間濾波索伯爾梯度銳化模板,有兩個(gè)模板同時(shí)使用:t1(m,n)=121000-1-2-1t2(m,n)=-101-202-101先用模板t1卷積計(jì)算,結(jié)果取絕對(duì)值(獲得南北方向的梯度);再用t2計(jì)算,結(jié)果也取絕對(duì)值(獲得東西方向的梯度);然后兩個(gè)絕對(duì)值相加,得最后結(jié)果(總梯度),寫在窗口中心.任何方向的邊緣都將被突出.第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)空間濾波拉普拉斯模板t

(m,n)=0101-41010即上下左右四個(gè)相鄰像元的亮度值相加,然后減去該像元值的4倍,作為該像元的新值.均勻的變化將被忽略;

用于檢測(cè)變化率的變化率即二階微分.舉例說明如下(下頁(yè))第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)空間濾波拉普拉斯模板例子t

(m,n)=0101-41010卷積結(jié)果為:0;設(shè)窗口像元值為w

(m,n)=2354683910若窗口像元值為w

(m,n)=235451932010卷積結(jié)果為:26;第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)空間濾波例:右圖為數(shù)字圖像,亮度普遍在10以下,只有兩個(gè)像元出現(xiàn)15的高亮度(噪聲).用均值平滑模板求出新的圖像.1/91/91/91/91/91/91/91/91/9

t=43768215899589131079121511811101413解:原圖像上下左右各加一行或一列,亮度值與相鄰像元值一樣,得到第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)空間濾波例:解續(xù)像元(0,0)的新值=(4+4+3+4+4+3+2+2+15)/9=41/9=54376821589958913107912151181110141343768811101413442578888910111313像元(0,0)像元(0,1)像元(1,1)像元(0,1)的新值=(4+3+7+4+3+7+2+15+8)/9=53/9=6像元(1,1)的新值=(4+3+7+2+15+8+5+8+9)/9=61/9=7余類推….第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)空間濾波例:解續(xù)43768215899589131079121511811101413平滑后的新圖像為:原圖像為:第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)空間濾波例2:右圖為數(shù)字圖像,分別用索伯爾方法和拉普拉斯方法提取邊緣.121000-1-2-1

t=2210101022101010221010102222222222解:索伯爾模板有2個(gè):或-101-202-101

t=拉普拉斯模板為:0101-41010

t=第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)空間濾波例2:解:用索伯爾模板1得到用索伯爾模板2得到用拉普拉斯模板得到2210101022101010221010102222222222原圖像為:第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)空間濾波定向邊緣檢測(cè)t

(m,n)=-101-101-101設(shè)計(jì)特殊模板,可以檢測(cè)特定方向的邊緣.檢測(cè)南北方向的邊緣:t

(m,n)=-12-1-12-1-12-1t

(m,n)=-1-1-1000111檢測(cè)東西方向的邊緣:t

(m,n)=-1-1-1222-1-1-1或或第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)空間濾波定向邊緣檢測(cè)t

(m,n)=011-101-1-10檢測(cè)對(duì)角線方向的邊緣:t

(m,n)=11010-10-1-1t

(m,n)=-1-12-12-12-1-1t

(m,n)=2-1-1-12-1-1-12或或或第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)空間濾波Sobel空間濾波(1)—梯度(差分)Sobel空間濾波(2)—梯度(差分)Preneit空間濾波(1)—梯度(差分)Preneit空間濾波(2)—梯度(差分)Preneit空間濾波(1)、（2）對(duì)比Preneit空間濾波(1)、（2）對(duì)比（局部）平滑化拉普拉斯算子—微分低通濾波(1)--均值濾波低通濾波(2)–均值濾波低通濾波(3)–均值濾波高通濾波（1）--邊緣增強(qiáng)高通濾波--邊緣增強(qiáng)（局部）高通濾波--邊緣增強(qiáng)（局部對(duì)比）增強(qiáng)未增強(qiáng)高通濾波（2）--邊緣增強(qiáng)高通濾波（3）--邊緣增強(qiáng)高通濾波（4）--邊緣增強(qiáng)中值濾波（1）--噪聲消除3X3中值濾波（2）--噪聲消除5X5中值濾波（3）--馬賽克效果自適應(yīng)中值濾波--噪聲消除高斯濾波（1）1.6S高斯濾波（2）1.0S紋理也叫結(jié)構(gòu)，是指存在于圖像中某一范圍內(nèi)的形狀很小的、半周期性或有規(guī)律地排列的圖案。在圖像判讀中使用紋理表示圖像的均勻、細(xì)致、粗糙等現(xiàn)象。多用于森林的林相分類。根據(jù)構(gòu)成圖案的要素形狀、分布密度、方向性等紋理進(jìn)行圖像特征提取的處理叫做紋理分析（textureanalysis）。對(duì)數(shù)字圖像來說，找出表示紋理特征的指標(biāo)是很難的，所以多采用求出小窗口內(nèi)圖像的統(tǒng)計(jì)特征，與光譜數(shù)據(jù)一起進(jìn)行分類，或?qū)τ蟹较蛐缘膱D像使用功率譜進(jìn)行分析的方法。第四章遙感圖像處理4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)圖像紋理分析統(tǒng)計(jì)特征的應(yīng)用取nxn的窗口，求出以下各量作為紋理的特征量：（a）灰度直方圖：從頻率總和為1的正態(tài)化灰度直方圖中算出平均值、方差、偏斜度、陡度等。第四章遙感圖像處理4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)圖像紋理分析第四章遙感圖像處理4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)圖像紋理分析（b）關(guān)聯(lián)矩陣：以偏離圖像灰度為i的點(diǎn)一定位置δ（方向和距離）的點(diǎn)的灰度為j的概率Pδ(I,j)，(I,j=0,1,…n-1)為元素，求出關(guān)聯(lián)矩陣，從該矩陣中算出各種紋理的特征量（能量、熵、相關(guān)性等）。第四章遙感圖像處理4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)圖像紋理分析第四章遙感圖像處理4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)圖像紋理分析（C）旋轉(zhuǎn)矩陣：以θ方向上灰度為i的點(diǎn)連續(xù)出現(xiàn)k個(gè)的頻率P

0

（i，k）為元素，求出旋轉(zhuǎn)矩陣。從該矩陣中算出紋理的特征量。第四章遙感圖像處理4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)圖像紋理分析第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)彩色顯示與變換彩色變換就是用不同的彩色表示不同的亮度,或表示不同的波段,從而改進(jìn)圖像的視覺效果.彩色顯示有兩種方法，一種是把多個(gè)波段的圖像分別賦予一種原色而進(jìn)行顯色的彩色合成法；另一種是對(duì)一幅黑白圖像的灰階賦予顏色的假彩色顯示法。a彩色合成（colorcomposite）選出三個(gè)波段，分別賦予三原色進(jìn)行合成，根據(jù)三原色的對(duì)應(yīng)方式不同，可以得到不同的彩色合成圖像。三原色的合成方法有：使用CRT顯示器那種藍(lán)、綠、紅三原色光源的加色法和使用彩色印刷那種青、品、黃三原色顏料的減色法。真彩色合成：如果使用三原色進(jìn)行合成，就可以得到接近天然色的顏色，這種方法叫真彩色合成。不在三原色的濾光片的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，如紅外波段。因?yàn)檫@種圖像的彩色合成已經(jīng)不是天然色彩了，所以稱為假彩色合成（falsecolorcomposite）。第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)彩色顯示特別是在遙感中，多采用對(duì)近紅外區(qū)賦予紅色，對(duì)紅色的波長(zhǎng)區(qū)賦予綠色，對(duì)綠色的波長(zhǎng)區(qū)賦予；藍(lán)色的彩色合成方法，稱為紅外彩色合成。假彩色（pseudocolor）顯示把1張黑白圖像的灰階分為若干等級(jí)，在每個(gè)等級(jí)上賦予顏色，就成為最簡(jiǎn)單的假彩色顯示方法。如果在熱紅外圖像上使用該方法就可以得到等溫圖。要想使色彩連續(xù)變化時(shí)，就要做出對(duì)應(yīng)灰階變化而賦予三原色的函數(shù)，通過這一方法就可以得到對(duì)應(yīng)色調(diào)而發(fā)生細(xì)微變化的假彩色顯示。第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)彩色顯示第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)彩色顯示第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)彩色顯示第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)彩色顯示第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)彩色顯示第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)彩色顯示第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)彩色顯示色的表示--混系統(tǒng)色人眼能感覺到顏色的光（色刺激）是可見光區(qū)的電磁波。色刺激可以表示為輻射亮度的波長(zhǎng)分布?？墒窃趯?shí)用上，比較方便的是用感覺性，心理學(xué)的尺度去表示顏色。通常，表示顏色的體系叫表色系統(tǒng)（colorspecificationsystem）。表色系統(tǒng)大致分為：根據(jù)實(shí)驗(yàn)把顏色作為心理物理量而定量處理的混色系統(tǒng)（colormixingsystem）和使用記號(hào)、色譜等定性處理人所感知的顏色的顯色系統(tǒng)（colorapperencesystem）。把相互獨(dú)立的3種色刺激（三原色或三原刺激）進(jìn)行混色，就可以在所有的顏色上表示出視覺上相等的顏色（顏色匹配：colormatching）。以此為著眼點(diǎn)，把表示顏色的表色系統(tǒng)稱為混色系統(tǒng)。第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)彩色顯示（l）RGB表色系統(tǒng)在混色系統(tǒng)的代表——CIE（國(guó)際照明委員會(huì)）的RGB表色系統(tǒng)中，確定了波長(zhǎng)435.8nm的藍(lán)色（B），波長(zhǎng)546.1nm的綠（G），波長(zhǎng)700.0nm的紅（R）三種單色光作為三原刺激，在人能感覺到顏色的380nm到780nm的各單色光中進(jìn)行顏色匹配，根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定應(yīng)該混色的三原刺激的量，把這個(gè)值叫做顏色匹配函數(shù)或光譜三刺激值。第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)彩色顯示第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)彩色顯示色調(diào)（H）飽和度（S）明度（I）HSI變換：RGB空間和HSI空間的變換（2）HIS表色系統(tǒng)第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)彩色變換多波段彩色變換:根據(jù)加色法原理,將不同的某三個(gè)波段分別賦予紅綠藍(lán)三元色,可以合成彩色圖像.由于三元色并不是原三波段所代表的顏色,因此生成的合成色也不代表地物的真實(shí)顏色,故稱假彩色合成.LandSatTM圖像有7個(gè)波段,合理選擇其中三個(gè)波段進(jìn)行假彩色合成,可以較好顯示地特征.如4,5,3三波段分別賦予紅綠藍(lán),如教材前面的彩圖5-6.水體黑TM432假彩色合成圖,加里福尼亞MORRO市植被紅建筑藍(lán)第四章遙感圖像處理

4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)彩色變換HLS變換有