遥感导论第四章.

第四章遥感图像处理2第一节光学原理与光学处理一、颜色视觉1、亮度对比和颜色对比（1）亮度对比：对象相对于背景的明亮程度。改变对比度，可以提高图象的视觉效果。（2）颜色对比：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，颜色的对比会产生不同的视觉效果。4不同色调的亮度变化相同色调的亮度变化最亮最暗亮暗3、颜色立体（1）颜色立体：中间垂直轴代表明度；中间水平面的圆周代表色调；圆周上的半径大小代表饱和度。图4.1（2）孟赛尔颜色立体：中轴代表无色彩的明度等级；在颜色立体的水平剖面上是色调；颜色立体中央轴的水平距离代表饱和度的变化。图4.2二、加色法与减色法1.颜色相加原理①三原色：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。②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。③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.图4.510加色法三原色减色法三原色11假彩色合成原理121.例如描述一个人身高为180cm；2.越高数字越大；3.用数字来量化身高；4.同样，可以用190尺来表示身高。132431801415318954150.45-0.52微米蓝绿波段；0.52-0.60微米绿色波段；0.63-0.69微米红色波段0.76-0.90微米近红外波；0.55-1.75微米中红外波段;2.08-2.35微米中红外波段16多光谱合成图像32143274317遥感影像的表现——多波段的显示色彩合成不同的波段赋予不同的原色18植物---主要反射绿色波段和近红外波段绿波段用蓝色表示，近红外用红色表示；蓝色+红色=品红；近红外波段——红色红色波段——绿色绿色波段——蓝色19遥感影像的表现形式——SPOT多光谱合成结果近红外波段——红色红色波段——绿色绿色波段——蓝色亮青色：裸露土地暗青色：成熟作物或叶子干枯的植物红色：生长期的植物黑色：水20遥感影像的表现形式——TM多光谱合成结果常用的波段组合特点红绿蓝321真彩色：可见光组成，符合人眼对自然物体的观察习惯。对于水体和人工地物表现突出。432假彩色：城市地区，植被种类。543假彩色：增强对植被的识别743假彩色：增强对植被的识别，以及矿物、岩石类别的区分。第二节数字图像的校正遥感数字图像处理：利用计算机对遥感图像及其资料进行的各种技术处理。数字图像处理的优点快捷、准确、客观地提取遥感信息适应地理信息系统的发展一、数字图像及其直方图遥感数据有光学图像和数字图像之分。数字图像：能被计算机存储、处理和使用的用数字表示的图像。(数字量)光学图像：普通像片那样的灰度级及颜色连续变化的影像（模拟量）区别：模拟量是连续变量，而数字量是离散变量。？24像元：坐标数值行、列定义像元位置数值通常用8bits记录28=256灰度值范围为0-255每个像元是图像的基本元素遥感影像的表现25传感器量测的数值1显示灰度级暗亮2对应的彩色灰度级，从紫到红3设定数值和颜色对照表，根据需要给不同的灰度值以不同的颜色。遥感影像的表现——单波段的显示26遥感影像的表现遥感传感器利用不同的电磁波波段获得地面目标的光谱反射或者散射的值，以规则的格网记录，因此遥感影像的实质是记录亮度值的点的矩阵；每个格网是一个像元。例如标准一景SPOT影像是60KMX60KM，全色波段的分辨率为10M（代表地面10MX10M的范围），其格网的行列数为：6000X6000。其位置由格网所在的行列号代表。格网的数值=像元值=亮度值=灰度27一景Landsat5/TM影像，7个波段。可见光和近红外的每个波段大小为6166*6166，代表地面185*185km的范围。那么存储7个波段需要多大的空间？28给定一幅模拟图像，如何存储至计算机？29一、数字图像及其直方图2.数字化：将连续的图像变化，作等间距的抽样和量化。通常是以像元的亮度值表示。数字量和模拟量的本质区别：连续变量，离散变量。把模拟影像分割成同样形状的小单元，以各个小单元的平均亮度值或中心部分的亮度值作为该单元的亮度值进行数字化的影像。把前一部分的空间离散化处理叫采样（sampling），而后一部分的亮度值的离散化处理叫量化（quantization），以上两种过程结合起来叫影像的数字化（digitization）。30采样采样的原理31采样32量化量化的概念4.数字图像直方图：以每个像元为单位，表示图像中各亮度值或亮度值区间像元出现的频率的分布图。5.直方图的作用：直观地了解图像的亮度值分布范围、峰值的位置、均值以及亮度值分布的离散程度。直方图的曲线可以反映图像的质量差异。正态分布：反差适中，亮度分布均匀，层次丰富，图像质量高。偏态分布：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，以达到图像增强的目的。34频率灰度值频率F=每个灰度值出现的次数总像元数X100%遥感影像增强灰度级直方图低反射高反射反差：最大灰度值和最小灰度值之差。直方图范围窄，说明反差很小；直方图延伸很宽，表明反差大二、辐射校正（Radiometriccorrection）1.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、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。只有进行了辐射校正，才能保证探测器的精度能够满足应用需求，保证探测器的输出反映被测量值的真实变化，校正探测器性能的自然衰变对测量结果的影响，从而得到较精确的遥感影像。•传感器系统工作产生的误差导致接受的图像不均匀，产生Striping（条带化）或drift（漂移）以及掉线等情况（MSS上可见）1）传感器本身的影响：2）大气的影响2.影响辐射畸变的因素3.大气影响的定量分析：（1）无大气的亮度：（2）大气吸收影响；L1λ（3）大气散射后经过地物反射进入传感器；Lpλ（4）大气散射直接进入传感器；L2λ大气的主要影响？大气的主要影响是减少了图像的对比度，使原始信号和背景信号都增加了因子，图像质量下降。394.大气影响的粗略校正：精确的校正公式需要找出每个波段像元亮度值与地物反射率的关系。为此需得到卫星飞行时的大气参数，以求出透过率Tθ、Tφ等因子。如果不通过特别的观测，一般很难得到这些数据，所以，常常采用一些简化的处理方法，只去掉主要的大气影响，使影像质量满足基本要求。通过简单的方法去掉程辐射度（散射光直接进入传感器的那部分），从而改善图像质量。直方图最小值去除法回归分析法:校正的方法是将波段b中每个像元的亮度值减去a，来改善图像，去掉程辐射。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。P103几何畸变是平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲等作用的结果。1、遥感影像变形的原因①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。P104②地形起伏的影响：产生像点位移。③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。④大气折射的影响：产生像点位移。⑤地球自转的影响：产生影像偏离。43（1）遥感平台运动状态变化航高：当平台运动过程中受到力学因素影响，产生相对于原标准航高的偏离，或者说卫星运行的轨道本身就是椭圆的。航高始终发生变化，而传感器的扫描视场角不变，从而导致影像扫描行对应的地面长度发生变化。航高越向高处偏离，影像对应的地面越宽44航速：卫星的椭圆轨道本身就导致了卫星飞行速度的不均匀，其他因素也可导致遥感平台航速的变化。航速快时，扫描带超前，航速慢时，扫描带滞后，由此可导致影像在卫星前进方向上（影像上下方向）的位置错动。45俯仰：遥感平台的俯仰变化能引起影像上下方向的变化，即星下点俯时后移，仰时前移，发生行间位置错动。46翻滚：遥感平台姿态翻滚是指以前进方向为轴旋转了一个角度。可导致星下点在扫描线方向偏移，使整个影像的行向翻滚角引起偏离的方向错动。47偏航：指遥感平台在前进过程中，相对于原前进航向偏转了一个小角度，从而引起扫描行方向的变化，导致影像的倾斜畸变。481、遥感影像变形的原因①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。P104②地形起伏的影响：产生像点位移。③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。④大气折射的影响：产生像点位移。⑤地球自转的影响：产生影像偏离。49地球曲率的变形图示一是像点位置的移动，当选择的地图投影平面是地球的切平面时，使地面点P0相对于投影平面点P有一高差△h。50二是像元对应于地面宽度的不等。由于传感器通过扫描取得数据，在扫描过程中每一次取样间隔是星下视场角的等分间隔。如果地面无弯曲，在地面瞬时视场宽度不大的清况下，L1，L2，L3，…的差别不大。但由于地球表面曲率的存在，对应于地面的P1，P2，P3，…，显然P3-P1＞L3-L1，距星下点越远畸变越大，对应地面长度越长。像元对应于地面宽度的不等511、遥感影像变形的原因①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。P104②地形起伏的影响：产生像点位移。③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。④大气折射的影响：产生像点位移。⑤地球自转的影响：产生影像偏离。52图像对应地面实际地面2、几何畸变校正53图像像元大小与地面尺寸不一校正为：图像像元大小与对应地面尺寸一致54几何粗校正：地面接收站在提供给用户资料前，已按常规处理方案与图像同时接收到的有关运行姿态、传感器性能指标、大气状态、太阳高度角对该幅图像几何畸变进行了校正。几何精校正：利用地面控制点进行的几何校正称为几何精校正。也称图像纠正，其目的是改正原始影像的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像。2、几何畸变校正(P107)2、几何畸变校正①基本思路：把存在几何畸变的图像，纠正成符合某种地图投影的图像，且要找到新图像中每一像元的亮度值。②具体步骤1）计算校正后每一点所对应原图中的位置；2）计算每一点的亮度值。③计算方法1）建立两图像像元点之间的对应关系；2）求出原图所对应点的亮度：最近邻法、双线性内插法、三次卷积内插法。基本环节有两个：一是像素坐标变换；二是像素亮度重采样。562022201101100020222011011000),(),(xvbubuvbvbubbvufyvauauvavauaavufyxx,y为校正前的影像坐标；u,v为变换后对应的坐标；二次多项式间接法纠正变换公式为：2、几何畸变校正④控制点的选取(P111)数目的确定:最小数目；6倍于最小数目。选择的原则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。特征变化大的地区应多选些。尽可能满幅均匀选取。58遥感图像的几何变形有两层含义一是指卫星在运行过程中，由于姿态、地球曲率、地形起伏、地球旋转、大气折射、以及传感器自身性能所引起的几何位置偏差。二是指图像上像元的坐标与地图坐标系统中相应坐标之间的差异。第三节遥感数字图像增强一、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61TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7LandsatTM5sub-sceneshowingtheregionaroundtheAlpinforschungszentrumRudolfshütte62TM7,4,1TM5,7,2TM5,4,3TM4,3,2二、