第四章遙感圖像處理基本要求：理解光學(xué)原理與光學(xué)處理方法掌握圖像校正的原理和方法掌握圖像增強的方法多源信息復(fù)合重點和難點：圖像校正和圖像增強4.1光學(xué)原理與光學(xué)處理4.1.1顏色視覺

（1）亮度對比和顏色對比亮度對比：

視場中對象與背景的亮度差與背景亮度之比選擇適宜的對象及背景的亮度，可以提高對比，從而提高視覺效果

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顏色的對比受視覺影響很大人眼對顏色的分辨力比對黑白灰度的分辨力強得多．正因為如此，彩色圖像能表現(xiàn)出更為豐富的信息量。

（2）顏色的性質(zhì)

顏色的性質(zhì)由明度、色調(diào)、飽和度來描述明度（亮度）：是人眼對光源或物體明亮程度的感覺。與電磁波輻射亮度的概念不同，明度受視覺感受性和經(jīng)驗影響。色調(diào)：是色彩彼此相互區(qū)分的特性。可見光譜段的不同波長刺激人眼產(chǎn)生了紅橙黃綠青蘭紫等彩色的感覺。飽和度：是彩色純潔的程度，也就是光譜中波長段是否窄，頻率是否單一的表示。黑白色只用明度描述，不用色調(diào)、飽和度描述。（3）顏色立體顏色立體

孟賽爾顏色立體4.1.2加色法與減色法（1）顏色相加原理互補色

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色。三原色（加法三原色）

若三種顏色，其中的任何一種都不能由其余兩種顏色混合相加產(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。實驗證明，紅、綠、藍三種顏色是最優(yōu)的三原色

（2）色度圖顏色相加原理可以進一步用色度圖來表現(xiàn)每一種波長的光都可以用紅、綠、藍三原色相加產(chǎn)生白光是由相同數(shù)量的紅、綠、藍三原色組成的。設(shè)光的總量為1，則白光由三原色各1／3構(gòu)成紅＝綠＝藍＝1／3白紅十綠十藍＝l色度圖（3）顏色相減原理白色光線先后通過兩塊濾光片的過程就是顏色的減法過程三補色（減法三原色）黃＝白－藍＝綠＋紅青＝白－紅＝綠＋藍品紅＝白－綠＝紅＋藍

加色法與減色法的區(qū)別4.1.3光學(xué)增強處理目的突出有用信息光學(xué)增強處理的方法彩色合成光學(xué)增強處理光學(xué)信息處理（1）彩色合成加色法：合成儀法分層曝光法減色法：染印法印刷法重氮法（2）光學(xué)增強處理基本原理

相關(guān)掩模處理：指對于幾何位置完全配準的原片，利用感光條件和攝影處理的差別，制成不同密度，不同反差的正片或負片(稱為模片)，通過它們的各種不同疊加方案改變原有影像的顯示效果，達到信息增強目的的方法。主要方法：改變對比度：使用兩張同波段同地區(qū)的負片(或正片)進行合成，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：不同時相同一地區(qū)的正負片影像疊合掩膜，當被疊合影像反差相同時，凡密度發(fā)生變化的部分就是動態(tài)變化的位置，如滑坡、河道和海岸變遷、湖泊萎縮等邊緣突出：目的在于突出線性特征。先將兩張反差相同的正片和負片疊合，疊合配準后,再沿希望突出的線性特征的垂直方向錯位。4.2數(shù)字圖像的校正數(shù)字圖像的含義數(shù)字圖像的輻射校正數(shù)字圖像的幾何校正4.2.1數(shù)字圖像（1）數(shù)字圖像數(shù)字圖像是指能夠被計算機存儲、處理和使用的圖像遙感數(shù)據(jù)的表示既有光學(xué)圖像又有數(shù)字圖像遙感圖像轉(zhuǎn)換：模／數(shù)轉(zhuǎn)換（A／D轉(zhuǎn)換）數(shù)／模轉(zhuǎn)換（D／A轉(zhuǎn)換）（2）光學(xué)圖像與數(shù)字圖像的區(qū)別光學(xué)圖像（模擬量）是連續(xù)變量，數(shù)字圖像（數(shù)字量）是離散變量（3）光學(xué)圖像-數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)換掃描數(shù)字攝影機（4）數(shù)字圖像的表示

一副圖像可以表示為一個矩陣，若x方向上取N個樣點，y方向上取M個樣點，則成為有M×N個元素的矩陣函數(shù)，可以表示為：矩陣中的每一元素代表圖像中的一個像元，其面積大小相當于原光學(xué)圖像分割取樣的最小單元△x·△y

數(shù)字圖像中的像元值可以是整型、實型和字節(jié)型。為了節(jié)省存貯空間，字節(jié)型最常用，即每個像元記錄為一個字節(jié)(byte)，8位。量化后，灰度值從0到255（5）數(shù)字直方圖數(shù)字直方圖：對一幅數(shù)字圖象，以其像元的灰度值為橫坐標，以具有該灰度值的像元個數(shù)（或占總像元的歸一化百分比）為縱坐標，做成的（灰度）直方圖，叫數(shù)字直方圖。它模擬了灰度級的分布函數(shù)直方圖的特點：一幅圖象只能對應(yīng)一幅直方圖，一幅直方圖可以對應(yīng)多幅圖象?？蓮娪辛Φ乇憩F(xiàn)圖象反差與反射率直方圖的作用：每一幅影像都可以求出其像元亮度值的直方圖，觀察直方圖的形態(tài)，可以粗略地分析影像的質(zhì)量。4.2.2輻射校正進入傳感器的輻射強度反映在圖像上就是亮度值(灰度值)。輻射強度越大，亮度值(灰度值)越大。亮度值主要受兩個物理量影響：一是太陽輻射照射到地面的輻射強度，二是地物的光譜反射率。輻射畸變：傳感器接受到的輻射強度除了受太陽輻射和地物光譜反射率影響外，還受到其他因素的影響而發(fā)生改變。這一改變的部分就是需要校正的部分，故稱為輻射畸變引起輻射畸變的原因及校正傳感器本身產(chǎn)生的誤差

數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位負責(zé)校正大氣對輻射的影響

用戶自己考慮（1）大氣的影響大氣吸收：削弱了太陽輻射大氣散射加強了傳感器接收到的地物輻射，但屬于噪音傳感器接收到的輻射地物反射進入傳感器（L1）散射向上直接進入傳感器（程輻射度Lp）散射后入射地物，增加入射輻射度（L2）（2）大氣影響的粗略校正直方圖最小值去除法回歸分析法直方圖最小值去除法基本思想若圖象中若存在亮度為零的目標，如深海水體、陰影等，則其對應(yīng)圖象的亮度值為零。實際上，只有在沒有大氣影響的情況下，其亮度值才可能為零。影像上的亮度值正是由于大氣散射導(dǎo)致的適用條件該圖象上確有輻射亮度或反射亮度為零的地區(qū)校正方法

將每一波段中每個象元的亮度值都減去本波段的最小值，使圖象亮度動態(tài)范圍得到改善。a校正之后校正之前b回歸分析法

假設(shè)兩個波段a（某個紅外波段）和b，b波段亮度最小值大于a波段亮度最小值．分別以a波段和b波段像元亮度值為坐標，做二維光譜空間，兩個波段中對應(yīng)像元在坐標系內(nèi)用一個點表示．通過回歸分析：Ｌb=βＬa+α

求出α

，就得到校正值．將波段b中每個像元的亮度值減去α，來改善圖象．4.2.3幾何校正幾何畸變：遙感圖像在幾何位置上發(fā)生了變化，產(chǎn)生諸如行列不均勻，像元大小與地面大小對應(yīng)不準確，地物形狀發(fā)生不規(guī)則變化的現(xiàn)象稱為幾何畸變。遙感影像的幾何畸變有：平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、偏扭、彎曲等遙感影像的總體變形(相對于地面真實形態(tài)而言)是各種變形綜合作用的結(jié)果。（1）遙感影像變形原因：遙感平臺位置和運動狀態(tài)變化的影響地形起伏的影響；地球表面曲率的影響：像點位移（a），地面寬度（b）大氣折射的影響地球自轉(zhuǎn)的影響：影象偏離（2）幾何畸變校正粗略校正精校正

通過計算機對圖像的每個像元逐個地解析糾正處理而完成，能夠較精確地改正線性和非線性變形誤差。包括：一是像元坐標變換；二是像元灰度值重新計算。精校正主要適用于地面平坦，不需考慮高程信息地面起伏較大而無高程信息傳感器的位置和姿態(tài)參數(shù)無法獲取有時根據(jù)遙感平臺的各種參數(shù)已做過一次校正，但仍不能滿足要求精校正的基本思路

校正前的圖像看起來是由行列整齊的等間距像元點組成的，但實際上，由于某種幾何畸變，圖像中像元點間所對應(yīng)的地面距離并不相等。校正后的圖像也是由等間距的網(wǎng)格點組成的，且以地面為標準，符合某種投影的均勻分布，圖像中格網(wǎng)的交點可以看作是像元的中心。校正的最終目的是確定校正后圖像的行列數(shù)值，然后找到新圖像中每一像元的亮度值。精校正的具體步驟根據(jù)圖像的成像方式確定影像坐標和地面坐標之間的數(shù)學(xué)模型；根據(jù)地面控制點和對應(yīng)像點坐標進行平差計算變換參數(shù)，確定糾正公式，并檢驗、評定其精度；對原始影像進行幾何變換計算對象素亮度值重采樣。坐標變換的兩種方案直接法糾正

糾正過程是從原始圖像陣列出發(fā)，依次對每一個像元計算其在輸出圖象的坐標，同時，把該像素的亮度值移置到相應(yīng)點位上去。間接法糾正

從空白圖象陣列出發(fā)，依次計算每個像元在原始圖象中的位置．然后把算得的原始圖像點位上的亮度值取出填回到空白圖像點陣中相應(yīng)的像素點位上去。兩種方法比較

這兩種方案本質(zhì)上并無差別，主要不同僅在于所用的糾正變換函數(shù)不同，互為逆變換；其次，糾正后像素獲得的亮度值的辦法，對于直接法方案，稱為亮度重配置，而對間接法方案，稱為亮度重采樣。由于直接法糾正方案計算時間長，所以在實踐中通常使用的方案是間接法方案。用間接法進行坐標變換建立兩圖像像元點之間的對應(yīng)關(guān)系

實際計算時常采用二元二次多項式

控制點由線性理論知，求12個系數(shù)必須至少列出12個方程，即找到6個已知的對應(yīng)點，也就是這6個點對應(yīng)的（u，v）和（x，y）均為已知。控制點：這些已知坐標的對應(yīng)點為控制點。然后通過這些控制點，解方程組求出12個a、b系數(shù)值為了提高精度，需要大大增加控制點的數(shù)目計算方法采用最小二乘法，通過對控制點數(shù)據(jù)進行曲面擬合來求系數(shù)灰度值的重采樣基本原理：

坐標變換后，如果某一點的坐標值不為整數(shù)，那么它的灰度值應(yīng)取決于周圍陣列上像元的灰度值對其所做的貢獻。計算方法最近鄰法雙線性內(nèi)插法三次卷積內(nèi)插法

最近鄰法含義

用距離投影點最近像元灰度值代替輸出像元灰度值．特點

簡單，省時，精度差雙線性內(nèi)插法含義

考慮投影點周圍４個相鄰像元灰度值，并根據(jù)各自權(quán)重計算輸出像元灰度值．具體過程根據(jù)已求得的（x，y），取整求得（i，j）計算結(jié)果特點計算較為簡單具有一定的亮度采樣精度圖像略變模糊它是實踐中常用的方法雙三次卷積法含義是取與投影點鄰近的１６個像元灰度值特點