中国地质大学武汉遥感数字图像处理课程设计报告

遥感数字图像处理

课程设计报告学生姓名：孙国欢班学号：113131-05指导老师：高伟、王红平中国地质大学（武汉）信息工程学院2016年2月§1课设要求§2课设内容§3算法原理§4结果分析§5课设感想错误！未定义书签。错误！未定义书签。错误！未定义书签。§1课设要求加深对遥感图像处理课程教授的典型算法的理解，使用高级程序语言完成算法的设计与实现。不得直接在商用软件上做二次开发。§2课设内容（一）课程实验（20分）1、图像数据显示此次实习要求在Demo原型系统中增加对图像数据的显示，具体说明如下：a）至少支持Tiff格式图像的显示b）完成RGB合成显示、灰度显示和索引显示的功能c）完成至少2种的增强显示方式：如：正规化显示、均衡化显示、自适应显不等。d）完成基本统计量计算以及直方图统计功能。（二）课程设计内容（60分）.图像几何校正图像几何校正的实现是在准备的控制点数据基础之上，计算图像的转换系数，进而对图像进行重采样，完成图像的几何校正算法。此部分功能要求：a）要求实现多项式校正的算法，至少完成一阶多项式，对多阶多项式可尝试。b）重采样方式要求完成最邻近、双线性和三次立方卷积3种重采样方法c）要求对重采样方式和多项式阶数能够设置.实现影像空域滤波的功能。主要功能如下：a）能选择输入影像数据文件；b）能定制滤波核大小和数值；c）能选取输出的影像数据文件。.图像分类a）要求实现至少一种分类算法。b）监督分类的AOI区选取可借助于其他系统选取的AOI区信息c）若采用非监督分类，要求使用ISODATA算法予以实现d）要求能以不同颜色来区分显示不同类的像元§3算法原理此次课设主要针对遥感数字图像处理课程中教授的遥感数字图像处理的方法与原理进行计算机高级程序语言的实现。首先要支持Tiff图像显示：先理解tiff图像存储格式，TIFF文件以.tif为扩展名。其数据格式是一种3级体系结构，从高到低依次为：文件头、一个或多个称为IFD的包含标记指针的目录和数据。参考bmp图像的显示方法，然后借助gdal,使用RASTERIO函数就可以进行单波段的图像显示。-voidCXSIniageVieur:!Openlmage(){HTODO：在此添加命令处理程序代码xianshidlg:dlg.Dollodal0:if(dig.ir==NULL)|return;1tr=dig.tr;tg=dl?>tg;tb=dig.tb,ipath=dig.ipath:mode=□:pt=(0,0);loon=1：CClientDCde(thisO：CRectrect:GelClientRect(firect);dc,FillSolidRectCrect.RGB(255,255,256))：Readluage():进彳TRGB显示时，把三个波段分别赋给R,G,B三个通道就可以实现。索引显示需要在建立索引表的基础上，对单波段图像只能进行灰度显示，对多波段图像进行多波段显示。QpenlmageQ(CRSImageView)t*调用*OpenIrriage*」日庆*Optrimage"调用CClientDCfCWnd*pWndjcCClientDC)CRectQ(CRect)DoNodalO(CDidlog)Fi||£alidRect(LPCRECTIpRed,COLORREFclr)(CDC)GetClientRectXPRECTIpRect)con£t(CWnd)t3perstor=(constCStringT&strSnz)(ATL::CStringT^BaeeType,StringTraitsR&ddlmegeO(CRSInidgcVievy)t单xiainihi(CWnd*pParent)(xianshi)增强显示则实现自适应现实和均衡化显示。midtFSImageView;;OnResise(j{//TODO:在此添加命今处理程序代科CClii*ntDCde(this)：CEectreel；GetClien.tReef:double工；z=rect+Height()fdouble(TSueJ,zoom=int(2*10)/10.0;pt=(0j0);de,FillSolidRectCrect3RGEC255」255,255)):Keadljna：e();}自适应显示运用的OnResize事件，从中了解到：这里CClientDC表示客户端窗口，还有一个CWindowDC表示整个的窗口，CRect则对图片整个四个角还有它的长宽高等等进行

定义计算，二者结合进行运算。然后算一下之前图像的长宽比，然后得到你当前窗口的高度,赋予给长度，再根据之前的长宽比算出之后的宽度，颜色方面保持前后一致，然后调用Readimage()。®OnEqu^lEdtioinO(CRSImegeVi卜调用"OnEqualizaticr"」从，-OnEqu自IB廿tiorT调用0aCPLIVIalloctsize^t)t-GDrawImageO(CRSImageVieh.)t*3hsv2r3b(floatH,floatS,floatV.float&R,float&G,float&E)(CRSImageView)l>华rgb2h}v(flodt氏floatGtflo«tB,float&H,Ho3t&E,floM&V)l>◎VSIFreefycicl*)EvoidCRSImage^iewi:OnEquLalization|()[fLoart*paf1,>paf2,*p^f3;paf]=(floattjCPLMalloc(sizeof(float)*d75ize*dT51ze);paf2=(float*)CPLMalloc(sizeof(float)*(115126*(115126)：paf3=(floatt)CPLMalloo(sizeof(float)+dXSize*dY5zze)：for(ir\t]二0：i<dXSise*clY-Size;i-H-j{TOC\o"1-5"\h\zj)af1[i]=bandl[i]/265.0：卫3f2[i]=band2[i]/255.0；paf3[i]=band3[i]/255.0;}float*hj*知*Vj*w;h=(float*)CFLMallO'c(sizeof(float)*dX5i7etdYSize)：s=(float*)CTOallac(sizeof(float)*dKSize*dYSize);v=(float*)CFLMalloc(sizeof(float)*dK5ize*dYSize^:w-(float*)CPLMalloc(sizeof(float)*dXSiie*dTSize);for(inti=0;i<dXSize*dYSiie：i-H-){reb2hsv(paf3[i]^p^f2[i],paf1[i],h[iLs[i]^v[il):wH]=v[i]*255<0：I,1intn[256]]={0}：dtmtilep[253]=10}：doublec[256]={0}；for(inti=0:i<dYSize:i++)for(intj=0：j<dlSise：j++)(inttnip=w[i^d^Size+j];ri[tmp]++;)for(inti=0；l<256；i++)p[i]=n[i]/ioiiLle(dXSise*clYSiae)dg[0]=p[0]；|for(inti=1：i<256：i++)[c[i]=c[1-1]■+p[i]:}doublemax-wTOl:均衡化显示：计算灰度值为i的像元的概率和概率和进行处理，使直方图上灰度分布较密的部分被拉伸，灰度分布稀疏的部分被压缩，从而使一幅图像的对比度大大增强。

日加idCRSlmage7ie'w::OnHist{HistDlgdl£;dlg.poDataset=poDataset：dlg.DoModulO：基本统计量计算和直方图统计功能中，对于数字图像来说，直方图实际就是图像灰度值的概率密度函数的离散化图形，基本统计量则包括均值、中值、众数、方差，都可以利用函数求得。I©On22777()(CRGImageView)P■调用*Or3277r■匚I从PnK77T调用/华DoMadalO(CDidlog)j调用P口Mod”b60nm27710CCRSImjgeDoc)t>@Oni327770(CRSlm^geViewO卜©OnAppAboutQ(CRSItndgeApp)t&OmEnPnocessO(fenlei)b®OnBnProcessQ(Filter口Ig)fr◎OnFilterO(CRSlmageDqg)D®OniHistogramO(CRSImageVitw)t>OOnProcES5(Jqla©小eng)l>®OpenlmageQ(CRSImageVievw)0从Tolk/odar调用J单jiaozhengCGWnd*pParent)(jiaazheng)J调用"jiaozlieng*B©On327710CCR£ImageDoc>t>mOni32777Q(CR.Slmi^geView)卜@OnAppAboutQ(CRSIrnageApp)t由OnBnPnocessO(fenlei)卜&OnFilterQ(CRSltTiAgaDo^t>◎OnHlstogramO(CRSlmage'^lew)R®OnProcessO(jiaozheng)b©OpenltnageO^CR^lm£geVievw)■从*jiaozheng*调用t>图CDi^logEx(LJIfMTulDT&mpIdte,CWndpParerf)ilogEx)几何校正指把失真图像消除失真，而且还原为正常图像的过程，具体的步骤是：从外部导入设置格式的控制点文件，文件中存储若干对控制点，每一对控制点为校正前影像上某一点位置与该点在校正后影像上的位置，采用直接法进行重采样。根据选择的是一次多项式，二次多项式还是高次多项式，利用控制点对，使用最小二乘法可计算出映射参数，如一次多项式，X=a1x+b1y+c1,Y=a2x+b2y+c2,需计算出a1,b1,c1,a2,b2,c2六个参数，即得到了校正模型，将校正前影像上的像素用模型计算出校正后的像素值，再选择内插方式（最近邻，双线性卷积，三次卷积），给校正后图像各整数点赋值。我这次的课设实现的是非监督分类，主要采用ISODATA基本原理实现分类结果。首先来看我这次的课设实现的是非监督分类，主要采用ISODATA基本原理实现分类结果。首先来看ISODATA算法的流程：沏AN今瓯方本{%，J二1,2,N}打鼠Vjl”见后器类用心工如一，二%},它可2不等于所翼求的我英中心的^目，苴洱好似写可岫,蟀本中任岂起取殖选：K■甑期的歌类中心距”<V=衍一JF奔而中髭D的样市救目，若少于此整胴阿作为一个此玄的糠：网=-i■聚奘博中样本^^分布的标准隹?&二两4喋变中心同为晟小而离，若小于此期两今秦类需谢亍合并L=在一金:迭代^^甲可以,若并的桑史5L在展和拗，1=法匕送篁的左奥4矣一步,赭N个槿式於本分、龌近的酷英S』，假若。』nmhi{I7-iJhi=1.2-。A"},ID|>-£jl|MM^则weS』・箫三步』如果S」中的杆襁目弓产曰格则取用法杆本子弟，此时Md聒L*；■队i若去对应区**”)箕四步：修正苫翡樊礼二，%=瓦£%j=L2,--,MJ磔叼翼五步；计箕告聚英域行中阳祥衣与昔魁中心间的平均距离凡=IK—句II,J=LN…,"

也昨巧器立步：计其全部镇式样本蟀对电聚交中心的总平力Jig圈1V

必=大汇区功胃J-1£"_L各步方位基本生啰(2))第七步：判别分表、合并及迭代运算.昔迭代运算次数已达到放，序最后一次迭代，财尻豌=0,转至第十一步。.若M<-y,即聚类中心s谢m小于或等于戏定值的一时转至第八步，对已有聚类造行为架处涅。.苫迭代运算的次依冒阳次，或Nc>2K，不迸行分裂小理，诺至笫十一步3否则《即既不是偶劭欠迭代，又不痛足Nc>2K）,诺至笫八步，迸行分裂处理，（以上对应基本步嗖（3））第/母：计生每个累其怫本比离的标至差向量T=（。15。2力••・，。叼）R中向邕的各个分呈力1舟%=\歹E即一%尸\NJI式中，1=1,2…，g样本特征向量超效，J=L2J…，NW）聚笑我，帅多申的样本彳出。笫九步：求岳一标准差同壁[5J=1,2，…，NJ中的晶尢分量，以{。而加j=L2，…，用》代表，式十步；在任一最大分量集（Ojma,1=L2,NQ中，^trJj（nax>9s，同时又混足如下两个条件之一：D）>力和Nj>2（9n+1）,即句卬样本总数超过版定值一倍以上，M二与则将句分裂为两个新的聚类中心和,且「】亦U.中对立于。jm少:的分勤口上2而呼,其中J中对应于。而歌的分量减去kojmax加果本步舞完成了分裂运品9冰百至笫二否则继续©（以上对应基本于整（4）进行分金处理）第十T：音算全部聚类中心的距离Rj=IE-与|>»=L2,・・・，M-1']=弟十多：比较Dij与加的自将Dij<8的他技信」奘演烁蜀部洌，即{0U力9Dr/.....DijjJ式中D$Lh<O舞力<…<D'LJl"第十三步，将距福为工的两个聚关中心Z4汩Z”合并，得邦的中心为：Zl—1N'N柒2'fe十八九ZjJL=1，2,…，Ir支卬.融合并的两个聚突卬心叵里分别以口契大J府内的杵本数TD权，便Z；为立正的平均向里，（以上对应是王罗骤《切进行合并处理）第十四卡；于喋是最后一次满代言篁（即第族），口篁云侨市」西胴.若看些冷咋者改变瑜人用加.林至籥一卡I节输工盘的不书，特至翁二岁.书本年运算中，迭代运算的决断舟次应加1，芦立结隼J简单的流程图:I系*JmI系*Jm或式土■。工儿事I先裂:SR§4结果分析针对所完成的图像几何校正、影像空间域滤波、图像分类处理算法，与一种商用遥感软件中对应功能进行对比分析，分析所完成算法的局限性以及如何改进。图像几何校正只有待校正影像和基准影像，控制点文件缺失，不能完成几何校正的结果展示，无法与使用ENVI在遥感制图与解译实习课中几何校正的结果进行对比。这里输入的滤波核大小为2,滤波核算子为矩阵[1这里输入的滤波核大小为2,滤波核算子为矩阵[1001],显示结果对比如上图。可见它的滤波效果相当不错，基本淡化了周围的背景。但毕竟不是遥感图像，其效果分析并不能与地物相联系，只能大致看出滤波后的图像色差变大，对部分起到了增强效果。ENVI软件使用下待纠正影像和几何校正后的影像的前后对比,影像空间域滤波的课设结果分析原始图像和滤波后的影像商用软件的效果非常好。打开文件F；内@eIHoX。隔田腐翅字型鱼地迎夷区Ftl虐皿槿大小；£源市枷I馅邛珞1运行―上图是微波遥感课程实习中做的全分辨影像裁剪过后的滤波处理结果对比，明显的看出滤波处理完成后影像突出了道路的走向和建筑区分布，淡化了密集