遙感圖像處理(ppt)

1、第四章 遙感圖像處理第一節(jié) 光學(xué)原理與光學(xué)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(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。 顏色的性質(zhì)由明度、色調(diào)、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(diào)：是色彩彼此相互區(qū)分的特性。 （

2、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。 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(diào)；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(diào)；顏色歷代中央軸的水平距離代表飽和度的變化。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(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)?；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。色度圖：可以直觀地表現(xiàn)顏色相加的原理,

3、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的過程.顏色相減原理:當(dāng)兩塊濾光片組合產(chǎn)生顏色混合時(shí),入射光通過每一濾光片時(shí)都減掉一部分輻射，最后通過的光是經(jīng)過多次減法的結(jié)果.加色法與減色法的區(qū)別:減法三原色:黃、品紅、青三、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)，是遙感圖像處理的重要方法之一。計(jì)算機(jī)圖像處理的優(yōu)點(diǎn)在于速度快、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。 三、光學(xué)增強(qiáng)處理彩色合成加色法彩色合成減色法彩色合成光學(xué)增強(qiáng)處理光學(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合成儀法

4、：是將不同波段的黑白透明片分別放入有紅、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。 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。HOME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)

5、到信息增強(qiáng)目的的方法。改變對比度：使用兩張同波段同地區(qū)的負(fù)片（或正片）進(jìn)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(shí)相同一地區(qū)的正負(fù)片影像疊合掩膜，當(dāng)被疊合影像反差相同時(shí)，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(fù)片疊合，疊合配準(zhǔn)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遙感黑白影象的假彩色編碼將黑白圖像經(jīng)過光柵進(jìn)行依次編碼處理，將振幅型編碼

6、圖像轉(zhuǎn)換成位相型編碼圖像。將位相介質(zhì)片放入非相干光信息處理系統(tǒng)的輸入平面，經(jīng)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(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)效果。HOME第二節(jié) 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。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)展一、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)據(jù)圖像之分。數(shù)字圖像是能被計(jì)算機(jī)存儲、處理和使用的用數(shù)字表示的圖像。數(shù)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(shù)字量和模擬量的本質(zhì)區(qū)別：連續(xù)變量，離散變量。數(shù)

7、字圖像的表示：矩陣函數(shù)數(shù)字圖象HOME數(shù)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(xiàn)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(zhì)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(zhì)量高。偏態(tài)分布：圖像偏亮或偏暗，層次少，質(zhì)量較差。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。直方圖The Image HistogramIn raw imagery, the useful data often

8、populates only a small portion of the available range of digital values (commonly 8 bits or 256 levels). Contrast enhancement involves changing the original values so that more of the available range is used, thereby increasing the contrast between targets and their backgrounds. The key to understan

9、ding contrast enhancements is to understand the concept of an image histogramA histogram is a graphical representation of the brightness values that comprise an image. The brightness values (i.e. 0-255) are displayed along the x-axis of the graph. The frequency of occurrence of each of these values

10、in the image is shown on the y-axis. HOME二、輻射校正（Radiometric correction ）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。影響輻射畸變的因素傳感器本身的影響：導(dǎo)致圖像不均勻，產(chǎn)生條紋和噪音。大氣對輻射的影響Striping was common in early Landsat MSS data due to variations and drift in the response over time of the six MSS detector

11、s. The drift was different for each of the six detectors, causing the same brightness to be represented differently by each detector. The corrective process made a relative correction among the six sensors to bring their apparent values in line with each otherDropped lines occur when there are syste

12、ms errors which result in missing or defective data along a scan line. 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. 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。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

13、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的地區(qū)，而事實(shí)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(qiáng)，從而提高了圖像質(zhì)量。HOME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。Geometri

14、c CorrectionAll remote sensing imagery are inherently subject to geometric distortions. These distortions may be due to several factors, including: the perspective of the sensor optics; the motion of the scanning system; the motion of the platform; the platform altitude, attitude, and velocity; the

15、terrain relief; and, the curvature and rotation of the Earth. Geometric corrections are intended to compensate for these distortions so that the geometric representation of the imagery will be as close as possible to the real world. The geometric registration process involves identifying the image c

16、oordinates (i.e. row, column) of several clearly discernible points, called ground control points (or GCPs), in the distorted image (A - A1 to A4), and matching them to their true positions in ground coordinates (e.g. latitude, longitude). The true ground coordinates are typically measured from a ma

17、p (B - B1 to B4), either in paper or digital format.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)所對應(yīng)原圖中的位置； 2）計(jì)算每一點(diǎn)的亮度值。計(jì)算方法 1）建立兩圖

18、像像元點(diǎn)之間的對應(yīng)關(guān)系； 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。 2、幾何畸變校正控制點(diǎn)的選取數(shù)目的確定:最小數(shù)目；6倍于最小數(shù)目。選擇的原則易分辨、易定位的特征點(diǎn)：道路的交叉口，水庫壩址，河流彎曲點(diǎn)等。特征變化大的地區(qū)應(yīng)多選些。盡可能滿幅均勻選取。Spatial Feature Image EnhancementEnhancements are used to make it easier for visual interpretation and understanding of imagery. The advantage of digital imager

19、y is that it allows us to manipulate the digital pixel values in an imageThere are three main types of image enhancement:Contrast enhancementSpatial feature enhancementMulti-image enhancement第三節(jié) 遙感數(shù)字圖像增強(qiáng)一、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；彩色合成概念：單波段黑白遙感圖像可按亮度分層，

20、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1、單波段彩色變換（假彩色密度分割）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，造成判讀錯誤。HOME效果分析2、多波段色彩變換概念：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

21、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Colour CompositesColour CompositesA colour composite is a colour image produced through optical combination of multiband images by projection through filters.True Colour Composite: A colour imaging process whereby the colour of the image is the sa

22、me as the colour of the object imaged.False Colour Composite: A colour imaging process which produces an image of a colour that does not correspond to the true colour of the scene (as seen by our eyes). TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7Landsat TM 5 sub-scene showing the region around the Alpinforschungszentrum

23、RudolfshtteTM7,4,1TM5,7,2TM5,4,3TM4,3,2ERDAS彩色合成演示3、HLS變換RGB模式與HLS模式將RGB模式轉(zhuǎn)換成HLS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。二、對比度變換直方圖與圖像的質(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。二、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

24、種變換就是線性變換。調(diào)整線性參數(shù)，改變變換效果分段式線性變換非線性變換：變換函數(shù)為非線性函數(shù)時(shí)，即為非線性變換。A linear stretch involves identifying lower and upper bounds from the histogram (usually the minimum and maximum brightness values in the image) and applying a transformation to stretch this range to fill the full range. This graphic illustrate

25、s the increase in contrast in an image before (left) and after (right) a linear contrast stretch. If the input range is not uniformly distributed. In this case, a histogram-equalised stretch may be better. This stretch assigns more display values (range) to the frequently occurring portions of the h

26、istogram. In this way, the detail in these areas will be better enhanced relative to those areas of the original histogram where values occur less frequentlyThis graphic illustrates the rather uneven increase in contrast in an image before (left) and after (right) a histogram equalised stretch. 三、空間

27、濾波以重點(diǎn)突出圖像上某些特征為目的。濾波增強(qiáng)的原理:任何一個復(fù)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(jù)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(gòu)成新的圖像，使一些地物或現(xiàn)象得到突出顯示。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(guān)系，采取空間域中的鄰域處理方法進(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。Spatial FilteringSpatial filtering encompasses another s

28、et of digital processing functions which are used to enhance the appearance of an image. Spatial filters are designed to highlight or suppress（抑制） specific features in an image based on their spatial frequency. Spatial frequency is related to the concept of image texture, and refers to the frequency

29、 of the variations in tone that appear in an imageA common filtering involves moving a window （活動窗口）of a few pixels in dimension (e.g. 3x3, 5x5, etc.) over each pixel in the image, applying a mathematical calculation using the pixel values under that window, and replacing the central pixel with the

30、new value. Image of CHURN FarmDaedalus 1268 ATM Channel 3A low-pass filter（低通濾波） is designed to emphasise larger, homogeneous areas of similar tone and reduce the smaller detail in an image. Thus, low-pass filters generally serve to smooth（平滑） the appearance of an image. A high-pass filter （高通濾波）doe

31、s the opposite, and serves to sharpen the appearance of fine detail in an image. Directional or edge detecting filters highlight linear features, such as roads or field boundaries. Vertical edges（垂直邊緣）Horizontal edgesDirectional Edge filters can also be designed to enhance features which are oriente

32、d in specific directions and are useful in applications such as geology, for the detection of linear geologic structures. 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)。比值平滑：將每個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。中值濾波：將每個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

33、緣、線性目標(biāo)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Low- and High-Pass FilteringWhen we look at spatial structure, we can usually see a characteristic length scale (e.g. size of fields, width and length of roads, etc)Images usually have features on lots of different l

34、ength scalesSometimes, instead of talking about “l(fā)ength scale”, we talk instead about “spatial frequency”.High frequencies correspond to short distance scales; low frequencies correspond to long distance scalesWe can describe the action of some filters in this way.Edge Enhancementedge enhancement ma

35、thematically manipulates an image to provide a new image in which edges are made to stand out. Smoothingsmoothing averages the values of the pixel and its neighbors. If there is noise in the image (random pixel with random values) the smoothing process will remove these. 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。比值運(yùn)算：兩幅同樣行、列數(shù)的圖像，對應(yīng)像元的亮度值相除（除數(shù)不為0）就是比值運(yùn)算。該運(yùn)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(jié)果稱為植被指數(shù)。常用算法：近紅外波段/紅波段