子情景遥感图像预处理图像增强

1、* 1、对比度变换或拉伸（点运算）、对比度变换或拉伸（点运算）线性变换、非线性变换、直方图调整线性变换、非线性变换、直方图调整 2、空间滤波（邻域增强）、空间滤波（邻域增强）平滑、锐化平滑、锐化 3、彩色变换、彩色变换假彩色变换、伪彩色变换、假彩色变换、伪彩色变换、HIS变换变换主要内容主要内容 定义：定义：是指对图像的某些特征，如边缘、轮廓、对比度进行强调或尖锐化，以便于显示、观察或进一步地分析与处理。 注意：注意：图像增强不增加图像数据中的相关信息，但它将增加所选择特征的动态范围，从而使这些特征检测或识别更加容易。图象增强图象增强 对比度的定义： 对比度指的是一幅图像中明暗区域最亮的白和最

2、暗的黑之间不同亮度层级的测量，即指一幅图像灰度反差的大小计算公式：计算公式：minmax1/ ggC minmax2ggC 又称灰度比例尺变换。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。属于一点对一点的逐点变换，也称作点变换。 )( fGg 常用的对比度变换方法：线性变换非线性变换直方图调整 线性变换 在改变图像像元运算过程中，如果变换函数是线性的或分段线性的，这种变换就是线性变换。 线性变换是图像增强处理最常用的方法。 *8直方图数字图像最小值最大值 将亮度值为015图像拉伸为030，要设计一个线性变换函数，横坐标xa为变换前的亮度值，纵坐标xb为变

3、换后的亮度值。方程式为1530abxxabxx2变换前后直方图对比变换后图像L0abLagbgLfbgbfbfagafafffGgba)()(0)(分段线性拉伸分段线性拉伸 在一些亮度段拉伸，而在另一些亮度段压缩，这种变换称为分段线性变换。分段线性变换时，变换函数不同，在变换坐标系中成为折线，折线间断点的位置根据需要决定。 从图中可以看出，第一、三段为压缩，第二段为拉伸，每一段的变换方程为： abxx31102abxx41543+=abxx 变化前亮度值0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15变化后亮度值0 0 1 1 1 2 2 4 6 8 10 12 13

4、 14 14 15 当变换函数是非线性时，即为非线性变换。非线性变换的函数很多，常用的有指数指数变换和对数对数变换。 对比度变换*15caxbxab) 1lg(cbexaaxba，b，c仍为可调参数，由使用者决定其值 。 扩展了亮度值高的扩展了亮度值高的部分相对压缩了亮部分相对压缩了亮度值低的部分度值低的部分扩展了亮度扩展了亮度值低的部分值低的部分相对压缩了相对压缩了亮度值高的亮度值高的部分部分 将图像的灰度范围先拉伸到显示设备的动态范围成饱和状态，然后进行颠倒。 对数变换对数变换指数变换指数变换灰度翻转灰度翻转（a）原始图像（c）反转效果（b）反转函数00.51S=kr+b10.5对比度变换

5、从直方图形态判断图像质量 定义：定义： 使输入图像灰度值的频率分布（直方图）与所希望的直方图形状一致而变换灰度值的方法。 典型的变换有2种：直方图均衡化（histogram equalization）： 把原图像的直方图变换为各灰度值频率相同的直方图；直方图正态化（histogram normalization）： 把非正态分布的直方图变换为具有正态分布的直方图。 对比度变换直方图均衡化直方图正态化扩展了图象中间灰度范围，但不像线性拉伸那样强烈。使得面积最大的地物细节得以增强，面积小的地物与其灰度接近的地物进行合并，减少灰度等级nHistogramnHistogram equalization

6、 直方图均衡化 把一已知灰度概率分布的图像，经过一种变换，使之演变成一幅具有均匀灰度概率分布的新图象。灰度变换所具有的性质：)(rTs （1）是单调增加的单值函数（2）1)(0rT对比度变换KjjrKjjKKrfnnrTs00)()( 对于一个直方图设 P(r)是原始图像直方图，P(s)是均衡化的直方图，由于其是一个概率分布函数所以有 P(s)ds=P(r)dr 进行积分计算且归一化灰度级。对比度变换对比度变换对比度变换u直方图规定化直方图规定化对比度变换对比度变换u直方图规定化直方图规定化对比度变换u直方图规定化直方图规定化 对比度变换的辐射增强是通过单个像元的运算从整体上改善图像的质量。空

7、间滤波则侧重于图像的空间特征或频率，是以重点突出图像上的某些特征为目的的，如突出边线或纹理等，因此通过像元与其周围相邻像元的关系，采用空间域中的邻域处理方法。滤波在数学上被称为卷积。或者说是卷积的一种应用。 空间频率：指图像中色调变化的平滑或粗糙程度，即灰度变化剧烈程度的指标，是灰度在平面空间上的梯度 高空间频率（高频）区域称为“粗糙”，即图像的亮度值在小范围内变化很大（如道路和房屋的边界） 低空间频率（低频）区域称为“平滑”，指图像的亮度值变化相对较小，如平静的水体、大面积水田、草地等。 低通滤波主要用于加强图像中的低频成分，减弱图像中的高频成分；高通滤波则相反，即加强高频细节，减弱低频信息

8、。带通滤波由于仅保留一定的频率成分，所以可用于提取、消除每隔一定间隔出现的干扰条纹的噪声。 空间滤波-空间频率A common filtering involves moving a window （活动窗口）of a few pixels in dimension (e.g. 3x3, 5x5, etc.) over each pixel in the image, applying a mathematical calculation using the pixel values under that window, and replacing the central pixel with

9、 the new value. MmNnnmtnmjir11),(),(),(假定模板大小为M*N，窗口为(m,n)，模板为t(m，n)，则模板运算为:R Rw w1 1w w2 2w w3 3w w4 4w w5 5w w6 6w w7 7w w8 8w w9 9z z1 1z z2 2z z3 3z z4 4z z5 5z z6 6z z7 7z z8 8z z9 9= w1z1 + w2z2 + . +w9z9ReplacewithA low-pass filter（低通滤波）（低通滤波） is designed to emphasise larger, homogeneous area

10、s of similar tone and reduce the smaller detail in an image. Thus, low-pass filters generally serve to smooth（平滑）（平滑） the appearance of an image. A high-pass filter （高通滤波）does the opposite, and serves to sharpen the appearance of fine detail in an image. 垂直水平平滑平滑 图像中出现某些亮度变化过大的区域，或出现不该有的亮点（“噪声”）时，采用

11、平滑的方法可以减小变化，使亮度平缓或去掉不必要的“噪声”点。Mean 5x5原始图象原始图象Mean 11x11111111111(1/9)* 对于图象的边缘处，邻域将被部分域所代替平滑平滑中值滤波中值滤波是把局部区域中灰度的中央值作为区域中央象元的值。如，在33区域内进行中值滤波，是将区域内9个灰度值按由小到大排列，从小的一方开始的第5个值即为中央象元的值。 ),(),(yxofmedianyxg平滑如3X3窗口：207205208201202206198200212207205208201205206198200212212208207206205202201200198从小到大排列，取中

12、间值平滑平滑最大值滤波平滑平滑最小值滤波平滑平滑 图像锐化的目的是增强图像中景物的边缘或轮廓 边缘或轮廓通常位于灰度突变或不连续的地方，具有一阶微分最大值和二阶微分为0的特点;锐化锐化 锐化水平、水平、垂直梯垂直梯度度Roberts梯度梯度Sobel梯度梯度锐化锐化拉普拉拉普拉斯算子斯算子114111h115112h锐化锐化 把黑白图像的灰度级分成若干层次，在每个层次上赋予颜色，则可得到图像的伪彩色图像。 据色度学原理，任何一种颜色均可由三原色（R，G，B）按适当比例合成，故伪彩色处理可描述为： ),(),(),(),(),(),(yxfTyxByxfTyxGyxfTyxRBGR伪彩色图像三原

13、色分量值 黑白图像像元的灰度值 灰度级与三原色的映射关系 彩色变换4L43 L2LL0L红红4L43L2LL0L绿绿4L43L2LL0L蓝蓝43432)2(420LfLLfLLfLffR43)(4434404LffLLfLLLfffG2024)2(440LfLfLfLLfLfB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彩色变换原始图像原始图像灰度拉伸结果图像灰度拉伸结果图像伪彩色增强结果图像伪彩色增强结果图像彩色变换 根据加色法彩色合成原理，选择遥感影像的某三个波段，分别赋予红、绿、蓝三种原色，就可以合成彩色影像。由于原色的选择与原来遥感波段所代表的真实颜

14、色不同，因此生成的合成色不是地物真实的颜色，因此这种合成叫做假彩色合成。 多波段图像在获取时会受到大气吸收、散射等影响，一般蓝波段损失严重，在彩色合成时要由其他波段（包括非可见光波段）代替，不可能得到与自然景色相同的真彩色图像。彩色变换 选定三个波段并分别按灰度级赋予相应的三原色123( , )00( , )( , )00( , )( , )00( , )RGBR x yTg x yG x yTgx yB x yTgx y将R、G、B 三原色分量进行合成，即得到合成处理的假彩色图像f(x,y)，即： ),(),(),(),(yxByxGyxRfyxf假彩色合成影像经常应用于后续的图像目视解译。 彩色变换TM标准假彩色合成图像TM7(R)、4(G)、2(B)彩色变换TM3(R)、2(G)、1(B)TM4(R)、5(G)、3(B)彩色变换 IHS变换就是将颜色的RGB表示形式转变为色度、亮度和饱和度的表示形式 。(Intensity