遥感原理与应用2010_4.ppt

第四章遥感图像处理 第一节光学原理与光学处理 一 颜色视觉1 亮度对比和颜色对比 1 亮度对比 对象相对于背景的明亮程度 改变对比度 可以提高图象的视觉效果 2 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 两种颜色相互影响的结果 使每种颜色会向其影响色的补色变化 在两种颜色的边界 对比现象更为明显 因此 颜色的对比会产生不同的视觉效果 3 颜色立体 1 颜色立体 中间垂直轴代表明度 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 图4 1 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 颜色立体中央轴的水平距离代表饱和度的变化 图4 2 新遥感精品 多媒体课件 yanseliti swf 二 加色法与减色法 颜色相加原理 三原色 若三种颜色 其中的任一种都不能由其余二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 红 绿 蓝 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 黄和蓝 红和青 绿和品红 色度图 可以直观地表现颜色相加的原理 更准确地表现颜色混合的规律 图4 5 3 颜色相减原理 减色过程 白色光线先后通过两块滤光片的过程 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 加色法与减色法的区别 减法三原色 黄 品红 青 三 光学增强处理 图像的光学增强处理方法具有精度高 反映目标地物更真实 图像目视效果好等优点 是遥感图像处理的重要方法之一 计算机图像处理的优点在于速度快 操作简单 效率高等优点 有逐步取代光学方法的趋势 三 光学增强处理 彩色合成加色法彩色合成减色法彩色合成光学增强处理光学信息的处理图像的相加和相减遥感黑白影象的假彩色编码 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 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 HOME 减色法彩色合成 染印法 是一种使用特别浮雕片 接受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 HOME 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 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 再沿希望突出的线形特征的垂直方向错位 目的在于突出线形特征 HOME 图像的相加和相减 光栅滤波法 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 HOME 遥感黑白影象的假彩色编码 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 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 HOME 新遥感精品 多媒体课件 caisehecheng swf 第二节数字图像的校正 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 数字图像及其直方图 数字图像 遥感数据有光学图像和数字图像之分 数字图像是能被计算机存储 处理和使用的用数字表示的图像 数字化 将连续的图像变化 作等间距的抽样和量化 通常是以像元的亮度值表示 数字量和模拟量的本质区别 连续变量 离散变量 数字图像的表示 矩阵函数 数字图象 HOME 数字图像直方图 以每个像元为单位 表示图像中各亮度值或亮度值区间像元出现的频率的分布图 直方图的作用 直观地了解图像的亮度值分布范围 峰值的位置 均值以及亮度值分布的离散程度 直方图的曲线可以反映图像的质量差异 正态分布 反差适中 亮度分布均匀 层次丰富 图像质量高 偏态分布 图像偏亮或偏暗 层次少 质量较差 小结图像直方图是描述图像质量的可视化图表 在图像处理中 可以通过调整图像直方图的形态 改善图像显示的质量 以达到图像增强的目的 直方图 TheImageHistogram Inrawimagery theusefuldataoftenpopulatesonlyasmallportionoftheavailablerangeofdigitalvalues commonly8bitsor256levels Contrastenhancementinvolveschangingtheoriginalvaluessothatmoreoftheavailablerangeisused therebyincreasingthecontrastbetweentargetsandtheirbackgrounds Thekeytounderstandingcontrastenhancementsistounderstandtheconceptofanimagehistogram Ahistogramisagraphicalrepresentationofthebrightnessvaluesthatcompriseanimage Thebrightnessvalues i e 0 255 aredisplayedalongthex axisofthegraph Thefrequencyofoccurrenceofeachofthesevaluesintheimageisshownonthey axis HOME 二 辐射校正 Radiometriccorrection 辐射畸变 地物目标的光谱反射率的差异在实际测量时 受到传感器本身 大气辐射等其他因素的影响而发生改变 这种改变称为辐射畸变 影响辐射畸变的因素 P98 传感器本身的影响 导致图像不均匀 产生条纹和噪音 大气对辐射的影响 StripingwascommoninearlyLandsatMSSdataduetovariationsanddriftintheresponseovertimeofthesixMSSdetectors The drift wasdifferentforeachofthesixdetectors causingthesamebrightnesstoberepresenteddifferentlybyeachdetector Thecorrectiveprocessmadearelativecorrectionamongthesixsensorstobringtheirapparentvaluesinlinewitheachother Droppedlinesoccurwhentherearesystemserrorswhichresultinmissingordefectivedataalongascanline Droppedlinesarenormally corrected byreplacingthelinewiththepixelvaluesinthelineaboveorbelow orwiththeaverageofthetwo 大气影响的定量分析 大气的主要影响是减少了图像的对比度 使原始信号和背景信号都增加了因子 图像质量下降 大气影响的粗略校正 通过简单的方法去掉程辐射度 散射光直接进入传感器的那部分 从而改善图像质量 直方图最小值去除法回归分析法 校正的方法是将波段b中每个像元的亮度值减去a 来改善图像 去掉程辐射 直方图最小值去除法 基本思路 每幅图像上都有辐射亮度或反射亮度应为0的地区 而事实上并不等于0 说明亮度最小值必定是这一地区大气影响的程辐射度增值 校正方法 将每一波段中每个像元的亮度值都减去本波段的最小值 使图像亮度动态范围得到改善 对比度增强 从而提高了图像质量 HOME 三 几何校正 几何畸变 遥感图像的几何位置上发生变化 产生诸如行列不均匀 像元大小与地面大小对应不准确 地物形状不规则变化等变形 P103几何畸变是平移 缩放 旋转 偏扭 弯曲等作用的结果 GeometricCorrection Allremotesensingimageryareinherentlysubjecttogeometricdistortions Thesedistortionsmaybeduetoseveralfactors including theperspectiveofthesensoroptics themotionofthescanningsystem themotionoftheplatform theplatformaltitude andvelocity theterrainrelief and thecurvatureandrotationoftheEarth Geometriccorrectionsareintendedtocompensateforthesedistortionssothatthegeometricrepresentationoftheimagerywillbeascloseaspossibletotherealworld Thegeometricregistrationprocessinvolvesidentifyingtheimagecoordinates i e row column ofseveralclearlydiscerniblepoints calledgroundcontrolpoints orGCPs inthedistortedimage A A1toA4 andmatchingthemtotheirtruepositionsingroundcoordinates e g latitude longitude Thetruegroundcoordinatesaretypicallymeasuredfromamap B B1toB4 eitherinpaperordigitalformat 1 遥感影像变形的原因 遥感平台位置和运动状态变化的影响 航高 航速 俯仰 翻滚 偏航 P104地形起伏的影响 产生像点位移 地球表面曲率的影响 一是像点位置的移动 二是像元对应于地面宽度不等 距星下点愈远畸变愈大 对应地面长度越长 大气折射的影响 产生像点位移 地球自转的影响 产生影像偏离 2 几何畸变校正 P107 基本思路 把存在几何畸变的图像 纠正成符合某种地图投影的图像 且要找到新图像中每一像元的亮度值 具体步骤1 计算校正后每一点所对应原图中的位置 2 计算每一点的亮度值 计算方法1 建立两图像像元点之间的对应关系 2 求出原图所对应点的亮度 最近邻法 双线性内插法 三次卷积内插法 2 几何畸变校正 控制点的选取 P111 数目的确定 最小数目 6倍于最小数目 选择的原则易分辨 易定位的特征点 道路的交叉口 水库坝址 河流弯曲点等 特征变化大的地区应多选些 尽可能满幅均匀选取 SpatialFeatureEnhancement ImageEnhancement Enhancementsareusedtomakeiteasierforvisualinterpretationandunderstandingofimagery TheadvantageofdigitalimageryisthatitallowsustomanipulatethedigitalpixelvaluesinanimageTherearethreemaintypesofimageenhancement ContrastenhancementSpatialfeatureenhancementMulti imageenhancement 第三节遥感数字图像增强 一 彩色变换把数字图像组合转换成彩色图形 或者把各种增强或分类图像组合叠加 以彩色图像显示出来 彩色的视觉分辨能力比黑白高 方法 假彩色密度分割 彩色合成 概念 单波段黑白遥感图像可按亮度分层 对每层赋予不同的色彩 使之成为一幅彩色图像 这种方法又叫密度分割 分层方案的确定 分层方案与地物光谱差异对应合适 可以较好地区分地物类别 处理过程效果分析 1 单波段彩色变换 假彩色密度分割 处理过程 输入图像 显示直方图 确定分割的等级数 并计算分割的间距 像元亮度值转换 为像元新值赋色 HOME 以不同的色彩表示图像的色调变化 增强了图像的显示能力同一地物或现象可能被分割成两种不同密度并以不同的颜色显示出来 或同一色彩却表示两种以上不同的地物 造成判读错误 HOME 效果分析 2 多波段色彩变换 概念 利用计算机将同一地区不同波段的图像存放在不同通道的存储器中 并依照彩色合成原理 分别对各通道的图像进行单基色变换 在彩色屏幕上进行叠置 从而构成彩色合成图像 合成方案 彩色合成图像分为真彩色图像和假彩色图像 方法演示 ColourComposites ColourComposites Acolourcompositeisacolourimageproducedthroughopticalcombinationofmultibandimagesbyprojectionthroughfilters TrueColourComposite Acolourimagingprocesswherebythecolouroftheimageisthesameasthecolouroftheobjectimaged FalseColourComposite Acolourimagingprocesswhichproducesanimageofacolourthatdoesnotcorrespondtothetruecolourofthescene asseenbyoureyes TM1 TM2 TM3 TM4 TM5 TM6 TM7 LandsatTM5sub sceneshowingtheregionaroundtheAlpinforschungszentrumRudolfsh tte TM7 4 1 TM5 7 2 TM5 4 3 TM4 3 2 ERDAS彩色合成演示 3 HLS变换 RGB模式与HLS模式将RGB模式转换成HLS模式 对于定量地表示色彩特性 以及在应用程序中实现两种表达方式的转换具有重要意义 二 对比度变换 直方图与图像的质量概念 是一种通过改变图像像元的亮度值来改变图像像元对比度 从而改善图像质量的图像处理方法 将图像中过于集中的像元分布区域 亮度值分布范围 拉开扩展 扩大图像反差的对比度 增强图像表现的层次性 又叫辐射增强 方法 对比度线性变换和非线性变换 二 对比度变换 线性变换 在改善图像对比度时 如果采用线性或分段线性的函数关系 那么这种变换就是线性变换 调整线性参数 改变变换效果分段式线性变换非线性变换 变换函数为非线性函数时 即为非线性变换 Alinearstretchinvolvesidentifyinglowerandupperboundsfromthehistogram usuallytheminimumandmaximumbrightnessvaluesintheimage andapplyingatransformationtostretchthisrangetofillthefullrange Thisgraphicillustratestheincreaseincontrastinanimagebefore left andafter right alinearcontraststretch Iftheinputrangeisnotuniformlydistributed Inthiscase ahistogram equalisedstretchmaybebetter Thisstretchassignsmoredisplayvalues range tothefrequentlyoccurringportionsofthehistogram Inthisway thedetailintheseareaswillbebetterenhancedrelativetothoseareasoftheoriginalhistogramwherevaluesoccurlessfrequently Thisgraphicillustratestheratherunevenincreaseincontrastinanimagebefore left andafter right ahistogramequalisedstretch 三 空间滤波 以重点突出图像上某些特征为目的 滤波增强的原理 任何一个复杂的波形曲线都可以分解成具有不同频率 波长 的较为简单的波形曲线 概念 根据需要 舍弃不需要的频率曲线 选择适宜和需要的频率波形曲线 重新构成新的图像 使一些地物或现象得到突出显示 三 空间滤波 空间滤波 以突出图像上的某些特征为目的 通过像元与周围相邻像元的关系 采取空间域中的邻域处理方法进行图像增强方法 图像卷积运算 在图像的左上角开一个与模板同样大小的活动窗口 图像窗口与模板像元的亮度值相乘再相加 得到新像元的灰度值 SpatialFiltering Spatialfilteringencompassesanothersetofdigitalprocessingfunctionswhichareusedtoenhancetheappearanceofanimage Spatialfiltersaredesignedtohighlightorsuppress 抑制 specificfeaturesinanimagebasedontheirspatialfrequency Spatialfrequencyisrelatedtotheconceptofimagetexture andreferstothefrequencyofthevariationsintonethatappearinanimage Acommonfilteringinvolvesmovinga window 活动窗口 ofafewpixelsindimension e g 3x3 5x5 etc overeachpixelintheimage applyingamathematicalcalculationusingthepixelvaluesunderthatwindow andreplacingthecentralpixelwiththenewvalue ImageofCHURNFarmDaedalus1268ATMChannel3 Alow passfilter 低通滤波 isdesignedtoemphasiselarger homogeneousareasofsimilartoneandreducethesmallerdetailinanimage Thus low passfiltersgenerallyservetosmooth 平滑 theappearanceofanimage Ahigh passfilter 高通滤波 doestheopposite andservestosharpentheappearanceoffinedetailinanimage Directionaloredgedetectingfiltershighlightlinearfeatures suchasroadsorfieldboundaries Verticaledges 垂直边缘 Horizontaledges DirectionalEdgefilterscanalsobedesignedtoenhancefeatureswhichareorientedinspecificdirectionsandareusefulinapplicationssuchasgeology forthedetectionoflineargeologicstructures 1 平滑 图像中出现某些亮度值过大的区域 或出现不该有的亮点时 采用平滑方法可以减小变化 使亮度平缓或去掉不必要的亮点 比值平滑 将每个像元在以其为中心的区域内 取平均值来代替该像元值 以达到去掉尖锐 噪声 和平滑图像的目的 中值滤波 将每个像元在以其为中心的邻域内 取中间亮度值来代替该像元值 以达到去掉尖锐 噪声 和平滑图像的目的 2 锐化 突出图像的边缘 线性目标或某些亮度变化率大的部分 罗伯特梯度 找到了梯度较大的位置 也就找到了边缘 用不同的梯度值代替边缘处像元的值 也就突出了边缘 索伯尔梯度拉普拉斯算法定向检测 Low andHigh PassFilteringWhenwelookatspatialstructure wecanusuallyseeacharacteristiclengthscale e g sizeoffields widthandlengthofroads etc ImagesusuallyhavefeaturesonlotsofdifferentlengthscalesSometimes insteadoftalkingabout lengthscale wetalkinsteadabout spatialfrequency Highfrequenciescorrespondtoshortdistancescales lowfrequenciescorrespondtolongdistancescalesWecandescribetheactionofsomefiltersinthisway EdgeEnhancement edgeenhancementmathematicallymanipulatesanimagetoprovideanewimageinwhichedgesaremadetostandout Smoothing smoothingaveragesthevaluesofthepixelanditsneighbors Ifthereis noise intheimage randompixelwithrandomvalues thesmoothingprocesswillremovethese 四 图像运算 概念 两幅或多幅单波段影像 完成空间配准后 通过一系列运算 可以实现图像增强 达到提取某些信息或去掉某些不必要信息的目的 原理 地物不同波段的光谱差异 比值运算 两幅同样