遥感图像处理.pptx

原因：辐射畸变畸变由于遥感检测系统、大气散射和吸收等原因引起的图像模糊失真、分辩率和对比度下降等辐射失真；几何变形变形是由于搭载传感器的遥感平台飞行资态变化、地球自传、地球曲率等原因引起的图像几何益畸变。第1页/共53页3.1 数字图像基础知识一、数字图像和图像数字化（一）数字图像的概念 早期的遥感技术通过摄影成像方法得到的像片称之为光学图像。能在计算机里存储、运算、显示和输出的图像称为数字图像。光学图像可以看成是由无数个很小的单元点子（像元）组成的，每个单元点子的明暗程度记录了成像瞬间对应的物体的反射光强度（灰度），在遥感图像其实质就是探测范围内电磁辐能量分布图。第2页/共53页数字方法表示图像：O图像xy(x,y)表示像元的位置；f(x,y)表示（x,y)位置上的对应地物电磁辐射强度。对于模拟图像,x,y,f(x,y)的取值是连续的。第3页/共53页O图像xy1234213456Pixel 要经过“离散化”取样才能变成计算机可存储和运算的数字图像。函数f(x,y)的取值：离散整数取样是根据需要，将灰度空间分成2n级（目前n的取值有1、4、7、8，甚至更多），然后根据方格内电磁辐射强弱取其平均值整数作为函数f(x,y)的值。第4页/共53页一幅模拟图像表示为数字图像其实质是一个数字矩阵。数字矩阵可以计算机里进行存储和运算。第5页/共53页（二）图像数字化 一幅光学图像经过上述离散取样，转化为数字图像的过程即图像数字化。图像的数字化内容：（1）图像空间位置的数字化，即图像的空间取样。（2）图像灰度的数字化，即指从图像灰度的连续变化中进行离散的采样，目前经常使用的灰度量度有32级，64级，128级，256级。除光学图像可以数字化为数字图像外，更多的遥感图像源于传感器获得后直接的数字产品，如SPOT,MSS,TM,ETM等航天遥感数字。第6页/共53页（三）灰度直方图用平面直角坐标系表示一幅灰度范围为0-n数字图像像元灰度分布状态。横轴表示灰度级，纵轴（Pi=mi/M)表示灰度级为gi的像元个数mi占像元总数的百分比。将2n个Pi绘于图上，所形成的统计直方图叫灰度直方图。第8页/共53页通过灰度直方图可以直观地了解图像增强的效果。第10页/共53页正态分布：正态分布：反差适中，亮度分布均匀，层次丰富，图像质量高。反差适中，亮度分布均匀，层次丰富，图像质量高。偏态分布：偏态分布：图像偏亮或偏暗，层次少，质量较差。图像偏亮或偏暗，层次少，质量较差。小结 图像直方图是描述图像质量的可视图像直方图是描述图像质量的可视化图表。在图像处理中，可以通过调整图像化图表。在图像处理中，可以通过调整图像直方图的形态，改善图像显示的质量，以达直方图的形态，改善图像显示的质量，以达到图像增强的目的。到图像增强的目的。第11页/共53页二、辐射校正二、辐射校正（Radiometric correction）1.1.辐射畸变：辐射畸变：地物目标的光谱反射率的差异在实际测量时，受到传感器本身、地物目标的光谱反射率的差异在实际测量时，受到传感器本身、大气辐射等其他因素的影响而发生改变。这种改变称为辐射畸变。大气辐射等其他因素的影响而发生改变。这种改变称为辐射畸变。2.2.影响辐射畸变的因素影响辐射畸变的因素传感器本身的影响：导致图像不均匀，产生条纹和噪音。传感器本身的影响：导致图像不均匀，产生条纹和噪音。大气对辐射的影响大气对辐射的影响第13页/共53页第14页/共53页 Dropped lines occur when there are systems errors which result in Dropped lines occur when there are systems errors which result in missing or defective data along a scan line.missing or defective data along a scan line.Dropped lines are normally corrected by replacing the line with the pixel Dropped lines are normally corrected by replacing the line with the pixel values in the line above or below,or with the average of the two.values in the line above or below,or with the average of the two.第15页/共53页5.2 图像辐射校正一、系统辐射校正（一）光学摄影机内部辐射误差校正（二）光电扫描仪内部辐射误差的校正 二、大气校正定义：指消除主要由大气散射引起的辐射误差的处理过程。（一）公式法（二）回归分析法（三）直方图校正法注：由于辐射校正模型存在较大误差，所以多数模型争议较大。第16页/共53页三、几何校正三、几何校正几何畸变：遥感图像的几何位置上发生变化，产生诸如行列不均匀，像元大小与地面大小对应不准确，地物形状不规则变化等变形。几何畸变是平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲等作用的结果。第17页/共53页第18页/共53页1、遥感影像变形的原因、遥感影像变形的原因遥感平台位置和运动状态变化的影响：航高、航速、俯仰、翻滚、偏航。地形起伏的影响：产生像点位移。地球表面曲率的影响：一是像点位置的移动；二是像元对应于地面宽度不等，距星下点愈远畸变愈大，对应地面长度越长。大气折射的影响：产生像点位移。地球自转的影响：产生影像偏离。第19页/共53页二、遥感图像几何校正原理二、遥感图像几何校正原理 遥感图像几何校正包括遥感图像几何校正包括光学校正光学校正和和数字纠正数字纠正两种方法。两种方法。数字纠正数字纠正是通过计算机对图像每个像元逐个地解析纠正处理完成的，其包括两是通过计算机对图像每个像元逐个地解析纠正处理完成的，其包括两方面：一是方面：一是像元坐标变换；像元坐标变换；二是二是像元灰度值重新计算（重采样）。像元灰度值重新计算（重采样）。（一）坐标变换的两种方案（一）坐标变换的两种方案 首先要确定原始图像和纠正后图像之间的坐标变换关系。对其包括：首先要确定原始图像和纠正后图像之间的坐标变换关系。对其包括：直接法：直接法：从原始图像阵列出发，依次对其中每一个像元分别计算其在输出（纠从原始图像阵列出发，依次对其中每一个像元分别计算其在输出（纠正后）图像的坐标，即：正后）图像的坐标，即：第20页/共53页式中，x,y为P点原始图像的行数和列数；X，Y为P在新图像中的坐标（即地面坐标系），并把P（x,y)的灰度值重新计算后送到P（X，Y）位置上去。间接法：从空白图像阵列出发，依次计算每个像元P（X，Y）在原始图像中的位置P（x,y），然后把该点的灰度值计算后返送给P(X,Y)。其纠正公式为：第21页/共53页(二）输出图像的边界大小输出图像边界的地面坐标值是由包括纠正后图像在内的最小长方形范围来确定的。第22页/共53页2 2 数字图象纠正的处理过程数字图象纠正的处理过程 1）准备工作。包括图象数据、地图资料、大地测量成果、航天器轨道参数和传感器参数的收集分析以及所需控制点的选择和量测等。2）原始图象输人。若是卫星图象数据，可按规定的格式用专门的程序读入计算机。3）纠正变换函数的建立。根据所采用数学模型的不同确定不同的纠正方法，如多项式法、共线方程法等。4）纠正后影象的输出。可以利用图象输出装置直接从计算机产生各种形式的输出景象。第23页/共53页3 3、数字图像几何校正方法、数字图像几何校正方法数字图像几何校正方法有多项式纠正法和共线方程纠正法。前者常用。多项式纠正法的基本思想：回避成像的空间几何过程，而真接对图像变形的本身进行数学模拟。常用的二元齐次多项式纠正变换方程为：式中，x,y为某像元的原始图像坐标；X,Y为纠正后同名点的地面（或地图）坐示；ai,bi为多项式系（i=0,1,2第24页/共53页 实际工作中，多项式系数求出后，根据上述公式可以求解原始图像任一像元的坐标，并对图像灰度进行内插，获取某种投影的纠正图像。一般选择最小控制点的数量为:(n+1)(n+2)/2,为多项式次数。第25页/共53页3、控制点的选取控制点的选取 数目的确定:最小数目；6倍于最小数目。选择的原则1、易分辨、易定位的特征点：道路的交叉口，水库坝址，河流弯曲点等。2、特征变化大的地区应多选些。3、尽可能满幅均匀选取。4、不随时间变化。第26页/共53页4 多项式纠正模型第27页/共53页5 重采样1）最邻近法：将最邻近的像元值赋予新像元。l2）双线性内插法：将邻近的4个像元值，按其距离赋予不 同的权重，进行线性内插。3）三次卷积：将邻近的16个像元值，按三次卷积函数，进行内插。第28页/共53页第二节第二节 光学原理与光学处理光学原理与光学处理一、颜色视觉一、颜色视觉1 1、亮度对比和颜色对比、亮度对比和颜色对比（1 1）亮度对比亮度对比：对象相对于背景的的明亮程度。改变对对象相对于背景的的明亮程度。改变对比度，可以提高图象的视觉效果比度，可以提高图象的视觉效果。（2 2）颜色对比：颜色对比：在视场中，相邻区域的不同颜色的相互在视场中，相邻区域的不同颜色的相互影响叫做颜色对比。两种颜色相互影响的结果，使影响叫做颜色对比。两种颜色相互影响的结果，使每种颜色会向其影响色的补色变化。在两种颜色的每种颜色会向其影响色的补色变化。在两种颜色的边界，对比现象更为明显。因此，颜色的对比会产边界，对比现象更为明显。因此，颜色的对比会产生不同的视觉效果。生不同的视觉效果。第29页/共53页2 2、颜色的性质：、颜色的性质：所有颜色都是对某段波长有选择地反射而对其他波所有颜色都是对某段波长有选择地反射而对其他波长吸收的结果。长吸收的结果。颜色的性质由明度颜色的性质由明度(I)(I)、色调、色调(H)(H)、饱和度、饱和度(S)(S)来描来描述。述。（1 1）明度：）明度：是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。物体反射率越高，明度就越高。物体反射率越高，明度就越高。（2 2）色调：）色调：是色彩彼此相互区分的特性。是色彩彼此相互区分的特性。（3 3）饱和度：）饱和度：是色彩纯洁的是色彩纯洁的 程度，即光谱中波程度，即光谱中波长段是否窄，频率是否单一的表示。长段是否窄，频率是否单一的表示。第30页/共53页第31页/共53页第32页/共53页第33页/共53页二、加色法与减色法二、加色法与减色法1.颜色相加原理颜色相加原理三原色(RGB)：若三种颜色，其中的任一种都不能由其余二种颜色混合相加产生，这三种颜色按一定比例混合，可以形成各种色调的颜色，则称之为三原色。红、绿、蓝。互补色：若两种颜色混合产生白色或灰色，这两种颜色就称为互补色。黄和蓝、红和青、绿和品红。色度图：可以直观地表现颜色相加的原理,更准确地表现颜色混合的规律.第34页/共53页加色法三原色减色法三原色第35页/共53页不同色调的亮度变化相同色调的亮度变化最亮最暗亮暗第36页/共53页 三、三、光学增强处理光学增强处理1.彩色合成彩色合成2.光学增强处理光学增强处理3.光学信息的处理光学信息的处理图像的相加和相减图像的相加和相减遥感黑白影象的假彩色编码遥感黑白影象的假彩色编码第37页/共53页第三节第三节 遥感数字图像增强遥感数字图像增强（Image Enhancement）一、彩色变换一、彩色变换把数字图像组合转换成彩色图形，或者把各种增强或分类图像组合叠加，以彩色图像显示出来。（彩色的视觉分辨能力比黑白高）方法：假彩色密度分割；彩色合成第38页/共53页概念：概念：单波段黑白遥感图像可按亮度分层，对每层赋予不同的色彩，使之成为一幅彩色图像。这种方法又叫密度分割。分层方案的确定：分层方案的确定：分层方案与地物光谱差异对应合适，可以较好地区分地物分层方案与地物光谱差异对应合适，可以较好地区分地物类别。类别。处理过程处理过程效果分析效果分析1、单波段彩色变换（假彩色密度分割）、单波段彩色变换（假彩色密度分割）第39页/共53页2 2、多波段色彩变换、多波段色彩变换概念：利用计算机将同一地区不同波段的图像存放在不同通道的存储器中，并依照彩色合成原理，分别对各通道的图像进行单基色变换，在彩色屏幕上进行叠置，从而构成彩色合成图像。合成方案：彩色合成图像分为真彩色图像和假彩色图像。方法演示第42页/共53页第43页/共53页第44页/共53页TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7Landsat TM 5 sub-scene showing the region around the Alpinforschungszentrum Rudolfshtte第45页/共53页TM7,4,1TM5,7,2TM5,4,3TM4,3,2第46页/共53页3、图像运算、图像运算概念：两幅或多幅单波段影像，完成空间配准后，通过一系列运算，可以实现图像增强，达到提取某些信息或去掉某些不必要信息的目的。原理：地物不同波段的光谱差异。第47页/共53页1.比值运算：两幅同样行、列数的图像，对应像元的亮度值相除（除数不为0）就是比值运算。该运算常用于突出遥感影像中的植被特征、提取植被类型或估算植被生物量，这种算法的结果称为植被指数。常用算法：近红外波段/红波段;或（近红外-红）/（近红外+红）.对于区分和增强光谱亮度值虽不明显，而不同波段的比值差异较大的地物有明显效果。比值处理的方式：根据实际情况，采取加、减、乘、除四则运算。2.差值运算：两幅同样行、列数的图像，对应像元的亮度值相减就是差值运算。第48页/共53页Figure 3.NDVI image of Arizona from the MODIS sensor acquired on March 14,2002.NDVI=(NIR Red)/(NIR+Red).第49页/共53页二、空间域增强处理定义：空间域指图像平面所在的二维空间，空间域图像增强是指在图像平面上应用某种数学模型，通过改变图像像元灰度值达到增强效果。（这种增强并不改变像元的位置）q 反差增强 反差增强又称对比度增强或点增强。主要通过改变图像灰度分布态势，扩展灰度分布区间，达到增加反差的目的。线性增强 若增强前后灰度函数关系符合以下线性关系式，则称为线性增强，也称“线性拉伸”：第50页/共53页为增强后灰度值；为增强前灰度值；为常数；此变换过程和结果可用图表示：第51页/共53页第52页/共53页感谢您的观看！第53页/共53页