第四章遥感图像处理.

第四章遥感图像处理基本要求：理解光学原理与光学处理方法掌握图像校正的原理和方法掌握图像增强的方法多源信息复合重点和难点：图像校正和图像增强4.1光学原理与光学处理4.1.1颜色视觉（1）亮度对比和颜色对比亮度对比：视场中对象与背景的亮度差与背景亮度之比选择适宜的对象及背景的亮度，可以提高对比，从而提高视觉效果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颜色的对比受视觉影响很大人眼对颜色的分辨力比对黑白灰度的分辨力强得多．正因为如此，彩色图像能表现出更为丰富的信息量。（2）颜色的性质颜色的性质由明度、色调、饱和度来描述明度（亮度）：是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。与电磁波辐射亮度的概念不同，明度受视觉感受性和经验影响。色调：是色彩彼此相互区分的特性。可见光谱段的不同波长刺激人眼产生了红橙黄绿青兰紫等彩色的感觉。饱和度：是彩色纯洁的程度，也就是光谱中波长段是否窄，频率是否单一的表示。黑白色只用明度描述，不用色调、饱和度描述。（3）颜色立体颜色立体孟赛尔颜色立体4.1.2加色法与减色法（1）颜色相加原理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。三原色（加法三原色）若三种颜色，其中的任何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，可以形成各种色调的颜色，则称之为三原色。实验证明，红、绿、蓝三种颜色是最优的三原色（2）色度图颜色相加原理可以进一步用色度图来表现每一种波长的光都可以用红、绿、蓝三原色相加产生白光是由相同数量的红、绿、蓝三原色组成的。设光的总量为1，则白光由三原色各1／3构成红＝绿＝蓝＝1／3白红十绿十蓝＝l色度图（3）颜色相减原理白色光线先后通过两块滤光片的过程就是颜色的减法过程三补色（减法三原色）黄＝白－蓝＝绿＋红青＝白－红＝绿＋蓝品红＝白－绿＝红＋蓝加色法与减色法的区别4.1.3光学增强处理目的突出有用信息光学增强处理的方法彩色合成光学增强处理光学信息处理（1）彩色合成加色法：合成仪法分层曝光法减色法：染印法印刷法重氮法（2）光学增强处理基本原理相关掩模处理：指对于几何位置完全配准的原片，利用感光条件和摄影处理的差别，制成不同密度，不同反差的正片或负片(称为模片)，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。主要方法：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：不同时相同一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，如滑坡、河道和海岸变迁、湖泊萎缩等边缘突出：目的在于突出线性特征。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。4.2数字图像的校正数字图像的含义数字图像的辐射校正数字图像的几何校正4.2.1数字图像（1）数字图像数字图像是指能够被计算机存储、处理和使用的图像遥感数据的表示既有光学图像又有数字图像遥感图像转换：模／数转换（A／D转换）数／模转换（D／A转换）（2）光学图像与数字图像的区别光学图像（模拟量）是连续变量，数字图像（数字量）是离散变量（3）光学图像-数字图像的转换扫描数字摄影机（4）数字图像的表示一副图像可以表示为一个矩阵，若x方向上取N个样点，y方向上取M个样点，则成为有M×N个元素的矩阵函数，可以表示为：矩阵中的每一元素代表图像中的一个像元，其面积大小相当于原光学图像分割取样的最小单元△x·△y数字图像中的像元值可以是整型、实型和字节型。为了节省存贮空间，字节型最常用，即每个像元记录为一个字节(byte)，8位。量化后，灰度值从0到255（5）数字直方图数字直方图：对一幅数字图象，以其像元的灰度值为横坐标，以具有该灰度值的像元个数（或占总像元的归一化百分比）为纵坐标，做成的（灰度）直方图，叫数字直方图。它模拟了灰度级的分布函数直方图的特点：一幅图象只能对应一幅直方图，一幅直方图可以对应多幅图象。可强有力地表现图象反差与反射率直方图的作用：每一幅影像都可以求出其像元亮度值的直方图，观察直方图的形态，可以粗略地分析影像的质量。4.2.2辐射校正进入传感器的辐射强度反映在图像上就是亮度值(灰度值)。辐射强度越大，亮度值(灰度值)越大。亮度值主要受两个物理量影响：一是太阳辐射照射到地面的辐射强度，二是地物的光谱反射率。辐射畸变：传感器接受到的辐射强度除了受太阳辐射和地物光谱反射率影响外，还受到其他因素的影响而发生改变。这一改变的部分就是需要校正的部分，故称为辐射畸变引起辐射畸变的原因及校正传感器本身产生的误差数据生产单位负责校正大气对辐射的影响用户自己考虑（1）大气的影响大气吸收：削弱了太阳辐射大气散射加强了传感器接收到的地物辐射，但属于噪音传感器接收到的辐射地物反射进入传感器（L1）散射向上直接进入传感器（程辐射度Lp）散射后入射地物，增加入射辐射度（L2）（2）大气影响的粗略校正直方图最小值去除法回归分析法直方图最小值去除法基本思想若图象中若存在亮度为零的目标，如深海水体、阴影等，则其对应图象的亮度值为零。实际上，只有在没有大气影响的情况下，其亮度值才可能为零。影像上的亮度值正是由于大气散射导致的适用条件该图象上确有辐射亮度或反射亮度为零的地区校正方法将每一波段中每个象元的亮度值都减去本波段的最小值，使图象亮度动态范围得到改善。a校正之后校正之前b回归分析法假设两个波段a（某个红外波段）和b，b波段亮度最小值大于a波段亮度最小值．分别以a波段和b波段像元亮度值为坐标，做二维光谱空间，两个波段中对应像元在坐标系内用一个点表示．通过回归分析：Ｌb=βＬa+α求出α，就得到校正值．将波段b中每个像元的亮度值减去α，来改善图象．4.2.3几何校正几何畸变：遥感图像在几何位置上发生了变化，产生诸如行列不均匀，像元大小与地面大小对应不准确，地物形状发生不规则变化的现象称为几何畸变。遥感影像的几何畸变有：平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲等遥感影像的总体变形(相对于地面真实形态而言)是各种变形综合作用的结果。（1）遥感影像变形原因：遥感平台位置和运动状态变化的影响地形起伏的影响；地球表面曲率的影响：像点位移（a），地面宽度（b）大气折射的影响地球自转的影响：影象偏离（2）几何畸变校正粗略校正精校正通过计算机对图像的每个像元逐个地解析纠正处理而完成，能够较精确地改正线性和非线性变形误差。包括：一是像元坐标变换；二是像元灰度值重新计算。精校正主要适用于地面平坦，不需考虑高程信息地面起伏较大而无高程信息传感器的位置和姿态参数无法获取有时根据遥感平台的各种参数已做过一次校正，但仍不能满足要求①精校正的基本思路校正前的图像看起来是由行列整齐的等间距像元点组成的，但实际上，由于某种几何畸变，图像中像元点间所对应的地面距离并不相等。校正后的图像也是由等间距的网格点组成的，且以地面为标准，符合某种投影的均匀分布，图像中格网的交点可以看作是像元的中心。校正的最终目的是确定校正后图像的行列数值，然后找到新图像中每一像元的亮度值。②精校正的具体步骤根据图像的成像方式确定影像坐标和地面坐标之间的数学模型；根据地面控制点和对应像点坐标进行平差计算变换参数，确定纠正公式，并检验、评定其精度；对原始影像进行几何变换计算对象素亮度值重采样。③坐标变换的两种方案直接法纠正纠正过程是从原始图像阵列出发，依次对每一个像元计算其在输出图象的坐标，同时，把该像素的亮度值移置到相应点位上去。间接法纠正从空白图象阵列出发，依次计算每个像元在原始图象中的位置．然后把算得的原始图像点位上的亮度值取出填回到空白图像点阵中相应的像素点位上去。两种方法比较这两种方案本质上并无差别，主要不同仅在于所用的纠正变换函数不同，互为逆变换；其次，纠正后像素获得的亮度值的办法，对于直接法方案，称为亮度重配置，而对间接法方案，称为亮度重采样。由于直接法纠正方案计算时间长，所以在实践中通常使用的方案是间接法方案。④用间接法进行坐标变换建立两图像像元点之间的对应关系实际计算时常采用二元二次多项式控制点由线性理论知，求12个系数必须至少列出12个方程，即找到6个已知的对应点，也就是这6个点对应的（u，v）和（x，y）均为已知。控制点：这些已知坐标的对应点为控制点。然后通过这些控制点，解方程组求出12个a、b系数值为了提高精度，需要大大增加控制点的数目计算方法采用最小二乘法，通过对控制点数据进行曲面拟合来求系数⑤灰度值的重采样基本原理：坐标变换后，如果某一点的坐标值不为整数，那么它的灰度值应取决于周围阵列上像元的灰度值对其所做的贡献。计算方法最近邻法双线性内插法三次卷积内插法a)最近邻法含义用距离投影点最近像元灰度值代替输出像元灰度值．特点简单，省时，精度差b)双线性内插法含义考虑投影点周围４个相邻像元灰度值，并根据各自权重计算输出像元灰度值．具体过程根据已求得的（x，y），取整求得（i，j）计算结果特点•计算较为简单•具有一定的亮度采样精度•图像略变模糊•它是实践中常用的方法c)双三次卷积法含义是取与投影点邻近的１６个像元灰度值特点•精度较高•计算量大（3）控制点的选取数目确定•最低限是按未知系数的多少来确定•一次多项式：3个•二次多项式：6个•三次多项式：10个•n次多项式：（n十1）（n十2）／2个•一般要求在最少数目的6倍控制点类型•控制点的选择要以配准对象为依据•地面控制点（GCP）和图像控制点（PCP）选取原则•选取图像上易分辨且较精细的特征点•特征变化大的地区应多选些•图像边缘部分一定要选取控制点•尽可能满幅均匀选取