遙感技術基礎第五章遙感圖像處理主講教師：韓玲本章主要內(nèi)容遙感信息數(shù)據(jù)的種類及其傳輸遙感圖像的誤差來源遙感圖像的幾何關系遙感圖像的幾何處理多圖像幾何配準遙感圖像的光學增強遙感圖像的數(shù)字增強遙感信息資料的種類圖像圖像形象直觀，便于目視解譯。磁帶磁帶數(shù)據(jù)準確，適用于計算機處理。圖像和磁帶之間，可以通過模數(shù)轉(zhuǎn)換或數(shù)模轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。遙感信息數(shù)據(jù)的種類及其傳輸遙感圖像的種類圖像攝影影像掃描影像數(shù)字化影像遙感波帶片遙感信息數(shù)據(jù)的種類及其傳輸遙感磁帶的種類模擬磁帶數(shù)字磁帶高密度數(shù)字磁帶計算機兼容磁帶遙感信息數(shù)據(jù)的種類及其傳輸遙感信息數(shù)據(jù)傳輸空中的遙感設備能否將傳感器所獲取的信息數(shù)據(jù)適時傳送到地面，是衡量一項遙感計劃成敗的關鍵。實時傳輸非實時傳輸遙感信息數(shù)據(jù)的種類及其傳輸遙感圖像的誤差來源外部誤差外部因素引起的輻射誤差外部因素引起的幾何誤差地球自轉(zhuǎn)的影響衛(wèi)星攝影姿態(tài)的影響內(nèi)部誤差內(nèi)部輻射誤差內(nèi)部幾何誤差處理誤差遙感圖像的幾何關系光學圖像光學圖像與數(shù)字圖像人眼可觀察的圖像，圖像灰度空間的分布是連續(xù)無間斷的。數(shù)字圖像光學圖像被離散化后的圖像，便于計算機存儲和處理。采樣灰度的離散化。量化空間坐標的離散化。遙感圖像的幾何關系1.遙感器坐標系統(tǒng)S—UVW，S為坐標原點，系投影中心，U軸取遙感平臺的飛行方向，V軸垂直于U軸，W軸垂直于UV平面。2.地面坐標系統(tǒng)O—XYZ，可選任意一個三維直角坐標系，當所攝物體為地面時，Z軸與原點處的天頂方向一致，XY平面垂直于Z軸。3.圖像坐標系統(tǒng)o-xyf,x,y為像點在圖像上的平面坐標，f為成像時的等效焦距。遙感圖像的坐標系統(tǒng)遙感圖像的幾何關系遙感圖像的投影方程式TM和MSS圖像的共線方程HRV圖像的共線方程遙感圖像的幾何處理遙感圖像的幾何處理包括精處理和粗處理遙感圖像的幾何糾正就是將含有各種變形誤差的遙感影像，納入某種地圖投影。遙感圖像的幾何糾正一般分光學糾正和數(shù)字糾正兩大類遙感圖像的幾何處理遙感圖像的光學微分糾正通過立體模型量測制作正射像片通過地圖數(shù)字化制作正射像片遙感圖像的幾何處理遙感數(shù)字圖像糾正過程遙感圖像的數(shù)字糾正遙感圖像的數(shù)字糾正是指通過計算機對離散結(jié)構(gòu)的數(shù)字圖像中的每個像元逐個地進行糾正處理的方法。這種方法能精確地改正動態(tài)掃描圖象所具有的各種誤差。其基本原理是利用影像坐標和地面坐標間的數(shù)學關系，即輸入圖像與輸出圖像尖的坐標變換關系實現(xiàn)的。輸入圖像與輸出圖像間的坐標變換關系直接糾正法—對原圖像中的每個像元（x,y）進行變換糾正，求得新圖像的位置（X，Y），同時把原圖像（x,y）的灰度值送到新圖像（X，Y）的位置上。間接糾正法—從某一個有規(guī)律的數(shù)字地面模型的節(jié)點（X，Y）出發(fā)，依次對每個像元（X，Y）進行變換糾正，反求該像元在原圖像坐標系中的位置（x,y），并將原圖像位置的灰度值填回到輸出的像元（X，Y）上。糾正后數(shù)字圖像的邊界范圍糾正后的數(shù)字圖像與原始圖像的形狀和方向都不一致，所以變換前，必須為計算機輸出圖像預留一定的存貯空間和該空間邊界的地圖坐標定義值，即必須預先確定糾正后數(shù)字圖像的邊界范圍。糾正后數(shù)字圖像灰度值的重采樣投影點的點位不為整數(shù)時，投影點的灰度值根據(jù)周圍陣列像元的灰度來確定方法稱為灰度值重采樣。最鄰近法以離投影點最近的一個像元的灰度值作為輸出像元的灰度值。雙線性內(nèi)插法以投影點周圍鄰近四個像元的灰度值確定輸出像元的灰度值。雙三次卷積法以投影點周圍鄰近四個像元的灰度值確定輸出像元的灰度值。卷積及其性質(zhì)卷積是研究兩個函數(shù)傅立葉變換之間的關系，這也就構(gòu)成了空間域和頻率域的基本關系。一維卷積二維卷積坐標縮放性卷積的性質(zhì)線性交換性平移不變性結(jié)合性遙感圖像的多項式糾正遙感圖像的幾何處理基本思想圖像變形規(guī)律可以看作為平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、仿射、偏扭和彎曲等形變的合成?；具^程利用有限個地面控制點的已知坐標，解求多項式的系數(shù)，然后將各像元的坐標代入多項式進行計算，便可求得糾正后的坐標。遙感圖像的幾何處理遙感圖像的共線方程糾正法基于大地地心坐標的各種遙感圖像的共線方程共線方程糾正原理多圖像幾何配準基本思想同一地區(qū)的多時相圖像，或不同遙感器獲取的圖像。相對配準多圖像的同名影像互相重疊。絕對配準多圖像納入某一地圖坐標系統(tǒng)。多圖像幾何配準多圖像自動配準的基本原理根據(jù)對兩個圖像的相似性的量度，即在兩個圖像的相對移動中，找出其相似性量度值最大，或差別最小的位置作為圖像配準的位置。兩個圖像的相似性的量度圖像的互相關法絕對差值法遙感圖像增強圖像增強的目的改善遙感圖像目視判讀的視覺效果，實質(zhì)是增強圖像上各種判讀類別之間的反差。圖像增強的方法光學增強數(shù)字增強光學增強的相關掩模法相關影像不同時間，不同波段，不同傳感器在不同位置獲取的同一地區(qū)的影像。母片從傳感器上首次得到的膠片的影像。模片用母片拷貝的正片或負片。相關模片用相關影像的膠片拷貝出來的模片。相關掩模技術對相關模片進行不同組合，搭配以及相互疊掩的一系列圖像處理技術。相關掩模技術的前提條件各模片上的各種同名地物必須精確配準。模片的種類γ模片等γ模片半γ模片變γ模片二元模片高通模片低通模片帶通模片等密度模片模片疊掩零密度模片和無窮大等密度模片的疊掩規(guī)律0〈D〈∞模片的疊掩規(guī)律相關掩模技術的幾種增強處理反差調(diào)整同號模片相加，合成模片影像的反差加大，異號模片相加，合成模片影像的反差就下降，前者可使影像的反差增強，后者達到減小反差的目的。彩色合成用同一景物的不同波段的影像分別拷貝成正模片或負模片，然后對不同波段影像的模片配以不同的濾光片或染上不同的顏色，合成彩色影像。假彩色密度分割把圖像連續(xù)變化的密度離散化，并按一定的密度間隔分為若干等級而不改變圖像的特征，并給每一級賦予不同的顏色，形成假彩色圖像。等照度變換將多光譜像片分別復制出一張負片，再將每張負片個拷貝兩張半γ值正模片，然后將每個光譜段的負片和另兩個光譜段的半γ值正模片重合，構(gòu)成一個新的組合模片，供彩色合成用。黑白發(fā)色拷制三張不同性質(zhì)的模片，將一張黑白像片變?yōu)椴噬衿?，提高圖像中細微的灰度變化，從而提高判讀效果。邊緣增強將一張負模片，拷貝出一張正模片，在曬印時將負片（或正片）向某一個方向拉開一張，使得影像中密度突變處顯現(xiàn)。影像相減采用不同時間獲取的影像，采用影像相減，可以顯示許多自然現(xiàn)象的動態(tài)變化。專題提取根據(jù)各光譜段影像密度的差異，選擇不同閥值密度制作模片，最后通過不同光譜段正、負模片的組合，相互疊掩，使一些目標影像和背景的反差為零，從畫面上消失而使另一些目標影像保留下來，達到提取某些目標的目的。相關掩模技術的幾種增強處理遙感圖像數(shù)字增強圖像數(shù)字增強的方法空間域增強—通過改變單個像元及相鄰像元的灰度值來增強圖像。頻率域增強—對圖像進行傅立葉變換，然后對變換后的頻率域圖像的頻譜進行修改，達到增強的目的。圖像增強的主要內(nèi)容輻射增強頻率域增強多圖像代數(shù)運算空間域增強彩色增強多光譜圖像增強輻射增強輻射增強是一種通過直接改變圖像中像元的亮度值來改變圖像的對比度。輻射增強主要以灰度直方圖作為處理基礎?；叶戎狈綀D是灰度級的函數(shù)，描述的是圖像中具有該灰度級的像元的個數(shù)。線性變換原圖像f(i,j)的灰度范圍為[a1,a2]；經(jīng)線性變換后圖像g(i,j)的灰度范圍為[b1,b2]。變換方程為：分段線性變換分段線性變換是在圖像的灰度范圍內(nèi)取幾個間斷點，每相鄰兩間斷點之間各自進行線性變換，每段的線性變換方程不同，可以拉伸，也可以壓縮，斷點位置用戶根據(jù)處理的需要確定。非線性變換

指數(shù)變換

對數(shù)變換

平方根變換直方圖均衡化直方圖均衡化是將隨機分布的影像直方圖修改成均勻分布的輸出影像直方圖。直方圖規(guī)定化原直方圖均衡化后直方圖參考圖像直方圖直方圖規(guī)定化是指使一幅圖像的直方圖變成規(guī)定形狀的直方圖而對圖像進行變換的增強方法。空間域增強輻射增強是通過單個像元的運算在整體上改善圖像的質(zhì)量?？臻g域增強則是有目的的突出圖像上的某些特征?？臻g增強的目的性很強，處理后的圖像從整體上看可能與原圖像差異很大，但卻突出了需要的信息或削弱了不需要的信息，從而達到增強的目的?？臻g濾波：在被處理像元周圍像元參與下進行運算處理的方法?？臻g域平滑均值平滑010111010均等地對待鄰域中的每個像元，對于每個像元在以它為中心的鄰域內(nèi)去平均值，作為該像元的灰度值。常用的鄰域有4-鄰域和8-鄰域。模板如下圖所示：111111111中值平滑對以每個像元為中心的M*N鄰域內(nèi)所有的像元按灰度值大小排序，用其中值作為中心像元新的灰度值?？臻g域銳化梯度法Prewitt梯度Laplace算法1-10010-10-101-101-1010101-41010-1-1-1000111t1=t2=t1=t2=頻率域增強頻率域增強的一般過程

在頻率域增強技術中，平滑主要是保留圖像的低頻部分抑制高頻部分，銳化則保留圖像的高頻部分而削弱低頻部分。頻率域平滑低通濾波器：削弱或抑制高頻部分而保留低頻部分的濾波器。理想低通濾波器Butterworth低通濾波器指數(shù)低通濾波器頻率域銳化高通濾波器：削弱或抑制低頻部分而保留高頻部分的濾波器。理想高通濾波器Butterworth高通濾波器指數(shù)高通濾波器彩色增強偽彩色增強把一幅灰度圖像的不同灰度按一定的函數(shù)關系變成彩色，得到一幅彩色圖像的方法。假彩色增強選擇多波段遙感影像中的某三個波段，分別賦予其紅、綠、藍三種原色，即可在屏幕上合成彩色圖像。彩色變換不同色彩空間之間的變換。常用的色彩空間變換方法有：IHS變換，YIQ變換，YUV變換等。IHS變換計算機彩色顯示器的顯示系統(tǒng)采用的是RGB色彩模式，即圖像中的每個像素是通過紅、綠、藍三種色光按不同的比例組合來顯示顏色的。但人眼不能直接感覺紅、綠、藍三色的比例，只能通過感知顏色的亮度、色調(diào)以及飽和度來理解顏色，故需轉(zhuǎn)換到IHS空間。

IHS模型中各表示分量的物理含義：①亮度Intensity，主要表現(xiàn)圖像的空間結(jié)構(gòu)信息，由圖像的地物反射能量決定。②色度Hue，指組成色彩的主波長，由紅綠藍三色的比重所決定。③顏色的純度飽和度Saturation，表示相對中性灰色而言顏色的純度，主要反映地物的光譜信息。

IHS模型的色彩空間：IHS定義了一個柱形彩色空間。明度I沿著軸線從底部的黑變到頂部的白。色度H由圓柱底面圓的角度表示。假定0o為紅色，120o為綠色，240o為藍色，則色度0o到240o覆蓋了所有可見光譜的色彩。飽和度S是色度環(huán)的原點到彩色點的半徑長度。圓心的飽和度為0，圓周上的飽和度為1。

IHS變換常用的方法有：球體變換和圓柱體變換等多圖像代數(shù)運算加法運算可以有效地減少圖像的加性隨機噪聲。減法運算提供了不同波段或不同時相圖像間的差異信息。比值運算反映了兩個波段光譜比值的差異。多光譜圖像增強多光譜增強采用對多光譜圖像進行線性變換的方法，減少多個波段信息之間的冗余，達到保留主要信息，壓縮數(shù)據(jù)量，增強和提取更具有目視解譯效果的新波段數(shù)據(jù)的目的。多光譜空間一個n維坐標系，每一個坐標軸代表多波段圖像的一個波段，坐標值表示該波段像元的灰度值，圖像中的每個像元對應于坐標空間中的一個點。多光譜增強主要有兩種變換：①K—L變換，又稱主成分變換。②K—T變換，又稱纓帽變換對某一n個波段的多光譜圖像實行一個線變換，即對多光譜圖像組成的光譜空間X乘以一個線性變換矩陣A，產(chǎn)生一幅新的n個波段的多光譜圖像。其表達式為：Y=A*X

根據(jù)主成分變換的數(shù)學原理，A是X空間的協(xié)方差矩陣的特征向量矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣。即：K-L變換則：K-L變換分析數(shù)據(jù)壓縮：經(jīng)過K—L變換，多光譜圖像變成了新的主成分圖像，像元的亮度值不再表示地物原來的光譜值。但變換后的前幾個主分量包含了絕大部分的地物信息，在一些情況下幾乎是100%，因此可以只取前幾個主分量，既獲得了絕大部分地物信息，又減少了數(shù)據(jù)量。圖像增強：K—L變換的前幾個主分量包含了主要的地物信息，噪聲相對較少；而隨著信息量的逐漸減小，最后的主分量幾乎全部是噪聲信息。因此，K—L變換突出了主要信息，抑制了噪聲，達到圖像增強的目的。分類前預處理。多光譜圖像的每個波段并不都是分類最好的信息源，因而分類前的一項重要工作就是特征選擇，即減少分類的波