遥感图像处理_new精讲

第4章遥感图像处理遥感技术的目的是为了获得地物的几何属性和物理属性。需对原始图像进行处理，以改善图像质量。遥感图像处理包括以下几个阶段：图像的校正(预处理)，图像的变换，图像的增强，图像的分类。所采用的手段有：光学图像处理数字图像处理光的定义:严格的说,只有能够被眼睛感觉到的,并产生视觉现象的辐射才是可见辐射或可见光,简称光.1颜色视觉2加色法与减色法3光学增强处理第一节光学原理与光学处理1亮度对比视场中对象与背景的亮度差与背景亮度之比，记做C主要用于单色黑白影像2颜色对比在视场中,相邻区域的不同颜色的相互影响.两种颜色互相影响的结果，使每种颜色会向其影响色的补色变化。人眼对颜色的分辨力比对黑白灰度的分辨力强得多，因此彩色图像能表现出更为丰富的信息量。一、颜色视觉3颜色的性质明度：颜色的明暗程度，它表明物体反射光线强弱的不同。色调：指彩色的类别，它取决于物体选择性反射光谱的主波长，是彩色彼此相互区分的基本特性。饱和度：指颜色的纯洁性，表示一种彩色的浓淡程度。是光谱中波长段是否窄，频率是否单一的表示。一般来讲，色彩越鲜艳，说明饱和度越大；反之，说明饱和度低。4颜色立体1）颜色立体形象描述颜色特性之间的关系,是一种理想化的示意关系。中间轴代表明度，从底端到顶端，由黑到灰再到白明度逐渐递增。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。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；颜色离开中央轴的水平距离代表饱和度的变化。三个坐标值：色调、明度和彩度（饱和度）,划分更为标准化。•例如标号为10Y8/12的颜色：它的色相是黄（Y）与绿黄（GY）的中间色，明度值是8，彩度是12。这个标号还说明，该颜色比较明亮，具有较高的彩度。•3YR6/5标号表示：色相在红（R）与黄红（YR）之间，偏黄红，明度是6，彩度是5。孟塞尔颜色立体两种以上色彩混合可构成一种新的色彩⒈三原色：若三种色，其中任何一种色不能通过其它两种混合相加产生，且按一定比例混合可形成各种色调的颜色，则称这三种色为三原色。最优三原色：红、绿、蓝。二、加色法与减色法⒉互补色：如果两种色光叠加后得到白光（黑光）或灰光，则称这两种色为互补色。色光互补色：两种颜色混合产生白色。颜料互补色：两种颜色混合产生黑色。两种原色等量叠加得到一种补色。（青、品红、黄）三原色等量叠加得到白光。非互补色不等量叠加得到两者之间的中间色。红（多）＋绿（少）＝橙色红（少）＋绿（多）＝黄绿色颜色相加原理可以进一步用色度图来表现。3加色法色度图色度图即三原色混合规律以二维形式的表示。更为准确的表现了颜色混合的规律。具有真实的意义，表现了人眼对颜色视觉的基本规律。1）从M点（400nm）到N点（770nm）光谱曲线的轨迹及连接MN两点直线所形成的马蹄范围内所包含的各点都是在物理上可以由真实光线产生的颜色。CA表示A点饱和度，CA延长线与光谱轨迹相交点B的波长560nm即为A点的色调。2）色度图可以粗略推算出两种颜色相混合的中间色。nmMN•3）过C点做一条直线与边缘交于二个点，如D和E，则这二点对应的光谱的颜色一定是互补色，它们混合可以产生白光。一般用于颜料的配制、彩色印刷、彩色相片的染印等。颜料的颜色是由于染料选择性吸收了白光中的某些波长，反射出白光中未被吸收的色光而产生。减色过程：白色光线先后通过两块滤光片的过程。最后透过的光是多次减法的结果。4减色法颜色相减和相加的区别减色法：白光依次透过蓝、黄滤光片加色法：白光分别透过蓝、黄后混合在白屏幕颜色相减是相减混合，颜色相加是相加混合。蓝黄绿a白蓝黄b减色法a与加色法b区别示意图减法三原色减法三原色是指加法三原色的补色，即黄、品红、青色。减色法示意图颜色相减原理：当两块滤光片组合产生颜色混合时，入射光通过每一滤光片时都减掉一部分辐射，最后通过的光是经过多次减法的结果。蓝绿红透过率减红（青原色）蓝绿红透过率减绿（品红原色）蓝绿红透过率减蓝（黄原色）三种颜料等量混合，白光中的红、绿、蓝全部被吸收，所以呈现黑色。四、光学增强处理1彩色合成加色法彩色合成减色法彩色合成2光学增强处理3光学信息处理图像的相加和相减遥感黑白影像的假彩色编码加色法彩色合成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。合成仪：单纯光学合成系统，计算机控制式的屏幕合成系统。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。仪器：单通道投影仪或放大机。减色法彩色合成染印法：是一种使用特别浮雕片、接收纸和冲显染印药制作彩色合成影像的方法。印刷法：利用普通胶印设备，直接使用不同波段的遥感底片和黄、品红、青三种油墨，经分色、加网、制版，套印成彩色合成图像。重氮法：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。光学增强处理相关掩膜处理方法：把几何位置完全配准的原片，制成不同密度、不同反差的正片或负片，通过它们的各种不同叠加方案改变原有影像的显示效果，达到信息增强目的的方法。改变对比度：使用两张同波段同地区的负片（或正片）进行合成，一张反差适中，另一张反差较小，合成后反差一般加大，从而提高了对比度。显示动态变化：不同时相相同地区的正负片影像叠合掩膜，当被叠合影像反差相同时，凡密度发生变化的部分就是动态变化的位置。边缘突出：先将两张反差相同的正片和负片叠合，叠合配准后，再沿希望突出的线性特征的垂直方向错位。目的在于突出线性特征。光学信息处理利用光学信息处理系统，即一系列光学透镜按一定规律构成的系统，可以实现对输入数据并行的线性变换，适宜作二维影像处理。遥感光学处理中，主要涉及相干光学的处理过程。图像的相加和相减遥感黑白影像的假彩色编码图像的相加和相减（光栅滤波法）将两个图像f和g分别放在光学信息处理系统的输入平面P1的上方和下方并以平行光（平面波）照射。当满足1）两个图像所发出的光波在空间重叠；2）两个光波同位相或反位相。则可以实现图像加减。其原理是两列光波相干涉而迭加。两个图像所发出的光波在空间重叠并且同位相，则图像相加。如果两列光波在空间重叠且反相，则图像相减。遥感黑白影像的假彩色编码1）位相介质的色散光波通过厚度呈阶梯状变化的介质时，速度降低，但频率不变（光的颜色取决于光波频率）。白光通过相位介质的某一台阶时，总能找到与某一频率同位相的光，而另一种频率反位相的光。同位相的光透过率为1，反相的光透过率为0，其他频率居中。结果使一块位相介质在白光下呈现各种颜色，这一现象叫位相介质的色散。2假彩色的编码过程1)将黑白图像经过光栅进行依次编码处理，将振幅型编码图像转换成位相型编码图像。2)将位相介质片放入非相干光信息处理系统的输入平面，经过白光照射，在输出平面上获得等密度的假彩色图像。假彩色编码处理卫星图像可以使单波段影像彩色化，实现图像增强效果。第二节数字图像的校正1遥感数字图像2遥感图像校正3遥感图像增强4遥感图像变换5多源信息复合一遥感数字图像遥感数据的表示既有光学图像也有数字图像。遥感图像的使用过程中，有时两者需要进行转换。光学图像又称作模拟量，数字图像又称作数字量，它们之间的转换称作模/数转换，记作A/D转换，或反之，称为数/模转换，记作D/A转换。数字量与模拟量的本质区别在于模拟量是连续变量而数字量是离散变量。（一）遥感数字图像及其特点1遥感数字图像数字图像是指能够被计算机存储、处理及使用的图像。遥感数字图像是以数字形式表示的遥感影像。遥感数字图像最基本的单位是像素。像素是成像过程的采样点，也是计算机图像处理的最小单元。像素具有空间特征和属性特征。像元的属性特征采用亮度值来表达。一个像素内只包含一种地物的称为正像素，如水体。像素内包括两种或两种以上地物的称为混合像素。传感器自空间对地观测，一方面在x方向构成了地理位置密切相邻的一行数据，另一方面沿着y方向运动，这样就记录下所观测区域的二维数字图像。x2遥感数字图像的特点1）便于计算机处理与分析：采用数字形式表示遥感图像2）图像信息损失低：遥感数字图像是用二进制表示的，在获取、复制、传输和分发过程中，不会损失信息或图像失真。3）抽象性强：便于建立分析模型，进行计算机解译和运用遥感图像专家系统。（二）遥感数字图像的表示方法1表示方法:以二维数组来表示。在数组中，每个元素代表一个像素，像素的坐标位置隐含，由这个元素在数组中的行列位置所决定。元素的值表示传感器探测到像素对应面积上的目标地物的电磁辐射强度，采用这种方法，可以将地球表面一定区域范围内的目标地物信息记录在一个二维数组(或二维矩阵)中。一幅(单波段)遥感数字图像可表示如下：,i=1,2,3…,m,j=1,2,3…,n式中，i代表行号；j代表列号；f(xi,yi)值代表像素在(xi,yi)上目标地物的电磁辐射强度值，其物理意义需根据测量目标地物的传感器使用的波段来判断。按波段数量，遥感数字图像可分几种类型：二值数字图像单波段数字图像彩色数字图像多波段数字图像2遥感数字图像的类型3遥感数字图像的数据格式多波段数字图像的存贮与分发，通常采用三种数据格式：BSQBIPBILBSQ是一种按波段顺序依次排列的数据格式。每行数据后面紧接着同一波谱波段的下一行数据。这种格式最适于对单个波谱波段中任何部分的空间（X，Y）存取。BSQ（Bandsequential）BIP（Bandinterleavedbypixel）BIP格式中每个像元按波段次序交叉排列。按BIP格式存储的图像按顺序存储第1个像元所有的波段，接着是第2个像元的所有波段，然后是第3个像元的所有波段，等等，交叉存取直到像元总数为止。这种格式为图像数据波谱（Z）的存取提供最佳性能。Pixel1，band1；Pixel1，band2；Pixel1，band3；···Pixel1，bandn；Pixel2，band1；Pixel2，band2；Pixel2，band3；···Pixel2，bandn；···BIL（Bandinterleavedbyline）是逐行按波段次序排列的格式。即先存储第一个波段的第一行，接着是第二个波段的第一行，然后是第三个波段的第一行，交叉存取直到波段总数为止。每个波段随后的行按照类似的方式交叉存取。这种格式提供了空间和波谱处理之间一种折衷方式。(三)航空像片的数字化1空间采样确定空间采样间距。将航空像片具有连续灰度（色彩）信息转换为每行有m个单元，每列有n个单元的像素集合。均匀采样2属性量化：定义：每个像素点对应的是连续变化的亮度、颜色或其他模拟量，需要进一步离散化并归并到各个区间，分别用有限个整数来表示。方法：一般采用均匀采样和等距量化处理。可用扫描仪来进行。数字化质量取决于航空像片本身的质量与采样间距与属性量化精度。采样间距与扫描仪的光学分辨率密切相关.航片属性量化精度根据航空像片来定.黑白航空像片(8位)；彩色航空像片(24位)。二遥感图像校正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）辐射校正辐射校正是指消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪声的过程。遥感图像的辐射误差主要包括：传感器本身的性能引起的辐射误差；地形影响和光照条件的变化引起的辐射误差；大气的散射和吸收引起的辐射误差。不需用户自行校正1.太阳高度角影响引起的辐射误差校正太阳高度角引起的辐射畸变校正是将太阳光线倾斜照射时获取的图像校正为太阳光垂直照射时获取的图像，因此在做辐射校正时，需要知道成像时刻的太阳高度角。太阳高度角可以根据成像时刻的时间、季节和地理位置确定。阴影会覆盖阴坡地