四-遙感圖像處理課件

第四章遙感圖像處理第四章遙感圖像處理1第一節(jié)光學原理與光學處理一、顏色視覺1、亮度對比和顏色對比（1）亮度對比：對象相對于背景的的明亮程度。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果，使每種顏色會向其影響色的補色變化。在兩種顏色的邊界，對比現象更為明顯。因此，顏色的對比會產生不同的視覺效果。第一節(jié)光學原理與光學處理一、顏色視覺22、顏色的性質：

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果。顏色的性質由明度、色調、飽和度來描述。

（1）明度：是人眼對光源或物體明亮程度的感覺。物體反射率越高，明度就越高。

（2）色調：是色彩彼此相互區(qū)分的特性。（3）飽和度：是色彩純潔的程度，即光譜中波長段是否窄，頻率是否單一的表示。2、顏色的性質：3四-遙感圖像處理課件4四-遙感圖像處理課件5四-遙感圖像處理課件6

3、顏色立體（1）顏色立體：中間垂直軸代表明度；中間水平面的圓周代表色調；圓周上的半徑大小代表飽和度。（2）孟賽爾顏色立體：中軸代表無色彩的明度等級；在顏色立體的水平剖面上是色調；顏色離中央軸的水平距離代表飽和度的變化。3、顏色立體7四-遙感圖像處理課件8二、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生，這三種顏色按一定比例混合，可以形成各種色調的顏色，則稱之為三原色。紅、綠、藍?；パa色：若兩種顏色混合產生白色或灰色，這兩種顏色就稱為互補色。黃和藍、紅和青、綠和品紅。色度圖：可以直觀地表現顏色相加的原理,更準確地表現顏色混合的規(guī)律.二、加色法與減色法顏色相加原理三原色：若三種顏色，其中的任一92、顏色相減原理減色過程:白色光線先后通過兩塊濾光片的過程.顏色相減原理:當兩塊濾光片組合產生顏色混合時,入射光通過每一濾光片時都減掉一部分輻射，最后通過的光是經過多次減法的結果.加色法與減色法的區(qū)別:減法三原色:黃、品紅、青2、顏色相減原理減色過程:白色光線先后通過兩塊濾光片的過程.10三、光學增強處理圖像的光學增強處理方法具有精度高，反映目標地物更真實，圖像目視效果等優(yōu)點，是遙感圖像處理的重要方法之一。

遙感圖像光學增強處理的方法有邊緣突出、改變對比度、相關掩膜處理、顯示動態(tài)變化。計算機圖像處理的優(yōu)點在于速度快、操作簡單、效率高等優(yōu)點，有逐步取代光學方法的趨勢。三、光學增強處理圖像的光學增強處理方法具有精度高，反11三、光學增強處理彩色合成加色法彩色合成減色法彩色合成光學增強處理光學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三、光學增強處理彩色合成12加色法彩色合成合成儀法：是將不同波段的黑白透明片分別放入有紅、綠、藍濾光片的光學投影通道中精確配準和重疊，生成彩色影像的過程。分層曝光法：指利用彩色膠片具有的三層乳劑，使每一層乳劑依次曝光的方法。

HOME加色法彩色合成合成儀法：是將不同波段的黑白透明片分別放入有紅13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：利用普通膠印設備，直接使用不同波段的遙感底片和黃、品紅、青三種油墨，經分色、加網、制版，套印成彩色合成圖像。重氮法：利用重氮鹽的化學反應處理彩色單波段影像透明片的方法。HOME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14光學增強處理相關掩膜處理方法：把幾何位置完全配準的原片，制成不同密度、不同反差的正片或負片，通過它們的各種不同疊加方案改變原有影像的顯示效果，達到信息增強目的的方法。改變對比度：使用兩張同波段同地區(qū)的負片（或正片）進行合成，一張反差適中，另一張反差較小，合成后反差一般加大，從而提高了對比度；顯示動態(tài)變化：不同時相同一地區(qū)的正負片影像疊合掩膜，當被疊合影像反差相同時，凡密度發(fā)生變化的部分就是動態(tài)變化的位置。邊緣突出：先將兩張反差相同的正片和負片疊合，疊合配準后，再沿希望突出的線形特征的垂直方向錯位。目的在于突出線形特征。HOME光學增強處理相關掩膜處理方法：把幾何位置完全配準的原片，制成15圖像的相加和相減

（光柵濾波法）

兩個圖像所發(fā)出的光波在空間重疊并且同位相，則圖像相加。如果兩列光波在空間重疊且反相，則圖像相減。HOME圖像的相加和相減

（光柵濾波法）兩個圖像所發(fā)出的光波在16遙感黑白影象的假彩色編碼將黑白圖像經過光柵進行依次編碼處理，將振幅型編碼圖像轉換成位相型編碼圖像。將位相介質片放入非相干光信息處理系統(tǒng)的輸入平面，經過白光照射，在輸出平面上獲得等密度的假彩色圖像。假彩色編碼處理衛(wèi)星圖像可以使單波段影像彩色化，實現圖像增強效果。HOME遙感黑白影象的假彩色編碼將黑白圖像經過光柵進行依次編碼處理，17第二節(jié)數字圖像的校正遙感數字圖像處理：利用計算機對遙感圖像及其資料進行的各種技術處理。數字圖像處理的優(yōu)點快捷、準確、客觀地提取遙感信息適應地理信息系統(tǒng)的發(fā)展第二節(jié)數字圖像的校正遙感數字圖像處理：利用計算機對遙感圖像18一、數字圖像及其直方圖數字圖像：遙感數據有光學圖像和數字圖像之分。數字圖像是能被計算機存儲、處理和使用的用數字表示的圖像。數字化：將連續(xù)的圖像變化，作等間距的抽樣和量化。通常是以像元的亮度值表示。數字量和模擬量的本質區(qū)別：連續(xù)變量，離散變量。數字圖像的表示：矩陣函數一、數字圖像及其直方圖數字圖像：遙感數據有光學圖像和數字圖像19數字圖象HOME數字圖象HOME20數字圖像直方圖：以每個像元為單位，表示圖像中各亮度值或亮度值區(qū)間像元出現的頻率的分布圖。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量差異。正態(tài)分布：反差適中，亮度分布均勻，層次豐富，圖像質量高。偏態(tài)分布：圖像偏亮或偏暗，層次少，質量較差。小結圖像直方圖是描述圖像質量的可視化圖表。在圖像處理中，可以通過調整圖像直方圖的形態(tài)，改善圖像顯示的質量，以達到圖像增強的目的。數字圖像直方圖：以每個像元為單位，表示圖像中各亮度值或亮度值21直方圖HOME直方圖HOME22二、輻射校正（Radiometriccorrection）影響遙感圖像亮度值的兩個主要物理量是太陽輻射照射到地面的輻射強度和地物的光譜散射率。輻射畸變：地物目標的光譜反射率的差異在實際測量時，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。影響輻射畸變的因素傳感器儀器本身的影響：導致圖像不均勻，產生條紋和噪音。大氣對輻射的影響二、輻射校正（Radiometriccorrection23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，圖像質量下降。大氣影響的粗略校正：通過簡單的方法去掉程輻射度（散射光直接進入傳感器的那部分），從而改善圖像質量。直方圖最小值去除法回歸分析法:校正的方法是將波段b中每個像元的亮度值減去a，來改善圖像，去掉程輻射。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24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為0的地區(qū)，而事實上并不等于0,說明亮度最小值必定是這一地區(qū)大氣影響的程輻射度增值。校正方法:將每一波段中每個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，從而提高了圖像質量。HOME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25三、幾何校正遙感影像變形的原因包括遙感平臺位置和運動狀態(tài)變化以及地球自轉、大氣折射、地形起伏、地球表面曲率的影響。幾何畸變：遙感圖像的幾何位置上發(fā)生變化，產生諸如行列不均勻，像元大小與地面大小對應不準確，地物形狀不規(guī)則變化等變形。幾何畸變是平移、縮放、旋轉、偏扭、彎曲等作用的結果。三、幾何校正遙感影像變形的原因包括遙感平臺位置和運動狀態(tài)變化26Thegeometricregistrationprocessinvolvesidentifyingtheimagecoordinates(i.e.row,column)ofseveralclearlydiscerniblepoints,calledgroundcontrolpoints(orGCPs),inthedistortedimage(A-A1toA4),andmatchingthemtotheirtruepositionsingroundcoordinates(e.g.latitude,longitude).Thetruegroundcoordinatesaretypicallymeasuredfromamap(B-B1toB4),eitherinpaperordigitalformat.Thegeometricregistrationpr271、遙感影像變形的原因遙感平臺位置和運動狀態(tài)變化的影響：航高、航速、俯仰、翻滾、偏航。地形起伏的影響：產生像點位移。地球表面曲率的影響：一是像點位置的移動；二是像元對應于地面寬度不等，距星下點愈遠畸變愈大，對應地面長度越長。大氣折射的影響：產生像點位移。地球自轉的影響：產生影像偏離。1、遙感影像變形的原因遙感平臺位置和運動狀態(tài)變化的影響：航28衛(wèi)星姿態(tài)引起的圖像變形位移變化高度變化速度變化偏航變化俯仰變化側翻變化(dα)

(dω)

(dκ)

衛(wèi)星姿態(tài)引起的圖像變形位移變化高度變化速度變化偏航變化俯仰變29動態(tài)掃描圖像的變形動態(tài)掃描圖像的變形30地球曲率的變形圖示地球曲率引起的像點位移類似于地形起伏引起的像點位移。Δh看作是一種系統(tǒng)的地形起伏，就可以利用像點位移公式來估計地球曲率所引起的像點位移地球曲率的變形圖示地球曲率引起的像點位移類似于地形起伏引起的31大氣折光差整個大氣層不是一個均勻的介質，因此電磁波在大氣層中傳播時的折射率也隨高度的變化而變化，使電磁波傳播的路徑不是一條直線而變成了曲線，從而引起像點的位移，這種像點移位就是大氣折光差大氣折光差整個大氣層不是一個均勻的介質，因此電磁波在大氣層中322、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）計算校正后每一點所對應原圖中的位置；2）計算每一點的亮度值。計算方法1）建立兩圖像像元點之間的對應關系；2）求出原圖所對應點的亮度：最近鄰法、雙線性內插法、三次卷積內插法。

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332、幾何畸變校正控制點的選取數目的確定:最小數目；6倍于最小數目。選擇的原則易分辨、易定位的特征點：道路的交叉口，水庫壩址，河流彎曲點等。特征變化大的地區(qū)應多選些。盡可能滿幅均勻選取。2、幾何畸變校正控制點的選取34第三節(jié)遙感數字圖像增強一、彩色變換把數字圖像組合轉換成彩色圖形，或者把各種增強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；彩色合成第三節(jié)遙感數字圖像增強一、彩色變換35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合適，可以較好地區(qū)分地物類別。處理過程效果分析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，36處理過程輸入圖像顯示直方圖確定分割的等級數，并計算分割的間距像元亮度值轉換為像元新值賦色HOME處理過程輸入圖像顯示直方圖確定分割的等級數，并計算分割的間距37以不同的色彩表示圖像的色調變化，增強了圖像的顯示能力同一地物或現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，造成判讀錯誤。HOME效果分析以不同的色彩表示圖像的色調變化，增強了圖像的顯示能力HOME382、多波段色彩變換概念：利用計算機將同一地區(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行單基色變換，在彩色屏幕上進行疊置，從而構成彩色合成圖像。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2、多波段色彩變換概念：利用計算機將同一地區(qū)不同波段的圖像存39彩色合成演示彩色合成演示40ColourCompositesColourComposites41ColourCompositesAcolourcompositeisacolourimageproducedthroughopticalcombinationofmultibandimagesbyprojectionthroughfilters.TrueColourComposite:Acolourimagingprocesswherebythecolouroftheimageisthesameasthecolouroftheobjectimaged.FalseColourComposite:Acolourimagingprocesswhichproducesanimageofacolourthatdoesnotcorrespondtothetruecolourofthescene(asseenbyoureyes).ColourCompositesAcolourcomp42四-遙感圖像處理課件43四-遙感圖像處理課件44TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7LandsatTM5sub-sceneshowingtheregionaroundtheAlpinforschungszentrumRudolfshütteTM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7LandsatT45TM7,4,1TM5,7,2TM5,4,3TM4,3,2TMTMTMTM463、HLS變換RGB模式與HLS模式將RGB模式轉換成HLS模式，對于定量地表示色彩特性，以及在應用程序中實現兩種表達方式的轉換具有重要意義。3、HLS變換RGB模式與HLS模式47二、對比度變換直方圖與圖像的質量概念：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）拉開擴展，擴大圖像反差的對比度，增強圖像表現的層次性。又叫輻射增強。方法：對比度線性變換和非線性變換。二、對比度變換直方圖與圖像的質量48二、對比度變換線性變換：在改善圖像對比度時，如果采用線性或分段線性的函數關系，那么這種變換就是線性變換。調整線性參數，改變變換效果分段式線性變換非線性變換：變換函數為非線性函數時，即為非線性變換。二、對比度變換線性變換：在改善圖像對比度時，如果采用線性或分49Alinearstretchinvolvesidentifyinglowerandupperboundsfromthehistogram(usuallytheminimumandmaximumbrightnessvaluesintheimage)andapplyingatransformationtostretchthisrangetofillthefullrange.

Alinearstretchinvolvesiden50Thisgraphicillustratestheincreaseincontrastinanimagebefore(left)andafter(right)alinearcontraststretch.

Thisgraphicillustratesthe51Iftheinputrangeisnotuniformlydistributed.Inthiscase,ahistogram-equalizedstretchmaybebetter.Thisstretchassignsmoredisplayvalues(range)tothefrequentlyoccurringportionsofthehistogram.Inthisway,thedetailintheseareaswillbebetterenhancedrelativetothoseareasoftheoriginalhistogramwherevaluesoccurlessfrequentlyIftheinputrangeisnotunif52Thisgraphicillustratestheratherunevenincreaseincontrastinanimagebefore(left)andafter(right)ahistogramequalizedstretch.

Thisgraphicillustratesthe53三、空間濾波以重點突出圖像上某些特征為目的。濾波增強的原理:任何一個復雜的波形曲線都可以分解成具有不同頻率（波長）的較為簡單的波形曲線。概念:根據需要，舍棄不需要的頻率曲線，選擇適宜和需要的頻率波形曲線，重新構成新的圖像，使一些地物或現象得到突出顯示。三、空間濾波以重點突出圖像上某些特征為目的。54三、空間濾波空間濾波：以突出圖像上的某些特征為目的，通過像元與周圍相鄰像元的關系，采取空間域中的鄰域處理方法進行圖像增強方法。遙感圖像處理方法中“空間濾波”主要包括平滑和銳化。圖像卷積運算：在圖像的左上角開一個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。三、空間濾波空間濾波：以突出圖像上的某些特征為目的，通過像元55Acommonfilteringinvolvesmovinga‘window’（活動窗口）ofafewpixelsindimension(e.g.3x3,5x5,etc.)overeachpixelintheimage,applyingamathematicalcalculationusingthepixelvaluesunderthatwindow,andreplacingthecentralpixelwiththenewvalue.Acommonfilteringinvolvesmo56四-遙感圖像處理課件57Alow-passfilter（低通濾波）

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

theappearanceofanimage.

Alow-passfilter（低通濾波）isdes58Ahigh-passfilter

（高通濾波）doestheopposite,andservestosharpentheappearanceoffinedetailinanimage.

Ahigh-passfilter（高通濾波）does591、平滑--圖像中出現某些亮度值過大的區(qū)域，或出現不該有的亮點時，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。比值平滑：將每個像元在以其為中心的區(qū)域內，取平均值來代替該像元值，以達到去掉尖銳“噪聲”和平滑圖像的目的。中值濾波：將每個像元在以其為中心的鄰域內，取中間亮度值來代替該像元值，以達到去掉尖銳“噪聲”和平滑圖像的目的。1、平滑--圖像中出現某些亮度值過大的區(qū)域，或出現不該有的亮602、銳化—突出圖像的邊緣、線性目標或某些亮度變化率大的部分。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2、銳化—突出圖像的邊緣、線性目標或某些亮度變化率大的部分。61EdgeEnhancementedgeenhancementmathematicallymanipulatesanimagetoprovideanewimageinwhichedgesaremadetostandout.

EdgeEnhancementedgeenhanceme62Smoothingsmoothingaveragesthevaluesofthepixelanditsneighbors.Ifthereis‘noise’intheimage(randompixelwithrandomvalues)thesmoothingprocesswillremovethese.

Smoothingsmoothingaveragesth63四、圖像運算概念：兩幅或多幅單波段影像，完成空間配準后，通過一系列運算，可以實現圖像增強，達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。四、圖像運算概念：兩幅或多幅單波段影像，完成空間配準后，通過64比值運算：兩幅同樣行、列數的圖像，對應像元的亮度值相除（除數不為0）就是比值運算。該運算常用于突出遙感影像中的植被特征、提取植被類型或估算植被生物量，這種算法的結果稱為植被指數。常用算法：近紅外波段/紅波段;或（近紅外-紅）/（近紅外+紅）.對于區(qū)分和增強光譜亮度值雖不明顯，而不同波段的比值差異較大的地物有明顯效果。比值處理的方式：根據實際情況，采取加、減、乘、除四則運算。差值運算：兩幅同樣行、列數的圖像，對應像元的亮度值相減就是差值運算。比值運算：兩幅同樣行、列數的圖像，對應像元的亮度值相除（除數65五、多光譜變換多光譜變換:針對多光譜影象存在的一定程度上的相關性以及數據冗余現象，通過函數變換，達到保留主要信息，降低數據量,增強或提取有用信息目的的方法。其變換的本質:對遙感圖像實行線性變換，使光譜空間的坐標按一定規(guī)律進行旋轉。五、多光譜變換多光譜變換:針對多光譜影象存在的一定程度上的相661、K-L變換離散變換的簡稱，又稱主成分變換。它是對某一多光譜圖像X.利用K-L變換矩陣A進行線性組合,而產生一組新的多光譜圖像Y.K-L變換的特點:變換后的主分量空間與變換前的多光譜空間坐標系相比