R第4章：遙感圖像處理22課件

第四章遙感圖像處理本章內(nèi)容光學(xué)原理與光學(xué)處理數(shù)字圖像的校正數(shù)字圖像增強(qiáng)多源信息復(fù)合第4.1節(jié)光學(xué)原理與光學(xué)處理4.1.1、顏色視覺1、亮度對比和顏色對比（1）亮度對比：視場中對象與背景的亮度差與背景亮度值之比。改變對比度，可以提高圖象的視覺效果。（2）顏色對比：在視場中，相鄰區(qū)域的不同顏色的相互影響叫做顏色對比。

兩種顏色相互影響的結(jié)果，使每種顏色會向其影響色的補(bǔ)色變化。在兩種顏色的邊界，對比現(xiàn)象更為明顯。因此，顏色的對比會產(chǎn)生不同的視覺效果。

2、顏色的性質(zhì)：

所有顏色都是對某段波長有選擇地反射而對其他波長吸收的結(jié)果。綠葉，紅花等

顏色的性質(zhì)由明度、色調(diào)、飽和度來描述。4.1.2、加色法與減色法顏色相加原理三原色：若三種顏色，其中的任一種都不能由其余二種顏色混合相加產(chǎn)生，這三種顏色按一定比例混合，可以形成各種色調(diào)的顏色，則稱之為三原色。

紅、綠、藍(lán)

R+G=Y；R+B=M；G+B=C；R+G+B=W?；パa(bǔ)色：若兩種顏色混合產(chǎn)生白色或灰色，這兩種顏色就稱為互補(bǔ)色。

黃和藍(lán)、紅和青、綠和品紅。互補(bǔ)色：R-C；G-M；B-Y；

中間色：橙紫等不等量相加。色度圖：可以直觀地表現(xiàn)顏色相加的原理,更準(zhǔn)確地表現(xiàn)顏色混合的規(guī)律.

3、顏色相減原理減色過程:白色光線先后通過兩塊濾光片(減去基色光)而生成彩色的過程.常用于涂料繪畫等

遙感圖像處理概述圖像處理的目的:1.圖像化--看到肉眼不能直接看到的2.增強(qiáng)—復(fù)原--看見難以看清的3.認(rèn)識—理解--用機(jī)器(計(jì)算機(jī))去看人眼能看到的--或由于看的過多而未注意看的(自動識別分類)4.定量化--以某種規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)看那些不容易看明白的4.1.3、光學(xué)增強(qiáng)處理圖像的光學(xué)增強(qiáng)處理方法具有精度高，反映目標(biāo)地物更真實(shí)，圖像目視效果等優(yōu)點(diǎn):遙感圖像處理的重要方法之一;但對儀器設(shè)備和處理環(huán)境要求高,還需膠片相紙藥品等消耗品,有時(shí)還需復(fù)雜的相干光學(xué)處理。計(jì)算機(jī)圖像處理的優(yōu)點(diǎn):計(jì)算機(jī)硬件價(jià)格降低,處理速度快、操作簡單、效率高等優(yōu)點(diǎn)，有逐步取代光學(xué)方法的趨勢。光學(xué)增強(qiáng)處理光學(xué)圖像處理:以膠片(攝影)方式記錄的遙感影像或由數(shù)字產(chǎn)品轉(zhuǎn)換來的影像膠片為處理對象，通過光學(xué)或電子--光學(xué)儀器的加工改造，對遙感圖像進(jìn)行變換和增強(qiáng)的一種圖像處理技術(shù).光學(xué)圖像處理的實(shí)質(zhì)：

通過光學(xué)途徑人為地改變膠片的影像密度--擴(kuò)大(縮小)不同部分的密度差異，或以不同色彩顯示影像密度的細(xì)微變化

用以壓抑“噪聲”，強(qiáng)調(diào)或突出目標(biāo)信息，增強(qiáng)人們對細(xì)微密度差異的識別能力.較成熟的遙感圖像光學(xué)處理方法:光學(xué)彩色合成假彩色密度分割反差增強(qiáng)邊緣增強(qiáng)比值增強(qiáng)影像相減(差值法)光學(xué)變換處理(低、高、帶通濾波、方向?yàn)V波)……彩色合成加色法彩色合成減色法彩色合成光學(xué)信息的處理圖像的相加和相減遙感黑白影象的假彩色編碼加色法彩色合成為了充分利用色彩在遙感圖像判讀和信息提取中的優(yōu)勢，常常利用彩色合成的方法對多光譜圖像進(jìn)行處理，以得到彩色圖像。合成儀法：是將不同波段的黑白透明正片分別放入有紅、綠、藍(lán)濾光片的光學(xué)投影通道中精確配準(zhǔn)和重疊，生成彩色影像的過程。

彩色圖像可以分為真彩色圖像和假彩色圖像。真彩色圖像真彩色圖像上影像的顏色與地物顏色基本一致。利用數(shù)字技術(shù)合成真彩色圖像時(shí)，是把紅色波段的影像作為合成圖像中的紅色分量、把綠色波段的影像作為合成圖像中的綠色分量、把藍(lán)色波段的影像作為合成圖像中的藍(lán)色分量進(jìn)行合成的結(jié)果。如TM321分別用RGB合成的圖像。模擬真彩色MSS7或

TM3(紅波段)+GMSS5或TM2(綠波段)+RMSS4或TM1(藍(lán)波段)+B

植被--綠色水體--黑色其它地物--接近本色標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像假彩色圖像是指圖像上影像的色調(diào)與實(shí)際地物色調(diào)不一致的圖像。遙感中最常見的假彩色圖像是彩色紅外合成的標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像。在彩色合成時(shí)，把近紅外波段的影像作為合成圖像中的紅色分量、把紅色波段的影像作為合成圖像中的綠色分量、把綠色波段的影像作為合成圖像中的藍(lán)色分量進(jìn)行合成的結(jié)果。如TM432用RGB合成的圖像為標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像⑵.幾種地物在標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成圖像上的色彩

①.植被--品紅健康茂盛--亮紅幼年--粉紅病害--暗紅成熟農(nóng)作物--鮮紅水稻--暗紅針葉常青樹--暗紅闊(落葉)葉樹或灌木:生長期落葉期粉紅紅紅、黃褐②.水體清而深--黑色含泥沙--淡藍(lán)有水藻--帶紅點(diǎn)、紅暈

③.云、雪、冰--白色

④.巖石、土壤--棕、黃、深藍(lán)、黃褐

⑤.城鎮(zhèn)--有一定幾何形狀的藍(lán)灰色減色法彩色合成染印法：是一種使用特別浮雕片、接受紙和沖顯染印藥制作彩色合成影像的方法。印刷法：利用普通膠印設(shè)備，直接使用不同波段的遙感底片和黃、品紅、青三種油墨，經(jīng)分色、加網(wǎng)、制版，套印成彩色合成圖像重氮法：利用重氮鹽的化學(xué)反應(yīng)處理彩色單波段影像透明片的方法。藍(lán)綠紅紅外光學(xué)增強(qiáng)處理相關(guān)掩膜處理方法：把幾何位置完全配準(zhǔn)的原片，制成不同密度、不同反差的正片或負(fù)片，通過它們的各種不同疊加方案改變原有影像的顯示效果，達(dá)到信息增強(qiáng)目的的方法。HOME邊緣突出：邊界表現(xiàn)為密度的突變，是區(qū)分地物與現(xiàn)象的分界線，巖體/圍巖，水體/陸地的邊界。方法：選同一圖像密度適當(dāng)?shù)恼?fù)片，將兩者錯(cuò)開一較小的距離（錯(cuò)開方向與要增強(qiáng)的方向垂直），然后暴光經(jīng)沖洗，即可獲得一張邊緣增強(qiáng)圖像。目的在于突出線形特征。光學(xué)信息處理

假彩色編碼（密度分割）假彩色編碼處理衛(wèi)星圖像可以使單波段影像彩色化，實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)效果。此方法是通過光電變換，將構(gòu)成影像的密度劃分若干等級，8，

16，32，64等，并分別以不同的顏色來表示不同的等級，從而獲得用肉眼易識別的彩色圖象。優(yōu)點(diǎn)：（1）靈活，處理速度快；（2）增強(qiáng)分辨力；（3）能大體了解地物分布輪廓，如污染源的分布。缺點(diǎn)：（1）、造成地物分類誤差；（2）受底片或圖象質(zhì)量的影響。HOME4.2數(shù)字圖像的校正遙感數(shù)字圖像處理：利用計(jì)算機(jī)對遙感圖像及其資料進(jìn)行的各種技術(shù)處理。例如：圖像校正、圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)等等。數(shù)字圖像處理的優(yōu)點(diǎn)快捷、準(zhǔn)確、客觀地提取遙感信息適應(yīng)地理信息系統(tǒng)的發(fā)展成本高，面積小，標(biāo)準(zhǔn)化強(qiáng)，定量，靈活性強(qiáng)。4.2.1、數(shù)字圖像及其直方圖數(shù)字圖像：遙感數(shù)據(jù)有光學(xué)圖像和數(shù)字圖像之分。數(shù)字圖像:能被計(jì)算機(jī)存儲、處理和使用的用數(shù)字表示的圖像;

光學(xué)圖像---模擬量；數(shù)字圖像---數(shù)字兩者之間的區(qū)別：模擬量是連續(xù)變量，而數(shù)字量為離散變量。兩者可相互轉(zhuǎn)化，兩者之間的轉(zhuǎn)換稱模/數(shù)轉(zhuǎn)換A/D或D/A轉(zhuǎn)換。.模擬圖像一幅圖像相當(dāng)于一個(gè)二維的空間分布,可用兩個(gè)空間變量x,y的實(shí)數(shù)函數(shù)表示,即f(x,y)

代表在空間坐標(biāo)位置(x,y)處的物理變量(屬性)圖像函數(shù)f(x,y)就是一個(gè)空間函數(shù)在坐標(biāo)系統(tǒng)中的任一點(diǎn)(x,y)上的函數(shù)值,是該點(diǎn)地物的反射或發(fā)射的電磁輻射能的度量(屬性)如:亮度、灰度、密度等

圖像反映了客觀景物的亮度和顏色隨空間位置和方向的變化

是空間坐標(biāo)的函數(shù)(f(x,y))這種圖像稱模擬圖像——函數(shù)是連續(xù)的、可解析的、可積的、有可逆的傅立葉變換

其f,x,y

的取值可以是任意實(shí)數(shù)

空間坐標(biāo)和明暗程度都是連續(xù)變化的、計(jì)算機(jī)無法直接處理2數(shù)字化：將連續(xù)的圖像變化，作等間距的抽(采)樣和量化。把一幅遙感模擬圖像分割成一個(gè)個(gè)小區(qū)域,并將各小區(qū)域灰度用整數(shù)表示前一部分的空間離散化處理叫采樣（sampling），

而后一部分的亮度值的離散化處理叫量化（quantization），

以上兩種過程結(jié)合起來叫圖像的數(shù)字化（digitization）。通常是以像元的亮度值表示。

像元（像素）是遙感數(shù)字圖像最基本的單位，是成像過程的采樣點(diǎn)，也是計(jì)算機(jī)圖像處理的最小單元。像元有空間特征和屬性特征：

空間特征含有特定的地理位置的信息，并表征一定的面積。屬性特征采用亮度值來表達(dá)，在不同波段上，相同地點(diǎn)的亮度值可能是不同的(地物在不同波段上輻射電磁波的特征不同造成的)。數(shù)字圖象HOME3數(shù)字圖像直方圖：

圖像概貌的描述。以每個(gè)像元為單位，表示圖像中各亮度值或亮度值區(qū)間像元出現(xiàn)的頻率的分布圖。4直方圖的作用：

直觀地了解圖像的亮度值分布范圍、峰值的位置、均值以及亮度值分布的離散程度。直方圖的曲線可以反映圖像的質(zhì)量差異，可通過調(diào)整圖像直方圖形態(tài)，來改善圖像顯示質(zhì)量正態(tài)分布：反差適中，亮度分布均勻，層次豐富，圖像質(zhì)量高。偏態(tài)分布：圖像偏亮或偏暗，層次少，質(zhì)量較差。直方圖小結(jié)

圖像直方圖是描述圖像質(zhì)量的可視化圖表。在圖像處理中，可以通過調(diào)整圖像直方圖的形態(tài)，改善圖像顯示的質(zhì)量，以達(dá)到圖像增強(qiáng)的目的。Ahistogramisagraphicalrepresentationofthebrightnessvaluesthatcompriseanimage.Thebrightnessvalues(i.e.0-255)aredisplayedalongthex-axisofthegraph.Thefrequencyofoccurrenceofeachofthesevaluesintheimageisshownonthey-axis.

HOME1.恢復(fù)（復(fù)原）處理--預(yù)處理

遙感數(shù)據(jù)是遙感器探測來自地表的電磁波，通過采樣和量化后獲得數(shù)字化數(shù)據(jù).在圖像的獲取、傳輸過程中，由于成像系統(tǒng)、傳輸介質(zhì)等原因，會造成圖像質(zhì)量下降（退化）。圖像恢復(fù)就是在研究圖像退化原因的基礎(chǔ)上，以退化圖像為依據(jù)，運(yùn)用某些先驗(yàn)知識，建立系統(tǒng)退化的數(shù)學(xué)模型，從而將質(zhì)量下降的圖像以最大保真度恢復(fù)圖像的“真實(shí)”面目?！Ｕ蜓a(bǔ)償成像過程中的各種失真、畸變、噪聲等如：輻射校正幾何校正消除噪聲圖像配準(zhǔn)圖像鑲嵌等二、輻射校正（Radiometriccorrection）對遙感成像過程中產(chǎn)生畸變,消除畸變的處理過程叫圖像校正幾何校正輻射校正輻射畸變：

地物目標(biāo)的光譜反射率的差異在實(shí)際測量時(shí)，受到傳感器本身、大氣輻射等其他因素的影響而發(fā)生改變。這種改變稱為輻射畸變。輻射誤差產(chǎn)生的原因因傳感器的響應(yīng)特性引起的輻射誤差光學(xué)攝影機(jī)引起的輻射誤差光電掃描儀引起的輻射誤差因大氣影響引起的輻射誤差大氣的吸收和散射因太陽輻射引起的輻射誤差太陽位置引起的輻射誤差地形起伏引起的輻射誤差輻射校正由遙感器的靈敏度特性引起的畸變校正由光學(xué)系統(tǒng)的特性引起的畸變校正：在使用透鏡的光學(xué)系統(tǒng)中，例如在攝像面中，存在著邊緣部分比中心部分發(fā)暗的現(xiàn)象（邊緣減光）。如果以光軸到攝象面邊緣的視場角為θ，則理想的光學(xué)系統(tǒng)中某點(diǎn)的光量與cosnθ幾乎成正比，利用這一性質(zhì)可以進(jìn)行校正（cosnθ校正）。由光電變換系統(tǒng)的特性引起的畸變校正：由于光電變換系統(tǒng)的靈敏度特性通常有很高的重復(fù)性，所以可以定期地在地面測定其特性，根據(jù)測定值進(jìn)行校正。Droppedlinesoccurwhentherearesystemserrorswhichresultinmissingordefectivedataalongascanline.Droppedlinesarenormally'corrected'byreplacingthelinewiththepixelvaluesinthelineaboveorbelow,orwiththeaverageofthetwo.StripingwascommoninearlyLandsatMSSdataduetovariationsanddriftintheresponseovertimeofthesixMSSdetectors.The'drift'wasdifferentforeachofthesixdetectors,causingthesamebrightnesstoberepresenteddifferentlybyeachdetector.Thecorrectiveprocessmadearelativecorrectionamongthesixsensorstobringtheirapparentvaluesinlinewitheachother輻射校正太陽高度及地形等引起的畸變校正

視場角和太陽角的關(guān)系引起的亮度變化的校正：太陽光在地表反射、擴(kuò)散時(shí)，其邊緣更亮的現(xiàn)象叫太陽光點(diǎn)（sunspot），太陽高度高時(shí)容易產(chǎn)生。太陽光點(diǎn)與邊緣減光等都可以用推算陰影曲面的方法進(jìn)行校正。陰影曲面是指在圖像的明暗范圍內(nèi)，由太陽光點(diǎn)及邊緣減光引起的畸變部分。地形傾斜的影響校正：當(dāng)?shù)匦蝺A斜時(shí)，經(jīng)過地表擴(kuò)散、反射再入射到遙感器的太陽光的輻射亮度就會依傾斜度而變化。可以采取用地表的法線矢量和太陽光入射矢量的夾角進(jìn)行校正的方法，以及對消除了光路輻射成分的圖像數(shù)據(jù)采用波段間的比值進(jìn)行校正的方法等。大氣影響的定量分析

進(jìn)入大氣的太陽輻射會發(fā)生反射、折射、吸收、散射和透射。其中對傳感器接收影響較大的是吸收和散射。大氣影響的定量分析：大氣的主要影響是減少了圖像的對比度，使原始信號和背景信號都增加了因子，圖像質(zhì)量下降。C1>C2,對比度降低。大氣影響的定量分析無大氣時(shí)（a)白處亮度值為50，黑處亮度值為0，則亮度對比C1=（50－0）／50＝1。當(dāng)有大氣影響時(shí)(b)，乘上透過率后假定減少10％，亮度值減少到45，而由于L2和Lp存在，黑白處亮度均增加10，這樣亮度對比變成

C2

=（55-10)/55＝9/11。可見，對比度減小，圖像質(zhì)量下降了

大氣影響的粗略校正：通過簡單的方法去掉程輻射度（散射光直接進(jìn)入傳感器的那部分），從而改善圖像質(zhì)量。直方圖最小值去除法回歸分析法:校正的方法是將波段b中每個(gè)像元的亮度值減去a，來改善圖像，去掉程輻射。

直方圖最小值去除法基本思路:每幅圖像上都有輻射亮度或反射亮度應(yīng)為0的地物，（陰影、深水處）而實(shí)測表明，這些位置上的像元亮度不為零。這個(gè)值就應(yīng)該是大氣散射導(dǎo)致的程輻射度值。一般地,由于瑞利散射,其散射強(qiáng)度隨波長的增大而減小,紅外波段接近零.校正方法:將每一波段中每個(gè)像元的亮度值都減去本波段的最小值。使圖像亮度動態(tài)范圍得到改善，對比度增強(qiáng)，從而提高了圖像質(zhì)量。HOME大氣影響的粗略糾正直方圖最小值去除法一般來說由于程輻射度主要來自大氣散射，其散射強(qiáng)度隨波長的增大而減小，到紅外波段也有可能接近于零大氣影響的粗略糾正回歸分析法

假定某紅外波段，存在程輻射為主的大氣影響，且亮度增值最小，接近于零，設(shè)為波段a。現(xiàn)需要找到其他波段相應(yīng)的最小值，這個(gè)值一定比a波段的最小值大一些，設(shè)為波段b，分別以a，b波段的像元亮度值為坐標(biāo)，作二維光譜空間，兩個(gè)波段中對應(yīng)像元在坐標(biāo)系內(nèi)用一個(gè)點(diǎn)表示。由于波段之間的相關(guān)性，通過回歸分析在眾多點(diǎn)中一定能找到一條直線與波段b的亮度Lb軸相交，且

大氣影響的粗略糾正回歸分析法

大氣影響的粗略糾正回歸分析法

是斜率：=Lb-La和

分別為a、b波段亮度的平均值。

是波段a中的亮度為0處波段b中所具有的亮度。可以認(rèn)為就是波段b的程輻射度。校正的方法:將波段b中每個(gè)像元的亮度值減去，來改善圖像，去掉程輻射。同理,依次完成其他波段的校正。

三、幾何校正幾何畸變：遙感圖像的幾何位置上發(fā)生變化，產(chǎn)生諸如行列不均勻，像元大小與地面大小對應(yīng)不準(zhǔn)確，地物形狀不規(guī)則變化等變形。幾何畸變是平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、偏扭、彎曲等作用的結(jié)果。Thegeometricregistrationprocessinvolvesidentifyingtheimagecoordinates(i.e.row,column)ofseveralclearlydiscerniblepoints,calledgroundcontrolpoints(orGCPs),inthedistortedimage(A-A1toA4),andmatchingthemtotheirtruepositionsingroundcoordinates(e.g.latitude,longitude).Thetruegroundcoordinatesaretypicallymeasuredfromamap(B-B1toB4),eitherinpaperordigitalformat.1、遙感影像變形的原因遙感平臺位置和運(yùn)動狀態(tài)變化的影響：

航高、航速、俯仰、翻滾、偏航地形起伏的影響：產(chǎn)生像點(diǎn)位移地球表面曲率的影響：一是像點(diǎn)位置的移動；二是像元對應(yīng)于地面寬度不等，距星下點(diǎn)愈遠(yuǎn)畸變愈大，對應(yīng)地面長度越長大氣折射的影響：產(chǎn)生像點(diǎn)位移地球自轉(zhuǎn)的影響：產(chǎn)生影像偏離2、幾何畸變校正基本思路：把存在幾何畸變的圖像，糾正成符合某種地圖投影的圖像，且要找到新圖像中每一像元的亮度值。具體步驟:

1）計(jì)算校正后每一點(diǎn)(U,V)所對應(yīng)原圖中的位置(x,y)；

2）計(jì)算每一點(diǎn)的亮度值。計(jì)算方法

:1）建立兩圖像像元點(diǎn)之間的對應(yīng)關(guān)系(多項(xiàng)式糾正函數(shù))；2）求出原圖所對應(yīng)點(diǎn)的亮度：最近鄰法、雙線性內(nèi)插法、三次卷積內(nèi)插法。數(shù)字圖像校正的處理過程框圖準(zhǔn)備工作

輸入原始數(shù)字圖像

建立糾正變換函數(shù)

影像范圍確定輸出

逐個(gè)像素的幾何位置變換像素亮度值重采樣

輸出糾正后的圖像

原始影像糾正后影像幾何畸變校正

幾何畸變有多種校正方法，但常用的是一種通用的精校正方法，適合于在地面平坦，不需考慮高程信息，或地面起伏較大而無高程信息，以及傳感器的位置和姿態(tài)參數(shù)無法獲取的情況時(shí)應(yīng)用。有時(shí)根據(jù)遙感平臺的各種參數(shù)已做過一次校正，但仍不能滿足要求，就可以用該方法作遙感影像相對于地面坐標(biāo)的配準(zhǔn)校正，遙感影像相對于地圖投影坐標(biāo)系統(tǒng)的配準(zhǔn)校正，以及不同類型或不同時(shí)相的遙感影像之間的幾何配準(zhǔn)和復(fù)合分析，以得到比較精確的結(jié)果。幾何畸變校正基本思路

校正前的圖像看起來是由行列整齊的等間距像元點(diǎn)組成的，但實(shí)際上，由于某種幾何畸變，圖像中像元點(diǎn)間所對應(yīng)的地面距離并不相等（圖a）。校正后的圖像亦是由等間距的網(wǎng)格點(diǎn)組成的，且以地面為標(biāo)準(zhǔn)，符合某種投影的均勻分布（圖b），圖像中格網(wǎng)的交點(diǎn)可以看作是像元的中心。校正的最終目的是確定校正后圖像的行列數(shù)值，然后找到新圖像中每一像元的亮度值。幾何畸變校正具體步驟——重采樣找到一種數(shù)學(xué)關(guān)系，建立變換前圖像坐標(biāo)（x，y）與變換后圖像坐標(biāo)（u，v）的關(guān)系，通過每一個(gè)變換后圖像像元的中心位置（u代表行數(shù)，v代表列數(shù)，均為整數(shù)）計(jì)算出變換前對應(yīng)的圖像坐標(biāo)點(diǎn)（x，y）。分析得知，整數(shù)（u，v）的像元點(diǎn)在原圖像坐標(biāo)系中一般不在整數(shù)（x，y）點(diǎn)上，即不在原圖像像元的中心。計(jì)算校正后圖像中的每一點(diǎn)所對應(yīng)原圖中的位置（x，y）。計(jì)算時(shí)按行逐點(diǎn)計(jì)算，每行結(jié)束后進(jìn)入下一行計(jì)算，直到全圖結(jié)束。幾何畸變校正具體步驟——重采樣重采樣的兩種方法對輸入圖像的各個(gè)象元在變換后的輸出圖像坐標(biāo)系上的相應(yīng)位置進(jìn)行計(jì)算，把各個(gè)象元的數(shù)據(jù)投影到該位置上。

對輸出圖像的各個(gè)象元在輸入圖像坐標(biāo)系的相應(yīng)位置進(jìn)行逆運(yùn)算，求出該位置上的象元數(shù)據(jù)。該方法是經(jīng)常采用的方法。

幾何畸變校正重采樣的方法幾何畸變校正計(jì)算方法建立兩圖像像元點(diǎn)之間的對應(yīng)關(guān)系

（u,v)(x,y)，需求出12個(gè)系數(shù)，至少要找到6個(gè)已知的對應(yīng)點(diǎn)（控制點(diǎn)）如果要提高精度，必須大大增加控制點(diǎn)的數(shù)目，用最小二乘法進(jìn)行曲面擬合求系數(shù)。2元2次2元n次幾何畸變校正具體步驟——內(nèi)插計(jì)算計(jì)算每一點(diǎn)的亮度值。由于計(jì)算后的（x，y）多數(shù)不在原圖的像元中心處，因此必須重新計(jì)算新位置的亮度值。一般來說，新點(diǎn)的亮度值介于鄰點(diǎn)亮度值之間，所以常用內(nèi)插法計(jì)算。幾何畸變校正計(jì)算方法為了確定校正后圖像上每點(diǎn)的亮度值，只要求出其原圖所對應(yīng)點(diǎn)（x，y）的亮度。通常有三種方法：最近鄰法雙向線性內(nèi)插法三次卷積內(nèi)插法。

幾何畸變校正計(jì)算方法最近鄰法

圖像中兩相鄰點(diǎn)的距離為1，即行間距△x＝1，列間距△y=1，取與所計(jì)算點(diǎn)(x,y)周圍相鄰的4個(gè)點(diǎn)，比較它們與被計(jì)算點(diǎn)的距離，哪個(gè)點(diǎn)距離最近，就取哪個(gè)的亮度值作為（x,y）點(diǎn)的亮度值f（x，y）。設(shè)該最近鄰點(diǎn)的坐標(biāo)為（k,l）,則k=Integer(x+0.5)l=Integer(y+0.5)f(x,y)=f(k,l)幾何位置上的精度為±0.5象元幾何畸變校正

最鄰近內(nèi)插法以距內(nèi)插點(diǎn)最近的觀測點(diǎn)的像元值為所求的像元值。該方法最大可產(chǎn)生0.5個(gè)像元的位置誤差，優(yōu)點(diǎn)是不破壞原來的像元值，處理速度快。幾何畸變校正計(jì)算方法雙線性內(nèi)插法

取（x，y）點(diǎn)周圍的4鄰點(diǎn)，在y方向（或x方向）內(nèi)插二次，再在x方向（或y方向）內(nèi)插一次，得到（x，y）點(diǎn)的亮度值f(x，y），該方法稱雙線性內(nèi)插法。設(shè)4個(gè)鄰點(diǎn)分別為(i,j),(i,j+1),(i+1,j),

(i+1,j+1),過(x,y)作直線與x軸平行，與4鄰點(diǎn)組成的邊相交于點(diǎn)（i,y)和(i+1,y)。先在y方向內(nèi)插,由f(i,j+1)和f(i,j)計(jì)算交點(diǎn)的亮度f（i,y)；由f(i+1,j+1)和f(i+1,j)計(jì)算交點(diǎn)的亮度f(i+1,y)。然后計(jì)算x方向，以f(i,y)和f(i+1,y)來內(nèi)插f(x,y)值。幾何畸變校正

雙線性內(nèi)插法使用內(nèi)插點(diǎn)周圍的4個(gè)觀測點(diǎn)的像元值，對所求的像元值進(jìn)行線性內(nèi)插。缺點(diǎn)是破壞了原來的數(shù)據(jù)，但具有平均化的濾波效果。幾何畸變校正計(jì)算方法三次卷積內(nèi)插法增加鄰點(diǎn)來獲得最佳插值函數(shù)。取與計(jì)算點(diǎn)（x，y）周圍相鄰的16個(gè)點(diǎn)，與雙向線性內(nèi)插類似，可先在某一方向上內(nèi)插，每4個(gè)值依次內(nèi)插4次，求出f（x，j-1），f(x,j)，f(x,j+1),f(x,j+2)，再根據(jù)這四個(gè)計(jì)算結(jié)果在另一方向上內(nèi)插，得到f(x，y）。因這種三次多項(xiàng)式內(nèi)插過程實(shí)際上是一種卷積，故稱三次卷積內(nèi)插。幾何畸變校正

3次卷積內(nèi)插法使用內(nèi)插點(diǎn)周圍的16個(gè)觀測點(diǎn)的像元值，用3次卷積函數(shù)對所求像元值進(jìn)行內(nèi)插。缺點(diǎn)是破壞了原來的數(shù)據(jù)，但具有圖像的均衡化和清晰化的效果，可得到較高的圖像質(zhì)量。三種方法比較:方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)提醒1簡單易用，計(jì)算量小處理后的圖像亮度具有不連續(xù)性，影響精確度2精度明顯提高，特別是對亮度不連續(xù)現(xiàn)象或線狀特征的塊狀化現(xiàn)象有明顯的改善。

計(jì)算量增加，且對圖像起到平滑作用，從而使對比度明顯的分界線變得模糊。

鑒于該方法的計(jì)算量和精度適中，只要不影響應(yīng)用所需的精度，作為可取的方法而常被采用。

3更好的圖像質(zhì)量，細(xì)節(jié)表現(xiàn)更為清楚。

工作量很大。欲以三次卷積內(nèi)插獲得好的圖像效果，就要求位置校正過程更準(zhǔn)確，即對控制點(diǎn)選取的均勻性要求更高。

幾何畸變校正控制點(diǎn)的選取

幾何校正的第一步便是位置計(jì)算，首先是對所選取的二元多項(xiàng)式求系數(shù)。這時(shí)必須已知一組控制點(diǎn)坐標(biāo)。

控制點(diǎn)數(shù)目的確定其最低限是按未知系數(shù)的多少來確定的。一次多項(xiàng)式有6個(gè)系數(shù)，就需要有6個(gè)方程來求解，需3個(gè)控制點(diǎn)的3對坐標(biāo)值，即6個(gè)坐標(biāo)數(shù)。2次多項(xiàng)式有12個(gè)系數(shù)，需要12個(gè)方程（6個(gè)控制點(diǎn)）。依次類推，n次多項(xiàng)式，控制點(diǎn)的最少數(shù)目為(n+1)(n+2)/2。實(shí)際工作表明，選取最少數(shù)目的控制點(diǎn)來校正圖像，效果往往不好。因此，在條件允許的情況下，控制點(diǎn)數(shù)的選取都要大于最低數(shù)很多。幾何畸變校正控制點(diǎn)的選取控制點(diǎn)選取的原則控制點(diǎn)的選擇要以配準(zhǔn)對象為依據(jù)。以地面坐標(biāo)為匹配標(biāo)準(zhǔn)的，叫做地面控制點(diǎn)（記作GCP）。有時(shí)也用地圖作地面控制點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，或用遙感圖像（如用航空像片）作為控制點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)。無論用哪一種坐標(biāo)系，關(guān)鍵在于建立待匹配的兩種坐標(biāo)系的對應(yīng)點(diǎn)關(guān)系。一般來說，控制點(diǎn)應(yīng)選取圖像上易分辨且較精細(xì)的特征點(diǎn)，這很容易通過目視方法辨別，如道路交叉點(diǎn)、河流彎曲或分叉處、海岸線彎曲處、湖泊邊緣、飛機(jī)場、城廓邊緣等。特征變化大的地區(qū)應(yīng)多選些。圖像邊緣部分一定要選取控制點(diǎn)，以避免外推。此外，盡可能滿幅均勻選取，特征實(shí)在不明顯的大面積區(qū)域（如沙漠），可用求延長線交點(diǎn)的辦法來彌補(bǔ)，但應(yīng)盡可能避免這樣做，以避免造成人為的誤差。

第三節(jié)遙感數(shù)字圖像增強(qiáng)目的：通過圖像增強(qiáng)方法，提高圖像質(zhì)量和突出所需信息，有利于分析判讀或作進(jìn)一步的處理。圖像增強(qiáng)方法：對比度變換空間濾波彩色變換圖像運(yùn)算多光譜變換一、對比度變換圖像的質(zhì)量概念：是一種通過改變圖像像元的亮度值來改變圖像像元對比度，從而改善圖像質(zhì)量的圖像處理方法。

將圖像中過于集中的像元分布區(qū)域（亮度值分布范圍）拉開擴(kuò)展，擴(kuò)大圖像反差的對比度，增強(qiáng)圖像表現(xiàn)的層次性。又叫輻射增強(qiáng)。方法：對比度線性變換和非線性變換。一、對比度變換線性變換：在改善圖像對比度時(shí)，如果采用線性或分段線性的函數(shù)關(guān)系，那么這種變換就是線性變換。用下式可將原圖象中每個(gè)亮度值轉(zhuǎn)化成顯示圖象中的亮度值(DN’):DN’=255*（DN-MIN）/（MAX-MIN）擴(kuò)大相鄰亮度值間的差別，但不能增加亮度等級。

注意：一些像元得到增強(qiáng)突出的同時(shí)，必然消弱丟失一些信息。

Alinearstretchinvolvesidentifyinglowerandupperboundsfromthehistogram(usuallytheminimumandmaximumbrightnessvaluesintheimage)andapplyingatransformationtostretchthisrangetofillthefullrange.

Thisgraphicillustratestheincreaseincontrastinanimagebefore(left)andafter(right)alinearcontraststretch.非線性變換：變換函數(shù)為非線性函數(shù)時(shí)，即為非線性變換。直方圖均衡化指數(shù)擴(kuò)展對數(shù)擴(kuò)展Iftheinputrangeisnotuniformlydistributed.Inthiscase,ahistogram-equalisedstretchmaybebetter.Thisstretchassignsmoredisplayvalues(range)tothefrequentlyoccurringportionsofthehistogram.Inthisway,thedetailintheseareaswillbebetterenhancedrelativetothoseareasoftheoriginalhistogramwherevaluesoccurlessfrequentlyThisgraphicillustratestheratherunevenincreaseincontrastinanimagebefore(left)andafter(right)ahistogramequalisedstretch.指數(shù)擴(kuò)展：壓縮暗區(qū)，擴(kuò)充亮區(qū)。使用范圍：干旱區(qū)，平原盆地丘陵地區(qū)。對數(shù)變換：與此相反,擴(kuò)暗壓亮使用范圍：比較潮濕地區(qū)，山體陰影區(qū)。25512825521825512825532對數(shù)指數(shù)二、空間濾波空間濾波：以突出圖像上的某些特征為目的(邊緣或紋理)，通過像元與周圍相鄰像元的關(guān)系，采取空間域中的鄰域處理方法(傅立葉變換或卷積運(yùn)算)進(jìn)行圖像增強(qiáng)方法。圖像卷積運(yùn)算：在圖像的左上角開一個(gè)與模板同樣大小的活動窗口，圖像窗口與模板像元的亮度值相乘再相加，得到新像元的灰度值，放在中心位置。Acommonfilteringinvolvesmovinga‘window’（活動窗口）ofafewpixelsindimension(e.g.3x3,5x5,etc.)overeachpixelintheimage,applyingamathematicalcalculationusingthepixelvaluesunderthatwindow,andreplacingthecentralpixelwiththenewvalue.1、平滑--圖像中出現(xiàn)某些亮度值過大的區(qū)域，或出現(xiàn)不該有的亮點(diǎn)時(shí)，采用平滑方法可以減小變化，使亮度平緩或去掉不必要的亮點(diǎn)。均值平滑：將每個(gè)像元在以其為中心的區(qū)域內(nèi)，取平均值來代替該像元值，以達(dá)到去掉尖銳“噪聲”和平滑圖像的目的。原始圖象Mean5x5Mean11x11Rw1w2w3w4w5w6w7w8w9z1z2z3z4z5z6z7z8z9數(shù)字圖像的局部掩模=w1z1+w2z2+…..+w9z9Replacewith平滑

中值濾波：將每個(gè)像元在以其為中心的鄰域內(nèi)，取中間亮度值來代替該像元值，以達(dá)到去掉尖銳“噪聲”和平滑圖像的目的。2、銳化—突出圖像的邊緣、線性目標(biāo)或某些亮度變化率大的部分，也就是使圖像細(xì)節(jié)的反差提高，也稱邊緣增強(qiáng)。羅伯特梯度：找到了梯度較大的位置，也就找到了邊緣，用不同的梯度值代替邊緣處像元的值，也就突出了邊緣。索伯爾梯度拉普拉斯算法定向檢測常見的梯度算子模板100-101-10Roberts-101-101-101111000-1-1-1Prewitt-101-202-101121000-1-2-1Sobel定向檢測

當(dāng)有目的地檢測某一方向的邊線或紋理特征時(shí)，可選擇特定的模板卷積運(yùn)算作定向檢測。利用一組模板計(jì)算在該方向上的差分值，而將與之相對應(yīng)的方向作為邊緣方向。常見的模板：1）垂直邊界-101-101-101-12-1-12-1-12-1011-101-1-10-1-1100011111010-10-1-1-1-1-1222-1-1-12)水平檢測3)對角線檢測45013502-1-1-12-1-1-12-1-12-12-12-1-145013503)對角線檢測邊緣增強(qiáng)

ImageofCHURNFarmDaedalus1268ATMChannel3Alow-passfilter（低通濾波）

isdesignedtoemphasiselarger,homogeneousareasofsimilartoneandreducethesmallerdetailinanimage.Thus,low-passfiltersgenerallyservetosmooth（平滑）

theappearanceofanimage.

Ahigh-passfilter

（高通濾波）doestheopposite,andservestosharpentheappearanceoffinedetailinanimage.

Directionaloredgedetectingfiltershighlightlinearfeatures,suchasroadsorfieldboundaries.Verticaledges（垂直邊緣）HorizontaledgesDirectionalEdgefilterscanalsobedesignedtoenhancefeatureswhichareorientedinspecificdirectionsandareusefulinapplicationssuchasgeology,forthedetectionoflineargeologicstructures.

三、彩色變換把數(shù)字圖像組合轉(zhuǎn)換成彩色圖形，或者把各種增強(qiáng)或分類圖像組合疊加，以彩色圖像顯示出來。（彩色的視覺分辨能力比黑白高）方法：假彩色密度分割；彩色合成1、單波段彩色變換（假彩色密度分割）概念：單波段黑白遙感圖像可按亮度分層，對每層賦予不同的色彩，使之成為一幅彩色圖像。這種方法又叫密度分割。分層方案的確定：分層方案與地物光譜差異對應(yīng)合適，可以較好地區(qū)分地物類別。處理過程效果分析三、彩色變換處理過程輸入圖像顯示直方圖確定分割的等級數(shù)，并計(jì)算分割的間距像元亮度值轉(zhuǎn)換為像元新值賦色HOME圖像密度分割原理可以按如下步驟進(jìn)行：（1）求圖像的極大值dmax和極小值dmin；（2）求圖像的密度區(qū)間ΔD=dmax-dmin+1；（3）求分割層的密度差Δd=ΔD／n，其中n為需分割的層數(shù)；（4）求各層的密度區(qū)間；（5）定出各密度層灰度值或顏色。以不同的色彩表示圖像的色調(diào)變化，增強(qiáng)了圖像的顯示能力同一地物或現(xiàn)象可能被分割成兩種不同密度并以不同的顏色顯示出來，或同一色彩卻表示兩種以上不同的地物，造成判讀錯(cuò)誤。HOME效果分析三、彩色變換2、多波段色彩變換(RGB彩色合成)概念：利用計(jì)算機(jī)將同一地區(qū)不同波段的圖像存放在不同通道的存儲器中，并依照彩色合成原理，分別對各通道的圖像進(jìn)行單基色變換，在彩色屏幕上進(jìn)行疊置，從而構(gòu)成彩色合成圖像。合成方案：彩色合成圖像分為真彩色圖像和假彩色圖像。方法演示TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7LandsatTM5sub-sceneshowingtheregionaroundtheAlpinforschungszentrumRudolfshütteTM7,4,1TM5,7,2TM5,4,3TM4,3,2三、彩色變換3、HIS變換RGB模式與HIS模式:從常用的紅、綠、藍(lán)表達(dá)方式轉(zhuǎn)換到HIS表達(dá)方式時(shí)，為正變換，有多種變換式。如三角變換I=1/3（R+G+B）H=（G-B）/（3I-3B）S=1-B/I當(dāng)B=minH=（B-R）/（3I-3R）S=1-R/I當(dāng)R=minH=（R-G）/（3I-3G）S=1-G/I當(dāng)G=min其中，min=min[R，G，B]經(jīng)處理后，如用第四波段（高分辨率數(shù)據(jù)）的替代I，再經(jīng)過反變換，就又轉(zhuǎn)換為RGB系統(tǒng)。將RGB模式轉(zhuǎn)換成HIS模式，對于定量地表示色彩特性，以及在應(yīng)用程序中實(shí)現(xiàn)兩種表達(dá)方式的轉(zhuǎn)換具有重要意義。用SPOT影像替代資源一號影像的I分量進(jìn)行IHS反變換基于IHS的融合流程融合結(jié)果ZYcZYbZYaIHS變換提取I分量SPOTSPOT與I分量進(jìn)行直方圖匹配不進(jìn)行直方圖修正進(jìn)行直方圖修正HIS變換融合結(jié)果四、圖像運(yùn)算概念：兩幅或多幅單波段影像，完成空間配準(zhǔn)后，通過一系列運(yùn)算，可以實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)，達(dá)到提取某些信息或去掉某些不必要信息的目的。原理：地物不同波段的光譜差異。差值運(yùn)算：兩幅同樣行、列數(shù)的圖像，對應(yīng)像元的亮度值相減就是差值運(yùn)算。

fd(x,y)=f1(x,y)-f2(x,y)

反映了同一地物光譜反射率之間的差異