《遥感导论》第四章-遥感图像处理

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1、遥感导论第四章遥感图像处理 4.2.3 遥感图像的校正,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。,2、颜色的性质： 所有颜色都是对某段波长有选择地反射而对其他波长吸收的结果。 颜色的性质由明度、色调、饱和度来描述。 （1）明度：是人眼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。

2、 （2）色调：是色彩彼此相互区分的特性。 （3）饱和度：是色彩纯洁的 程度，即光谱中波长段是否窄，频率是否单一的表示。,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。 （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；颜色历代中央轴的水平距离代表饱和度的变化。,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、

3、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.,2、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:分别，依次 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

4、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

5、：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

6、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,影响卫星图像的因素很多，大致可分为两方面： 1、由卫星的姿态、高度、速度变化及其前进运动；MSS扫描镜扫描速度不均，检测器采样延迟误差，波段间配准误差及全景畸变；地球自转、曲率、高程的影响等，引起图像的几何位置发生变化，造成几何失真。 2、由大气的吸收、散射；地

7、面及传感器系统中的仪器在接收、转换、传送、处理图像信息过程中性能不稳；非线性和非一致性故障及不可避免引入的噪声都将使图像的亮度发生变化，出现不均匀及条纹、斑点等缺陷，造成辐射失真。,第二节 遥感图像的校正,这些畸变和失真影响了遥感图像的分析与应用，因此，必须进行消除图像恢复。 图像恢复（Image Restoration） 又叫图像复原，是指改正或补偿在成像过程中造成的辐射失真、系统噪声和随机噪声、几何畸变以及高频信息的损失。 图像恢复主要包括： 辐射校正（Radiometric Correction） 几何校正（Geometric Correction） 几何配准（Geometric Reg

8、istration） 本章主要介绍遥感图像的辐射校正、几何校正与配准。,第二节 遥感图像的校正,1-1 数字图像 Digital Image 1-2 遥感图像的辐射校正 Radiometric Correction of RS Image 1-3 遥感图像的几何畸变 Geometric Distortion of RS Image 1-4 遥感图像的几何校正 Geometric Correction of RS Image 1-5 遥感图像的配准 Geometric Registration of RS Image,第二节 遥感图像的校正,1-1 数字图像及其直方图,数字图像：遥感数据有光学图

9、像和数据图像之分。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

10、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,A histogram is a graphical representation of the brightness values that comprise an image. The brightness values (i.e. 0-255) are displayed along the x-axis of the graph. The frequency of occurrence of each of these values in the image is shown on

11、 the y-axis.,HOME,1-2 遥感图像的辐射校正,利用遥感器观测目标物辐射或反射的电磁能量时，从遥感器得到的测量值与目标物的光谱反射率或光谱辐射亮度等物理量是不一致的。为了正确评价目标物的反射特性及辐射特性，必须消除这些失真辐射校正。 1、辐射校正的概念： 辐射校正(Radiometric Correction) 是指消除图像数据中依附在辐射亮度中的各种失真的过程。,1-2 遥感图像的辐射校正,一、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 (),传感器在光电变换的过程中，对各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

12、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。,地物（目标物）的辐射（反射）经过大气层时，与大气层发生散射作用和吸收作用。吸收作用直接降低地物的辐射能量，引起辐射畸变。散射作用除降低地物的辐射能量外，大气散射的部分辐射还会进入传感器，直接叠加在目标地物的辐射能量之中，成为目标地物的噪声，降低了图像的质量。,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。,1-2 遥感图像的辐射校正,由大气的散射和吸收引起的辐射校正 由传感器、太阳高度或地形等因素引起的误差，一般在数据生产过程中由生产单位根据传感器参数进行校正，而不

13、需要用户进行自行处理。 用户一般应该考虑的是大气引起的辐射畸变。,1-2 遥感图像的辐射校正,由大气的散射和吸收引起的辐射校正,进入大气的太阳辐射会发生反射、折射、吸收、散射和透射。其中对传感器接收影响较大的是吸收和散射。,1-2 遥感图像的辐射校正,由大气的散射和吸收引起的辐射校正 大气校正（Atmospheric Correction） Image processing procedure that compensates for effects of selectivity scattered light in multispectral images. 是清除卫星遥感图象在大气传输中所

14、引起的退化因素的一种图像处理方法。,由大气的散射和吸收引起的辐射校正 精确的大气校正公式需要找出每个波段像元亮度值与地物反射率的关系。为此需得到卫星飞行时的大气参数。如果不通过特别的观测，一般很难得到这些数据，所以，常常采用一些简化的处理方法粗略校正，只去掉主要的大气影响，使图像质量满足基本要求。,1-2 遥感图像的辐射校正,由大气的散射和吸收引起的辐射校正 大气粗略校正一般有三种方法： 1）公式计算法（Formula) 2）野外波谱测试回归分析法 (Spectrum Test Regression Analysis ) 3）波段对照法 (Waveband Comparison),1-2 遥感

15、图像的辐射校正,由大气的散射和吸收引起的辐射校正 公式计算法需知道具体天气条件下大气路径辐射率等参数 野外波谱测试回归分析法需要到野外进行与陆地卫星同步的一致测试 这些与波段对照法相比，都相对困难，因此，我们一般采用波段对照法。,1-2 遥感图像的辐射校正,由大气的散射和吸收引起的辐射校正 波段对照法大气粗略校正的一般方法： 1）直方图最小值去除法 2）回归分析法,1-2 遥感图像的辐射校正,直方图最小值去除法,数字图像,直方图,1-2 遥感图像的辐射校正,直方图最小值去除法 基本思想在于一幅图像中总可以找到某种或某几种地物，其辐射亮度或反射率接近0，例如，地形起伏地区山的阴影处，反射率极低的

16、深海水体处等，这时在图像中对应位置的像元亮度值应为0。实测表明，这些位置上的像元亮度不为零。这个值就应该是大气散射导致的程辐射度值。,1-2 遥感图像的辐射校正,直方图最小值去除法 一般来说由于程辐射度主要来自米氏散射，其散射强度随波长的增大而减小，到红外波段也有可能接近于零。,1-2 遥感图像的辐射校正,直方图最小值去除法 具体校正方法十分简单，首先确定条件满足，即该图像上确有辐射亮度或反射亮度应为零的地区，则亮度最小值必定是这一地区大气影响的程辐射度增值。校正时，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。,1-2 遥感图像的辐射校正,回归分析法 假定某红外波段，不存在程辐射为主的大气影响，且亮度增值最小，接近于零，设为波段a。现需要找到其他波段相应的最小值，这个值一定比a波段的最小值大一些，设为波段b，分别以a，b波段的像元亮度值为坐标，作二维光谱空间，两个波段中对应像元在坐标系内用一个点表示。由于波段之间的相关性，通过回归分析在众多点中