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1、第四章 遥感图像处理,本章主要内容： 数字图像的概念 图像的颜色视觉 图像的几何校正 图像的增强处理 多源信息的融合,4.1光学原理和光学处理,一.颜色视觉 1亮度对比与颜色对比 1）亮度对比：目标物相对于背景的亮暗程度，是视觉中对象与背景的亮度差与背景亮度之比。 记为：,所以，选择适当的对象及背景的亮度，可以提高对比，从而提高视觉效果 在遥感图象中背景不是完全确定的，确切的说是一个对象与其他对象的对比 即, 例 路与其两旁植被的对比，灌木与其他植被的对比等，就如同一灰色物体置于白色背景上点是发暗的而置于黑色背景上则是发亮的,2）颜色对比,在视场中，相邻区域的不同颜色的相上影响叫颜色对比，它受
2、视觉的影响很大。 例 品红背景上放一小块白色，眼睛注视它，白纸会表现为绿色，背景为黄色，则白纸表现为蓝色这是因为绿是红色的补色，蓝色是黄色的补色 正常人眼睛可以分辨出一百多种不同颜色，而只能分辨10个灰度级所以彩色图象可以表现出更加丰富的信息量。,2 颜色的性质,物体对可见光无选择的反射，反射率在80%90%以上时，物体 呈现白色，当反射率在4%以下时物体为黑色显得很暗，中间反射率为灰色 颜色的性质由明度，色调，饱和度来描述,1）明度,是人的眼睛对光源或物体明亮程度的感觉 物体反射率越高，明度就越高，所以白色一定比灰色明度高，黄色反射率高，黄色比红色明度高，对光源而言亮度越大明度就越高,2）色
3、调,指色彩彼此相互区分的特性,3）饱和度,是彩色纯洁的程度，也就是光谱中波段是否窄，频率是否单一的表示。 对于光源，若发出的是单色光则这就是最饱和的彩色。 对于物体颜色，如果物体对光谱反射有很高的选择性，只反射很窄的波段则饱和度高，反之如光谱反射选择性低，反射的波段宽则饱和度就低。,3颜色立体,1）颜色立体 是为了形象地描述颜色特性之间的关系的一种理想化示意图。,明度,色调,饱和度,2）孟赛尔颜色立体,10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0,明度,饱和度,色调,分10种色调，每两色调之间又分5个等级,二、加色法减色法,1、 颜色相加原理 互补色：若两种颜色混合产生白色或灰色，这两种颜色就
4、称为互补色。 如黄和蓝，红和青，绿和品红都为互补色。,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，称为三原色。,2.色度图,（1）RGB彩色 就是假设合成是光总量为1，三原色各为白光的1/3时 即 红蓝绿白1 红蓝绿1/3白 时 用一图的形式来表现人眼对颜色视觉的基本规律。,色度图,X轴为红原色的比例； y轴为绿原色的比例； 蓝原色的比例坐标z通过xyz1式计算得出，在图中未设坐标z；,图中弧形曲线代表光谱，线上每一点代表一种波长和光谱原色；图中E点为白光点。,（2）基本规律,A：AB曲线轨迹及连接AB直线所形成的马蹄形范
5、围内各点都是物理上可以由真实光线产生的颜色。马蹄形周边表示色调的差异。马蹄形内各点与E点的连线表示饱和度，越接近E点，饱和度越低，反之越高。Q与E的连线延长线与轨迹交点即为Q点的色调。 B：通过色度图可以推算出两种颜色混合得到的中间色。 C：过C点做一直线与轨迹线有两个交点，如m和n，则这二点对应光谱的颜色一定是互补色，它们混合可以产生白光。 D：直线AB上的颜色为两个光线混合产生的，而非光谱颜色。,3.颜色相减原理,（1）利用颜色的减法混合，例如在遥感中常用的色彩摄影，彩色印刷等 减法三原色：黄、品红、青，即由红绿蓝三原色组成的白光，通过黄色滤光片时，将黄色泼段附近的红绿泼段透过，而将远端的
6、蓝色光吸收，从而形成减蓝色即黄色。同理可以形成减红、减绿色。,加色法示意图,相加混合图示,当分别通过两组光混合时,蓝滤光片,白光,绿,紫,黄滤光片,白光,红,绿,合成,白光,红,紫,幕,减绿（品红原色）,减蓝（黄原色）,减色法,相减混合,三、光学增强处理,1、 彩色合成 （1）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红绿蓝滤光片的光学投影通道中精确配备和重叠，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。,（2）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：是利用普通胶印设备，直
7、接使用不同波段的遥感底片的黄、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：是利用重氮盐的化学反应处理彩色单波段运行透明片的方法。各波段图像可重叠阅读。,2.光学增强处理,a.相关掩膜处理方法：指对几何位置完全配准的原片，利用感光条件和摄影处理的差别。制成不同密度、不同反差的正片或负片（称为模片）。通过他们的各种不同叠加方案、改变原有影像的显示效果，达到信息增强的方法。 b.改变对比度：使用两张同波段同地段同地区的负片（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，从而提高对比度。同理，一张反差很大的负片与一张反差较小的正片增加合成，可以减少对比度。
8、,c.显示动态变化：同一地区不同时相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。 d.边缘突出：将两张反差相同的正片和负片叠合。叠合配准后，再沿希望突出的线性特征的垂直方向错位。这样得到底片或相片上会在线性位置产生黑白条的假阴影。,3.光学信息处理,（1）图像的相加和相减 （2）遥感黑白影像的假彩色编码 A 相位介质的色散 B 假彩色的编码过程,4、2 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,1、 四个重要概念 数字
9、图像:数字图像是指能够被计算机存储、处理和使用的 图像，即数字化的图像。 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。,灰度直方图：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。,数字图象,2、数字图像的表示,1 2 3 4 5,1 2 3 4 5 6,左图为一56象元的图像小片在计算机中， 数值表示灰度值（0
10、15级） 行列表示象元的位置,左图为上图打星号的一列图的柱状图表示 数字量是离散化的，不连续的数字图像。 模拟量是连续的光学图像。,3.模拟量与数字量,图像,直方图,数字图像与直方图,4.数字图像的数学方法表示,对一幅M N个象元的图像的灰度值用一个M N的矩阵函数来表示。 如 是数字图像的矩阵表示。,二、辐射校正,1、图像的灰度 辐射强度 太阳辐射照射到地面的辐射强度地物波谱反射率因此，当太阳辐射相同时，图像上象元亮度值的差异直接反映了地物目标光谱反射率的差异。,2、遥感图像的辐射误差主要有三个因素,传感器的光电变换 大气的影响 光照条件,a.传感器的光电变换,传感器在光电变换的过程中，对各
11、波段的灵敏度是有差异的，也就是说，传感器对各波段的光谱响应是不同的，由此造成辐射畸变。另外，传感器的光学镜头的非均匀性，会引起边缘减光，也会造成图像辐射的畸变。 产生条带和噪，一般都有规律性，可以根据系统参数校正。,b.光照条件,光照条件的不同也会引起辐射畸变，如太阳高度角、地面坡度等，都会引起辐射的畸变。,c.大气影响,进入大气的太阳辐射会产生反射、折射、吸收、散射和透射，因此对传感器的接收具有一定的影响，其中吸收和散射时主要的。,A 入射和反射途中的吸收,B 散射,散射了入射和 反射光 散射光进入传感器 增加了无用信号,程辐射度：值部分的散射光向上通过大气直接进入传感器的辐射。,L传L+T
12、0+Lp (1) 而 LL0T2 (2) L0E0 -T1 - T0+ED (3) 所以，将(2) (3)代入(1) L传E0 -T1-T2-T0+ED+T0+Lp E0-(T1+ T2+ T0)+(ED+T0+Lp) 所以信息被减弱了。,设无大气时白处亮度值为50，黑处亮度值为0 则亮度对比C1（500）/501 有大气时，假设通过率为90 即减少10 则亮度为5090 45 而由于散射进入传感器部分程辐射和滤入射的存在，黑白处亮度场增加10，即白处为55，而黑处为10。 则亮度对比C2（5510）/559/11 即C2 C1 所以图像质量下降了。,大气影响下图像亮度的变化,3.大气影响的粗
13、略校正,辐射校正：即通过纠正辐射亮度的办法来纠正大气的影响的措施。 粗略校正：指通过比较简单的方法去掉程辐射度，从而改善图像。一般认为，程辐射度在同一图像的有限面积内是一个常数，其值的大小只与波段有关。,直方图最小值去除法,0,1,2,3,4,5,6,7,8,亮度值,直方图:以统计图的形式表示图像亮度值与象元之间的关系图像,找出图像上辐射量或反射量应为零的地区，其当前的亮度必定是由于大气影响的程辐射的增值，则每个像元的亮度值减去本波段的最小值后，对比度增强，图像质量得到提高。,像元数,3 传感器的辐射校正,传感器记录的灰度值与地物的辐射率不成线性关系，特别是反映曲线的两端部分的地物辐射信息被压
14、缩。为了把这种歪曲了的关系恢复成理想的线性关系，需要用反应曲线的逆函数乘上原来的灰度值。这种对成像系统的反应特征进行的校正，一般称为辐射较正。,去条带及坏线,条带噪声是由设备产生的 1 用上下行的平均值代替条带上的对应位置的灰度值 2 在条带的上下行中选取一个去条带的窗口，求均值,三、 几何校正（Geometric Operation）,遥感影像的变形： a. 遥感成像时，由于飞行器姿态（侧滚、俯仰、偏航）、高度、速度、地球自转等因素而造成的图像相对于地面目标而发生的畸变。 b.遥感系统造成的畸变，例如扫描镜的结构方式和扫描速度造成的畸变。,在图像上的表现及应用时的影响,在图像上表现为： 行列
15、不均匀，象元大小与实际地面大小不一； 实际地物的错位； 地物形状的变形。 对遥感应用的影响： 空间分析对位置的配准； 定量分析的统计和量算。,处理内容：,（1） 图像像元的空间位置的变换 (Spatial Tranformation） （2） 像元灰度值的内插 (Gray-level Interpolation),1.遥感影像变形的原因,平台位置和运动状态的变化的影响； 地形起伏的影响； 地球表面曲率的影响； 大气折射的影响； 地球自转的影响；,平台位置和运动状态的变化的影响,航高：航高的变化引起比例尺的变化，实际扫过地面的面积宽窄发生变化。,航速：航速的变化引起图像上地物超前或次后的变化。,侧滚,偏行,翻滚：指以前进方向为轴转了一个角度，导致星下点扫描线方向偏移，使图像向翻滚角引起偏离的方向错动。,偏航：指平方前进过程中，相对于原前进航向偏移了一定的方向，从而引起扫描行方向的变化导致图像畸变。,俯仰,俯仰：星下点俯时后移，仰时前移，发生行间位置错动。,地形起伏的影响,由于地形的起伏，使得局部像点产生位移，使有些像点的信号发生重叠。（见第三章，影像的几何特征）,地球表面曲率的影响,影响主要表现为 （一）像点位置的移动 （二）象元对应于地面 宽度的不等,PL1=L1L2=L2L3=L3L4 PP1P1P2P2P3P3P4,大气折射的影响,大气折射的影响,扫
