第六章遥感图像处理.

福建师范大学地理科学学院地球信息科学系第六章遥感图像处理6.1遥感图像基础6.2辐射校正6.3几何校正6.4遥感数字图像增强福建师范大学地理科学学院地球信息科学系1、颜色性质颜色的性质用明度、色调、饱和度（颜色三个最基本的特性）来描述。一、彩色图像特征（一)色彩概述第一节遥感图像基础福建师范大学地理科学学院地球信息科学系色调色调：是色彩彼此相互区分的特性。物体的色调决定于物体向外辐射的光谱组成，不同色调的物体具有不同的辐射光谱。光谱的色调决定于辐射的光谱组成对人眼所产生的感觉。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系饱和度饱和度：是指彩色的纯洁程度。图从左到右饱和度逐渐增大。物体的饱和度决定于其反射特性。反射光谱越窄，物体的饱和度越高。返回黑白图像只有明度的差别，没有色调和饱和度这两种特性。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系颜色立体A理想颜色立体：福建师范大学地理科学学院地球信息科学系互补色、三原色1）互补色：若两种颜色混合产生白色或灰色，这两种颜色称为互补色。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系2）三原色（三基色）：若三种颜色，其中任一种都不能由其余两种颜色混合相加产生，这三种颜色按一定比例混合，却可以形成各种色调的颜色，称为三原色或三基色。三原色通常采用红、绿、蓝三色430-470nm620-760nm500-560nm福建师范大学地理科学学院地球信息科学系2、彩色合成法彩色合成原理通常利用三种基本色光按一定比例混合叠加而成各种色彩，称为三基色合成。用三原色合成其它色彩的方法有两种（加色法、减色法）。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系1）加色法红绿蓝青白品黄加色法是以红、绿、蓝三原色的两种以上色光按一定比例混合，产生其它色彩.A两种基色光等量混合叠加，产生一种补色光;B红、蓝、绿三种基色光等量相加为白光;C当两种色光相加成为白光或灰色，为互补色;D非互补色色（光）不等量相加混合，产生中间色。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系绿蓝青黄红品黑2）减色法黄色＝红+绿＝白–品红＝红+蓝＝白-青＝蓝+绿＝白–青+品红＝白－黄+青＝白－黄+品红＝白-品红+青+黄＝白－是从自然光（白色光）中减去其中一种或两种基色光而生成色彩的方法。蓝色绿色红色（红+绿）＝蓝（蓝+红）＝绿＝黑（绿+红+蓝）（蓝+绿）＝红福建师范大学地理科学学院地球信息科学系（二）光学原理1、光学彩色合成（1）加色法彩色合成1）合成仪法：是将不同波段的黑白透明片分别放入有红、绿、蓝滤光片的光学投影通道中精确配准和重叠，生成彩色影像的过程。2）分层曝光法：指利用彩色胶片具有的三层乳剂，使每一层乳剂依次曝光的方法。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系（2）减色法彩色合成1）染印法：是一种使用浮雕片、接受纸和冲显染印药制作彩色合成影像的方法。2）重氮法：是利用重氮盐的化学反应处理彩色单波段影像透明片的方法，各波段图像可重叠阅读。3）印刷法：是利用彩色制版和印刷工艺，根据减色法原理进行的彩色合成。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系2、光学增强处理（1）改变对比度（2）相关掩膜处理方法（3）边缘突出（4）显示动态变化福建师范大学地理科学学院地球信息科学系二、彩色增强多波段彩色合成处理是依照彩色合成的原理，将同一地区或同一幅彩色图象不同波段的分光黑白图象，分别通过不同的滤光系统，并准确套准，生成彩色图象的技术。彩色合成可分为真彩色合成和假彩色合成。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系Landsat-7TM技术参数波段序号波长范围/微米波段名称地面分辨率/米10.45—0.52蓝色3020.52—0.6绿色3030.63—0.69红色3040.76—0.90近红外3051.55—1.75短波红外30610.4—12.5热红外6072.08—2.35短波红外30PAN0.50—0.90全色波段15福建师范大学地理科学学院地球信息科学系1、真彩色合成在进行彩色合成时，要保持分解和还原过程中所采用的滤光系统波段的一一对应关系，此时还原得到的彩色与原物体或景观的色彩一样，称为（真）彩色合成。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系利用数字技术合成真彩色图像时，是把红色波段的影像作为合成图像中的红色分量、把绿色波段的影像作为合成图像中的绿色分量、把蓝色波段的影像作为合成图像中的蓝色分量进行合成的结果。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系加色法采用TM1（0.45-0.52um）TM2（0.52-0.62um）TM3（0.63-0.69um）蓝（0.43-0.47um）红（0.62-0.76um）绿（0.50-0.56um）福建师范大学地理科学学院地球信息科学系如果还原合成时破坏了滤光系统的这种对应关系，合成生成的彩色则与原物体或景观的色彩不一致，称为假彩色合成。2、假彩色合成福建师范大学地理科学学院地球信息科学系遥感中最常见的假彩色图像是彩色红外合成的标准假彩色图像。它是在彩色合成时，把近红外波段的影像作为合成图像中的红色分量、把红色波段的影像作为合成图像中的绿色分量、把绿色波段的影像作为合成图像中的蓝色分量进行合成的结果。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系采用TM4（0.76-0.9um）、TM3、TM2三波段，分别通过红、绿、蓝滤光系统合成产生的彩色图像则是标准假彩色图像。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系返回福建师范大学地理科学学院地球信息科学系3、彩色变换彩色变换就是将黑白图像转换成彩色图像的方法。主用的方法有单波段彩色变换、多波段彩色变换、HLS变换等。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系a.单波段彩色变换（密度分割）单波段彩色变换就是指将某一单色波段的遥感图像的整个亮度值，按照一定量分割成若干个等量或不等量间隔，每一间隔赋予一种颜色，以控制成像系统的彩色显示，就可得到一幅彩色密度分割图像。输入图象统计直方图按等级划分按等级赋色福建师范大学地理科学学院地球信息科学系b.多波段彩色变换多波段彩色变换就是指多波段图像中选出三个波段，分别赋予红、绿、蓝三原色进行合成，得到彩色合成图像。常用的波段组合有：真彩色合成图像、假彩色合成图像等等。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系真彩色合成图像321标准假彩色合成图像432假彩色合成图像543福建师范大学地理科学学院地球信息科学系第二节辐射校正遥感图像的辐射误差主要有三个因素传感器的光电变换（…)大气的影响(…)光照条件(…)一、辐射误差产生的原因福建师范大学地理科学学院地球信息科学系传感器在光电变换的过程中，对各波段的灵敏度是有差异的，也就是说：传感器对各波段的光谱响应是不同的，由此造成辐射畸变。另外，传感器的光学镜头的非均匀性，会引起边缘减光，也会造成图像辐射的畸变。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系地物（目标物）的辐射（反射）经过大气层时，与大气层发生散射作用和吸收作用。吸收作用直接降低地物的辐射能量，引起辐射畸变。散射作用除降低地物的辐射能量外，大气散射的部分辐射还会进入传感器，直接叠加在目标地物的辐射能量之中，成为目标地物的噪声，降低了图像的质量。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系光照条件的不同也会引起辐射畸变，如太阳高度角、地面坡度等，都会引起辐射的畸变。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系二、辐射定标辐射定标是将传感器记录的电压或数字值转换成绝对辐射亮度的过程，这个辐射亮度与传感器图像构成特性无关。通过传感器辐射定标可以将传感器输出值转换成云顶辐射亮度，它是定量遥感中非常重要的过程。辐射定标包括三个内容：1）发射前的实验室定标2）基于星载定标器的飞行中定标3）在轨运行期间采用基于陆地或海面特性的“替代定标”，或借助其他卫星进行的“交叉定标”福建师范大学地理科学学院地球信息科学系三、大气校正30%反射吸收17%散射22%31%地表反射率RL1漫入射L2程辐射Lp福建师范大学地理科学学院地球信息科学系数字图像直方图A.直方图最小值去除法福建师范大学地理科学学院地球信息科学系假定某红外波段，存在程辐射为主的大气影响，且亮度增值最小，接近0，为a波段；现在需要找到其他波段相应的最小值，这个值一定比A波段最小值大，为b波段，以此为XY做回归，得到截距α；以b图象减去α，就去掉程辐射。abLLB.回归分析法福建师范大学地理科学学院地球信息科学系回归分析法abLL福建师范大学地理科学学院地球信息科学系辐射预处理方法的选择直方图最小值法回归分析法较大区域或整幅影像较小区域或局部影像福建师范大学地理科学学院地球信息科学系模型基于MODTRAN大气辐射传输模型计算建立的查找表（lookuptable,LUT）,并结合暗元目标法（darkobjectmethod,DOM）,利用遥感影像自身的信息对遥感影像进行大气校正。该模型进行的影像逐像元的大气校正,能够有效地降低大气中的大气分子、水汽、臭氧、气溶胶粒子等对卫星遥感影像造成的影响,获得更加精确的地物真实反射率,有利于遥感信息的进一步定量提取和专题解译.C.模型分析法福建师范大学地理科学学院地球信息科学系美国达特茅斯大学的Reeder博士对位于Grand的阔叶落叶林区LandsatTM4影像亮度值与入射角I余弦、坡度、高程分别进行回归分析，发现影像亮度值与cosI之间具有高度相关性，相关系数达0．64，而与坡度、高程的相关性相对较低，相关系数仅有0．04和0．03.太阳高度校正DN’=DN/(SINP)四、太阳高度和地形校正福建师范大学地理科学学院地球信息科学系第三节几何校正当遥感图象在几何位置上发生了变化，产生了行列不均匀，像元大小与地面大小对应不准确，地物形状不规则变化时，遥感影象发生了几何畸变。产生了平移、缩放、旋转偏扭、弯曲及其他变形综合结果。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系遥感图像的几何变形误差可以分为静态误差和动态误差两大类。静态误差指在成像过程中，传感器相对于地球表面呈静止状态时所具有的各种变形误差；动态误差则主要是由于在成像过程中地球的旋转所造成的图像变形误差。一、几何畸变产生的原因福建师范大学地理科学学院地球信息科学系航高（导致图象扫描行对应地面长度变化）航速（卫星飞行速度不均、快-扫描超前、慢-扫描滞后）俯仰：星下点俯时后移、仰时前移翻滚（导致星下点在扫描方向偏移）偏行（卫星在前进过程中，相对于原航向偏转了一个小角度，导致图象畸变）1)传感器外方位元素变化福建师范大学地理科学学院地球信息科学系2)地表起伏的影响高差引起的像点位移福建师范大学地理科学学院地球信息科学系3)地表曲率的影响像点位移像元对应于地面宽度的不等福建师范大学地理科学学院地球信息科学系4)大气折射的影响大气折射的影响NP福建师范大学地理科学学院地球信息科学系第二节多项式校正几何畸变有多种校正方法，但常用的是一种通用的精校正方法、适合在地形平坦，不需要高程信息，或地面起伏较大而无高程信息。校正后的图象是由等间距的网格点组成，且以地面为标准，符合某种投影的均匀分布，图象中格网的交点可以看作是像元的中心。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系a.基本思路福建师范大学地理科学学院地球信息科学系b.具体步骤1、寻找一种数学关系，建立变换前图象（x,y）与变换后图象坐标(u,v)的关系。该变换按行逐点计算。X=fx(u,v)Y=fy(u,v)2、计算每一点像元的亮度值，一般来说，新点亮度值介于邻点亮度值之间，所以常用内插法计算。福建师范大学地理科学学院地球信息科学系c.计算方法计算方法为了确定校正后图像上每点的亮度值，只要求出其原图所对应点（x，y）的亮度。通常有三种方法：三次卷积内插法。双向线性内插法最近邻法福建师范大学地理科学学院地球信息科学系估算方法1）最邻近法福建师范大学地理科学学院地球信息科学系估算方法2）双线性内插法福建师范大学地理科学学院地球信息科学系估算方法3）三次卷积法福建师范大学地理科学学院地球信息