第8章遥感图像基本处理1ppt课件

1、1接收预处理用户应用处理分析结果输出2第八章第八章 遥感图像的基本处理遥感图像的基本处理遥感图像遥感图像的的基本处理基本处理数字图像校正数字图像校正数字图像增强数字图像增强多源信息复合多源信息复合数字图像数字图像辐射校正辐射校正几何校正几何校正38.1.1 模拟图像与数字图像模拟图像与数字图像光学图像模拟图像）光学图像模拟图像）连续图像连续图像照片照片 二维的连续的光密度函数。二维的连续的光密度函数。 图像上的光密度随坐标图像上的光密度随坐标x,y变化而变化，如果取一个方向变化而变化，如果取一个方向的图像，则密度随空间变化，是一条连续的曲线。的图像，则密度随空间变化，是一条连续的曲线。数字图像

2、数字图像离散图离散图像像计算机存储计算机存储 指能够被计算机存指能够被计算机存储、处理和使用的图储、处理和使用的图像。像。 数字图像可以理解数字图像可以理解为多维数组。为多维数组。 模拟图像与数字图像之间可通过模/数A/D转换。4数字图像：指能够被计算机存储、处理和使用的图像。数字图像：指能够被计算机存储、处理和使用的图像。 “离散离散化化”、二维矩阵：每个元素的取值是图像连续变化的灰度的离、二维矩阵：每个元素的取值是图像连续变化的灰度的离散整数值。散整数值。51、离散化的单元像元值的涵义？代表什么？2、在计算机内是如何存储的以什么数据类型）？3、图像所占存储空间如何计算？ 模拟图像模拟图像

3、（灰度、颜色的连续分（灰度、颜色的连续分布）布） 采采样样像元号像元号 像元像元 6不同反差特征的图像不同反差特征的图像图像直方图图像直方图 用平面直角坐标系表示一幅灰度范围为用平面直角坐标系表示一幅灰度范围为0-n的数字图像像元灰度分布状态，横轴表示灰的数字图像像元灰度分布状态，横轴表示灰度级，纵轴表示某一灰度级或范围的像度级，纵轴表示某一灰度级或范围的像元个数占像元总数的百分比。元个数占像元总数的百分比。 通过直方图可以直观地了解图像特征，以通过直方图可以直观地了解图像特征，以确定图像增强方案并了解图像增强后效果。确定图像增强方案并了解图像增强后效果。7遥感图像处理系统遥感图像处理系统遥感

4、图像处理的主要内容：校正、加强、变换及信息提遥感图像处理的主要内容：校正、加强、变换及信息提取取 - 磁带机、数字化磁带机、数字化器等；打印机、器等；打印机、绘图仪、激光图绘图仪、激光图像记录仪像记录仪 - 图像计算机、图像计算机、阵列处理机阵列处理机 - 磁盘、磁带、磁盘、磁带、光盘光盘 - 系统软件、应用系统软件、应用软件图像处理软件图像处理软件）软件）88.1.2 遥感图像的辐射校正遥感图像的辐射校正 由于传感器响应特性和大气的吸收、散由于传感器响应特性和大气的吸收、散射及其它随机因素影响，导致图像模糊射及其它随机因素影响，导致图像模糊失真，造成图像分辨率和对比度相对下失真，造成图像分辨

5、率和对比度相对下降。这些都需要通过辐射校正复原。降。这些都需要通过辐射校正复原。 包括：系统辐射校正、大气校正包括：系统辐射校正、大气校正9一、系统辐射校正一、系统辐射校正（一光学摄影机内部辐射误差校正（一光学摄影机内部辐射误差校正 光学摄影机内部辐射误差主要是由镜头中心和边缘光学摄影机内部辐射误差主要是由镜头中心和边缘的透射光的强度不一致造成的，它使得在图像上不同的透射光的强度不一致造成的，它使得在图像上不同位置的同一类地物有不同的灰度值。设原始图像灰度位置的同一类地物有不同的灰度值。设原始图像灰度值值g，校正的图像灰度，校正的图像灰度g,则有则有g=g/cos 为像点成像时光线与主光轴夹角

6、。为像点成像时光线与主光轴夹角。（二光电扫描仪内部辐射误差的校正（二光电扫描仪内部辐射误差的校正 两类误差：（两类误差：（1光电转换误差；（光电转换误差；（2探测器增探测器增益变化引起的误差。益变化引起的误差。10二、大气校正二、大气校正定义：指消除主要由大气散射引起的辐射误差的处理过程。定义：指消除主要由大气散射引起的辐射误差的处理过程。（一公式法（一公式法 与卫星扫描同步进行野外波谱测试，将地面测量结果与卫与卫星扫描同步进行野外波谱测试，将地面测量结果与卫星影像对应像元亮度值进行回归分析，回归方程为：星影像对应像元亮度值进行回归分析，回归方程为：iAibRaL式中，式中，LAi为卫星观测值

7、；为卫星观测值；Ri为地面反射率；为地面反射率； a和和b为回归系数；为回归系数； 系数系数a为大气散射引起对辐射的干扰部分为大气散射引起对辐射的干扰部分 a=SiLBi （式中，（式中，Si为系统增益因素；为系统增益因素；Lbi为大气为大气路径辐射率）路径辐射率）b表示辐射率表示辐射率Lai随地面反射率随地面反射率Ri递增而增长的程度大小；递增而增长的程度大小；Ti为大气透射率；为大气透射率；Hi为太阳辐照度；为太阳辐照度；为太阳天顶角；为太阳天顶角； 由于这个公式计算方法是对于各个波段分别进行的，所由于这个公式计算方法是对于各个波段分别进行的，所以以上各参数都带有以以上各参数都带有i，代表

8、各波段的序号。将上式代入可，代表各波段的序号。将上式代入可得：得：cosiiiHTSb iiiiBiiAiRcosHTSLSL上式说明决定上式说明决定Lai的因素比较复杂，用这一公式计算的因素比较复杂，用这一公式计算Lai时需时需要获得当时具体气象参数。要获得当时具体气象参数。 由前面的公式可得：由前面的公式可得： aLbRAiiaLbRLAiiAi式中，式中，LAi即为校正后图像灰度值；即为校正后图像灰度值；a为大气附加辐射部为大气附加辐射部分。分。12（二回归分析法（二回归分析法 用长波数据来校正短波数。用长波数据来校正短波数。 作法：在不受大气影响的波段如作法：在不受大气影响的波段如TM

9、5和待校正和待校正的某一波段图像中，选择由最亮至最暗的一系列目标，的某一波段图像中，选择由最亮至最暗的一系列目标，将每一目标的两个待比较的波段灰度值提取出来进行将每一目标的两个待比较的波段灰度值提取出来进行回归分析。回归分析。 例如：例如：XbaY11式中，式中，X为为TM5波段的亮度均值；波段的亮度均值；Y为为TM1亮度均值；亮度均值；13a1,b1计算如下：计算如下：)T(T)T)(TT(Tb55115515111TbTa111aTTT1、T5表示表示TM1与与TM5波段灰度值，波段灰度值，1T为TM1波段校正后的灰度值。yx1a14（三直方图校正法（三直方图校正法: 通过灰度直方图对比找

10、出校正量通过灰度直方图对比找出校正量从图像像元亮度值中减去一个辐射偏置量从图像像元亮度值中减去一个辐射偏置量LP），辐射偏），辐射偏置量等于图像直方图中最小的辐射亮度值。置量等于图像直方图中最小的辐射亮度值。前提假设）：水体或阴影等物体的灰度值为前提假设）：水体或阴影等物体的灰度值为0，大气，大气散射导致图像上这些物体的灰度值不为散射导致图像上这些物体的灰度值不为0辐射偏置量）辐射偏置量） 暗物体法暗物体法Dark-object method）15补充知识补充知识1：大气影响的定量分析：大气影响的定量分析0E0L地面上单位面积的辐照度为地面上单位面积的辐照度为 cos0EE假定地表面是朗伯体，

11、其假定地表面是朗伯体，其表面为漫反射，则某方向表面为漫反射，则某方向物体的亮度为物体的亮度为 cos00ERERL系统增益系数因子系统增益系数因子 ，进入传，进入传感器的亮度值感器的亮度值 Scos00SERL无大气影响状况无大气影响状况16补充知识补充知识1：大气影响的定量分析：大气影响的定量分析cos01STETRLDESTRL2PDSLSETRSTETRLcos0受入射方向透过率受入射方向透过率 和反射和反射方向透过率方向透过率 的影响，进入的影响，进入传感器的亮度值为：传感器的亮度值为：TT漫入射辐照度为ED，反射后进入传感器的亮度值为：散射光直接进入传感器的辐射程辐射亮度LP）17补

12、充知识补充知识1：大气影响的定量分析：大气影响的定量分析PDSLSETRSTETRLcos0大气的影响主要是减少了图像的对比度，使原始信号和背景信大气的影响主要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。号都增加了因子。18补充知识补充知识1：大气影响的粗略校正：大气影响的粗略校正 通过比较简便的方法去掉上式中的通过比较简便的方法去掉上式中的LPLP，从而改，从而改善图像质量。善图像质量。 PDSLSETRSTETRLcos0问题：精确校正？问题：精确校正？19补充知识补充知识1：绝对校正示意图：绝对校正示意图20补充知识补充知识1：常用大气辐射校正模型：常用大气辐射校正模型21

13、地球旋转 地球曲率 传感介质的不均匀 地形起伏 传感器姿态变化 成像投影方式 8.1.3 8.1.3 遥感影像变形的原因遥感影像变形的原因22遥感影像变形的原因遥感影像变形的原因侧视雷达属斜距投影，侧视雷达属斜距投影，其成像变形规律其成像变形规律红外机械全景扫描，红外机械全景扫描，其成像变形规律其成像变形规律（一传感器成像几何形态影响（一传感器成像几何形态影响传感器一般的成像几何形态有中心投影、全影投影、斜距投传感器一般的成像几何形态有中心投影、全影投影、斜距投影以及平行投影等几种不同类型。影以及平行投影等几种不同类型。23遥感影像变形的原因遥感影像变形的原因（二传感器外方位元素变化畸变（二传

14、感器外方位元素变化畸变24（三地球自转的影响（三地球自转的影响地球自转对于瞬时光学成像遥感方式没有影响，对于扫地球自转对于瞬时光学成像遥感方式没有影响，对于扫描成像则造成图像平行错动。描成像则造成图像平行错动。eety eyetLR为图像错动量；为图像错动量；图幅地面长度；图幅地面长度；地球平均半径地球平均半径6378KM；卫星运行平均角卫星运行平均角速度；速度；25遥感影像变形的原因遥感影像变形的原因（四地球表面曲率的影响（四地球表面曲率的影响 像点位置的移动像元对应于地面宽度的不等26遥感影像变形的原因遥感影像变形的原因（五地形起伏影响（五地形起伏影响27遥感影像变形的原因遥感影像变形的原

15、因（六）（六） 大气折射的影响大气折射的影响 28二、遥感图像几何校正原理二、遥感图像几何校正原理 遥感图像几何校正包括光学校正和数字纠正两种方法。遥感图像几何校正包括光学校正和数字纠正两种方法。 数字纠正是通过计算机对图像每个像元逐个地解析纠正处数字纠正是通过计算机对图像每个像元逐个地解析纠正处理完成的，其包括两方面：一是像元坐标变换；二是像元灰理完成的，其包括两方面：一是像元坐标变换；二是像元灰度值重新计算重采样）。度值重新计算重采样）。（一坐标变换的两种方案（一坐标变换的两种方案 首先要确定原始图像和纠正后图像之间的坐标变换关系。首先要确定原始图像和纠正后图像之间的坐标变换关系。对其包括

16、：对其包括： 直接法：从原始图像阵列出发，依次对其中每一个像元分直接法：从原始图像阵列出发，依次对其中每一个像元分别计算其在输出纠正后图像的坐标，即：别计算其在输出纠正后图像的坐标，即： ),(),(yxFXFYxyxy29式中，式中，x,y为为P点原始图像的行数和列数；点原始图像的行数和列数；X，Y为为P在新图像中在新图像中的坐标即地面坐标系），并把的坐标即地面坐标系），并把Px,y)的灰度值重新计算后送的灰度值重新计算后送到到PX，Y位置上去。位置上去。间接法：从空白图像阵列出发，依次计算每个像元间接法：从空白图像阵列出发，依次计算每个像元PX，Y在原始图像中的位置在原始图像中的位置Px,

17、y），然后把该点的灰度值计），然后把该点的灰度值计算后返送给算后返送给P(X,Y)。其纠正公式为：。其纠正公式为：),(),(YXGxYXGyyx30数字图像几何纠正的主要处理过程数字图像几何纠正的主要处理过程准备工作输入原始数字影像建立建立纠正纠正变换变换函数函数确定确定输出输出影像影像范围范围像元坐标变换像元坐标变换像元像元亮度亮度值重值重采样采样输出纠正后的图像准备工作：图像、地图、大地测量资料、平台轨道参准备工作：图像、地图、大地测量资料、平台轨道参数、传感器参数、控制点的选择；（具体内容可选）数、传感器参数、控制点的选择；（具体内容可选）纠正变换函数建立：输入和输出图像间的坐标变换关

18、纠正变换函数建立：输入和输出图像间的坐标变换关系；如多项式法、共线方程法等。系；如多项式法、共线方程法等。31(二输出图像的边界大小二输出图像的边界大小输出图像边界的地面坐标值是由包括纠正后图像在内的输出图像边界的地面坐标值是由包括纠正后图像在内的最小长方形范围来确定的。最小长方形范围来确定的。321、把原始图像的、把原始图像的4个角点按公式：个角点按公式：),(),(yxFXFYxyxy投影到输出坐标投影到输出坐标系中来。系中来。2、获取各自的最大和最小值、获取各自的最大和最小值Xb、Yb和和Xa、Ya）；）；3、令地面上坐标、令地面上坐标Yb、Xa和和(Ya、Yb)的点图像左上的点图像左上

19、角点为输出图像的第一行第一列像元，以角点为输出图像的第一行第一列像元，以dx和和dy划分网划分网格，每个网格代表输出图像的一个像元，在它输出图像阵格，每个网格代表输出图像的一个像元，在它输出图像阵列中的位置为：列中的位置为：1)(1)(dyYYIdxXXJba式中，式中，X，Y为地面某网格中为地面某网格中心的坐标值；心的坐标值；I，J为该网格为该网格位于输出图像阵列中的行列位于输出图像阵列中的行列序号；序号；dx,dy为输出图像阵列为输出图像阵列像元的地面尺寸；像元的地面尺寸；33（三数字图像灰度值的重采样（三数字图像灰度值的重采样 校正前后图像的分辨率变化、像元点位置相对变化引校正前后图像的

20、分辨率变化、像元点位置相对变化引起输出图像阵列中的同名点灰度值变化。起输出图像阵列中的同名点灰度值变化。 重采样：重采样：P的灰度值取决于周围列阵点上像元的灰度的灰度值取决于周围列阵点上像元的灰度值对其所作的贡献，这就是灰度值重采样值对其所作的贡献，这就是灰度值重采样三种插值方法：最邻近法、双线性法、三次卷积法三种插值方法：最邻近法、双线性法、三次卷积法341、最近邻法、最近邻法 用距离投影点最近像元灰度值代替输出像元灰度值。用距离投影点最近像元灰度值代替输出像元灰度值。2、双线性内插法、双线性内插法 投影点周围投影点周围4个相邻像元灰度值，并根据各自权重计算个相邻像元灰度值，并根据各自权重计

21、算输出像元灰度值，公式简述为：输出像元灰度值，公式简述为：4141432144332211iiiiiyxpgpppppgpgpgpgpg为输出像元灰度值yxg的灰度值为邻近点igi离表示邻点到投影点的距重为邻近点对投影点的权iiiiddpp,/1353、双三次卷积法、双三次卷积法 获取与投影点邻近的获取与投影点邻近的16个像元灰度值计算输出像个像元灰度值计算输出像元灰度值，公式为：元灰度值，公式为：161161iiiiiyxpgPg为输出像元灰度值yxg的灰度值为邻近点igi离表示邻点到投影点的距重为邻近点对投影点的权iiiiddpp,/13637原始图像原始图像纠正后图像最邻近插纠正后图像最

22、邻近插值）值）3839双线性插值双线性插值原始图像纠正双线性插值）4041原始图像原始图像几何纠正三次卷积）几何纠正三次卷积）42三、数字图像几何校正方法三、数字图像几何校正方法数字图像几何校正方法有多项式纠正法和共线方程纠正法。数字图像几何校正方法有多项式纠正法和共线方程纠正法。前者常用。前者常用。 多项式纠正法的基本思想：回避成像的空间几何过程，而多项式纠正法的基本思想：回避成像的空间几何过程，而真接对图像变形的本身进行数学模拟。常用的二元齐次多项真接对图像变形的本身进行数学模拟。常用的二元齐次多项式纠正变换方程为：式纠正变换方程为：)()()(3928273625123210YaXYaY

23、XaXaYaXYaXaYaXaax)()()(3928273625423210YbXYbYXbXbYbXYbXbYbXbby式中，式中，x,y为某像元的原始图像坐标；为某像元的原始图像坐标；X,Y为纠正后同名点为纠正后同名点的地面或地图坐示；的地面或地图坐示；ai,bi为多项式系为多项式系i=0,1,243数字图像几何校正方法数字图像几何校正方法(函数的建立函数的建立)多项式纠正法：常用的方法多项式纠正法：常用的方法基本原理：不考虑成像的空间几何过程，而直接对图像基本原理：不考虑成像的空间几何过程，而直接对图像变形的本身进行数学模拟。把遥感图像的总体变形看作变形的本身进行数学模拟。把遥感图像的

24、总体变形看作是平移、缩放、旋转、仿射、偏扭、弯曲及更高次的基是平移、缩放、旋转、仿射、偏扭、弯曲及更高次的基本变形的综合作用结果，因而，将纠正前后图像相应点本变形的综合作用结果，因而，将纠正前后图像相应点间的坐标关系用一适当的多项式表达。间的坐标关系用一适当的多项式表达。一般取一般取2次，可以满足精度要求次，可以满足精度要求需要地面控制点：需要地面控制点： 分布、数量分布、数量44控制点的选择控制点的选择地面控制点地面控制点GCP，Ground Control Point）: 一些特定的一些特定的像元，其地图坐标或其它输出坐标为已知像元，其地图坐标或其它输出坐标为已知人工地物人工地物 线性地物

25、交叉点线性地物交叉点不易随时间变化的目标不易随时间变化的目标大比例尺的图像：道路交叉点、机场跑道、建筑物大比例尺的图像：道路交叉点、机场跑道、建筑物小比例尺的图像：城区、一些线性地物交叉点河流、道路）小比例尺的图像：城区、一些线性地物交叉点河流、道路）分布：较均匀分布与图像范围内，保证足够数量分布：较均匀分布与图像范围内，保证足够数量45控制点的选择控制点的选择注意问题：注意问题：1. 多项式纠正法的精度与地面控制点多项式纠正法的精度与地面控制点GCP的精度、分布、的精度、分布、数量及纠正范围有关；数量及纠正范围有关；GCP的位置精度越高，则几何纠正的精度越高；的位置精度越高，则几何纠正的精度

26、越高；GCP的个数的个数不少于多项式的系数个数；适当增加不少于多项式的系数个数；适当增加GCP的个数，可以提高的个数，可以提高几何纠正的精度。几何纠正的精度。20-30个个GCP，一般可以满足需求，一般可以满足需求2. GCP分布应尽可能在整幅图像内均匀分布，否则在分布应尽可能在整幅图像内均匀分布，否则在GCP密密集区精度较高，在集区精度较高，在GCP分布稀疏区出现较大误差分布稀疏区出现较大误差3. 最小控制点的数量为最小控制点的数量为:(n+1)(n+2)/2, 为多项式次数。为多项式次数。4647 影像配准影像配准 (Matching) (Matching) 是将同一地区的不同特是将同一地

27、区的不同特性的相关影像性的相关影像( (如不同传感器，不同日期，不同波如不同传感器，不同日期，不同波段或传感器在不同位置获取的同一地区地物段或传感器在不同位置获取的同一地区地物) )在几在几何上互相匹配，即实现影像与影像间地理坐标及像何上互相匹配，即实现影像与影像间地理坐标及像元空间分辨率上的统一。元空间分辨率上的统一。 48精纠正后精纠正后SPOTSPOT配准后配准后TMTMDRG49 监测范围较大时：先将高质量的某一时相监测范围较大时：先将高质量的某一时相TMTM数据进行几何纠数据进行几何纠 正，象元采样成正，象元采样成1010米的地面分辨率，作为标准影象地图；再米的地面分辨率，作为标准影象地图；再 将其余卫星数据以景为单元与其进行相对配准。将其余卫星数据以景为单元与其进行相对配准。50影像配准或校正影像配准或校正配准精度检查配准精度检查加密控制点加密控制点选取控制点选取控制点满足满足配准结束配准结束不满足不满足满足满足要求要求吗？吗？51 同