圖像的信息復(fù)合

1、圖像的信息復(fù)合1、信息復(fù)合的概念2、遙感圖像的空間配準(zhǔn)3、遙感信息的復(fù)合4、遙感信息與非遙感信息的復(fù)合 1、信息復(fù)合的概念定義：信息復(fù)合指同一區(qū)域內(nèi)遙感信息之間或遙感信息與非遙感信息之間的匹配復(fù)合。內(nèi)容：它包括空間配準(zhǔn)和內(nèi)容復(fù)合兩個(gè)方面，從而在統(tǒng)一地理坐標(biāo)系統(tǒng)下，構(gòu)成一組新的空間信息、一種新的合成圖象。目的：突出有用的專題信息，消除或抑制無關(guān)的信息，以改善目標(biāo)識別的圖像環(huán)境。信息復(fù)合的概念多種遙感信息各具有一定的空間分辨率、波譜分辨率與時(shí)間分辨率，各有其主要的應(yīng)用對象和特色，同時(shí)又有其在實(shí)際應(yīng)用中的局限性。如果將各種遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)合與綜合分析，便可彌補(bǔ)單一信息的不足，以達(dá)到多種信息源的相互補(bǔ)充

2、、相互印證。這樣，不僅擴(kuò)大了各信息的應(yīng)用范圍，而且大大提高了分析精度。信息復(fù)合的信息源可以是多種的，其復(fù)合并非幾種信息的簡單疊加，往往可以得到原來幾種單個(gè)信息所不能提供的新信息。所以，信息復(fù)合十分有助于地學(xué)分析提取特定的信息，有助于更可靠地闡述自然環(huán)境各要素的相互關(guān)系、賦存與演變規(guī)律，滿足地學(xué)分析及各種專題研究的需要。因此，信息復(fù)合方法具有廣泛的實(shí)用意義。它是遙感地學(xué)分析中很重要的一種手段，也是目前遙感應(yīng)用分析的前沿。信息復(fù)合的概念信息復(fù)合的發(fā)展起初是進(jìn)行同種遙感信息多波段、多時(shí)相的信息復(fù)合，以提高遙感解譯能力和進(jìn)行動態(tài)分析。后來發(fā)展到不同類型遙感數(shù)據(jù)的復(fù)合，如陸地衛(wèi)星與氣象衛(wèi)星、陸地衛(wèi)星MS

3、S與航天飛機(jī)成象雷達(dá)SIRA、陸地衛(wèi)星MSS與海洋衛(wèi)星側(cè)視雷達(dá)SAR，以及陸地衛(wèi)星 MSS與RBV等，以擴(kuò)大應(yīng)用范圍，提高分析精度，獲得更好的遙感應(yīng)用效果。與此同時(shí)，人們越來越感到由于遙感本身以及實(shí)際應(yīng)用中的局限性，要真正認(rèn)識事物，并非遙感獨(dú)家所能完成。它需要其它學(xué)科的支持，只有遙感與非遙感信息的復(fù)合，如與氣象、水文信息，與重力、磁力等地球物理增息，與地球化學(xué)勘探信息，與專題地圖信息，以及與數(shù)字地形模型（DTM）等信息復(fù)合，進(jìn)行綜合分析，才能更好地發(fā)揮作用。信息復(fù)合的概念信息復(fù)合的技術(shù)關(guān)鍵充分認(rèn)識研究對象的地學(xué)規(guī)律。充分了解每種復(fù)合數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和適用性。充分考慮到不同遙感數(shù)據(jù)之間波譜信息的相關(guān)性

4、引起的有用信息的增加以及噪聲誤差的增加，因此對多種遙感數(shù)據(jù)作出合理的選擇。幾何配準(zhǔn)，即解決遙感圖像的幾何畸變，解決空間配準(zhǔn)問題。 只有對地學(xué)規(guī)律、影象特征、成象機(jī)理這三者有深刻的認(rèn)識，并把它們有機(jī)地結(jié)合起來，信息復(fù)合才能達(dá)到更好地效果。遙感圖像的空間配準(zhǔn) 信息復(fù)合的必要條件是：實(shí)現(xiàn)同一區(qū)域、不同信息地理坐標(biāo)的統(tǒng)一，即空間配準(zhǔn)。它包括：幾何糾正（略）投影變換遙感圖像的空間配準(zhǔn)投影變換： 用于信息復(fù)合的資料，可能來自不同的地圖投影系統(tǒng)，采用不同的投影表達(dá)方式。因此，不同遙感資料之間或遙感與非遙感資料之間的信息復(fù)合，必須在統(tǒng)一的幾何基礎(chǔ)上進(jìn)行，采用統(tǒng)一的地理坐標(biāo)系統(tǒng)，因此必須進(jìn)行某種投影變換，即從一

5、種地圖投影轉(zhuǎn)換成另一種地圖投影，地圖上各點(diǎn)的坐標(biāo)均發(fā)生相應(yīng)變化。采用統(tǒng)一的地理坐標(biāo)系統(tǒng)是多路信息相互勾通的先決條件。投影變換的方法有兩大類：解析變換法數(shù)值變換法遙感圖像的空間配準(zhǔn)投影變換：解析變換法 是在已知原投影與新投影解析式的條件下，求得它們之間變換解析關(guān)系式。),(),(21fYfX),(),(21gygx),(),(yxyx),(),(),(),(21yxyxgYyxyxgX原投影新投影原、新投影關(guān)系遙感圖像的空間配準(zhǔn)投影變換：數(shù)值變換法 在不知道原投影坐標(biāo)關(guān)系的情況下，采用多項(xiàng)式近似的方法求解。 根據(jù)兩投影間選定的相應(yīng)控制點(diǎn)的坐標(biāo)組成線性方程組，用解方程組的方法或最小二乘法可求得系數(shù)

6、。 這種變換一般不是一次進(jìn)行全區(qū)域的投影換算，而是分塊進(jìn)行，以保證變換的精度。 圖像處理軟件中一般均有現(xiàn)成的軟件程序，可以直接進(jìn)行投影變換。遙感信息的復(fù)合 遙感信息的復(fù)合主要指不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)的復(fù)合，以及不同時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)的復(fù)合。復(fù)合方式的確定應(yīng)根據(jù)目標(biāo)空間分布、光譜反射特性及時(shí)相規(guī)律方面的特征選擇不同的遙感圖像信息，它們在空間分辨率、光譜分辨率和時(shí)間分辨率方面相互補(bǔ)充，以形成一個(gè)更有利的識別環(huán)境，來識別所要識別的目標(biāo)或類型。不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)復(fù)合 例如TM影像有7個(gè)波段，光譜信息豐富，特別是5和7波段。SPOT數(shù)據(jù)就沒有，但SPOT數(shù)據(jù)分辨率高，全色波段可達(dá)10m，比TM的30m和SP

7、OT多光譜傳感器的 20m都高，兩者復(fù)合既可以提高新圖像的空間分辨率又可以保持較豐富的光譜信息。 復(fù)合后的圖像既保留了SPOT的空間分辨率，又保留了TM的光譜分辨率。SPOT 10mTM742與SPOT復(fù)合不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)復(fù)合 再如，側(cè)視雷達(dá)圖像可以反映地物的微波反射特性，地物的介電常數(shù)越大，微波反射率越高，色調(diào)越發(fā)白，這種特性對于反映土壤、水體、山地、丘陵、居民點(diǎn)，以及道路、渠道等線性地物明顯優(yōu)于陸地衛(wèi)星影像，因此如將雷達(dá)影像與陸地衛(wèi)星影像復(fù)合，可以既反映出可見光，近紅外的反射特性，又可以反映出微波的反射特性，有利于綜合分析。 不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)復(fù)合 針對具體問題常常有不同的復(fù)合方案。

8、比如研究洪水監(jiān)測，可選擇的遙感信息源有TM圖像、側(cè)視雷達(dá)圖像、氣象衛(wèi)星圖像等。用每一種圖像單獨(dú)分析時(shí)都有不理想之處。實(shí)驗(yàn)表明，復(fù)合后的圖像實(shí)用性大大增強(qiáng)。因?yàn)閺牟煌畔⒃磥砜矗鄷r(shí)相的NOAA氣象衛(wèi)星圖像地面分辨率低（1.1km），但時(shí)相分辨率高，信息及時(shí)，可晝夜獲取，同步性強(qiáng)，有利于動態(tài)監(jiān)測；TM圖像光譜信息豐富，幾何性能好，空間分辨率較高，有利于分析洪水信息；側(cè)視雷達(dá)圖像較易觀察水體和線性地物，并且可全天候獲取信息，有利于實(shí)地監(jiān)測洪峰。將TM與側(cè)視雷達(dá)圖像復(fù)合，既可獲得洪水、水田、旱地情況，也可獲得大堤、水渠等線性地物情況；將TM與氣象衛(wèi)星圖像復(fù)合，可以克服云層影響和氣象衛(wèi)星分辨率低的不足

9、。因此復(fù)合圖像在洪水監(jiān)測中更具實(shí)用意義。 不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)復(fù)合 不論是哪種信息源復(fù)合方案，首先要解決的問題就是匹配問題。由于影像所對應(yīng)的地面范圍不同，分辨率不同，地物反射的亮度變化規(guī)律不同，為了實(shí)現(xiàn)匹配常常需要對每一種信息源作預(yù)處理，但不論增加什么處理方法，都需包括配準(zhǔn)和復(fù)合兩個(gè)步驟。配準(zhǔn) 為了使兩幅圖像所對應(yīng)的地物吻合，分辨率一致，必須先完成配難。方法是采用幾何校正，分別在不同數(shù)據(jù)源的影像上選取控制點(diǎn)，用雙線性內(nèi)插或三次卷積內(nèi)插運(yùn)算等對分辨率較小的圖像進(jìn)行重采樣，完成配準(zhǔn)。 不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)復(fù)合復(fù)合 諸多復(fù)合方案中，彩色合成方法的效果比較明顯。所以應(yīng)盡可能生成三幅新圖像，分別賦予紅、

10、綠、藍(lán)色，進(jìn)行假彩色合成。具體做法舉例： 將TM與SPOT復(fù)合，選取TM三個(gè)波段4，3，2和 SPOT全色波段共4個(gè)波段，復(fù)合方法1：每幅TM圖像均與SPOT圖像作逐點(diǎn)運(yùn)算，如相加、相減或相乘，或其他運(yùn)算方案，生成三幅圖像，進(jìn)行彩色合成，生成復(fù)合圖像。不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)復(fù)合具體做法舉例：復(fù)合方法2：設(shè) LRTM、 LGTM、 LBTM分別為TM4,3,2波段的亮度值， LSPOT為SPOT全色波段的亮度值，A為權(quán)函數(shù)，則生成三幅新圖像亮度值L復(fù)為：LR復(fù)ALSPOTLRTM/（LRTM +LGTM +LBTM）LG復(fù)ALSPOTLGTM/（LRTM +LGTM +LBTM）LB復(fù)ALSPOT

11、LGTM/（LRTM +LGTM +LBTM） 將新生成的圖像LR復(fù)、LG復(fù)、LB復(fù)分別賦予紅、綠、藍(lán)色，合成后生成復(fù)合圖像。 不同傳感器的遙感數(shù)據(jù)復(fù)合具體做法舉例：復(fù)合方法3：代換法。對TM的所有波段進(jìn)行主成分變換，然后用SPOT的高分辨率全色波段代換變換后的TM第1主成分。將代換后的所有波段再做一次主成分變換的反變換。這種處理方法既保持了原有TM數(shù)據(jù)的光譜分辨率，又增加了SPOT的高空間分辨率的特點(diǎn)。大大提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量。對假彩色合成的任意三個(gè)波段實(shí)行HSI變換，然后用SPOT的高分辨率全色波段代換變換后的明度成分，將代換后的三個(gè)波段再做HSI到RGB的反變換，生成新的彩色合成圖大大提高了空

12、間分辨率。 不同時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)復(fù)合 在觀測地物的類型、位置、輪廓及動態(tài)變化時(shí)，常需要不同時(shí)相遙感數(shù)據(jù)的復(fù)合。復(fù)合的步驟為：（1）配準(zhǔn)：利用幾何校正的方法做位置匹配。（2）直方圖調(diào)整：將配準(zhǔn)后的圖像盡可能地調(diào)整成一致的直方圖，使圖像亮度值趨于協(xié)調(diào)，以便于比較。 （3）復(fù)合：不同時(shí)相的圖像復(fù)合主要用來研究時(shí)間變化所引起的各種動態(tài)變化。采用的復(fù)合方法主要有：彩色合成方法，通過顏色對比表現(xiàn)變化；差值方法，差值后可設(shè)定適當(dāng)閾值，獲得只有0與1的二值圖像，以突出變化（變化部分為1，非變化部分為0，或相反）；比值方法，也可設(shè)定閾值，類別不變的地物一定接近于1，因此同樣可利用二值圖像突出變化。 遙感與非遙感信

13、息的復(fù)合遙感信息來源于地球表面物體對太陽輻射的反射（被動遙感），某些波段還具有一定的穿透能力，由此可得到具有一定地表深度的信息。通過不同地物的相關(guān)性，還可間接地獲得信息，例如植被和土壤相關(guān)，通過覆蓋在土壤上的植被信息，可間接地分析出土壤的情況。還可通過不同遙感信息源的優(yōu)勢互補(bǔ)，進(jìn)行復(fù)合增加信息量。盡管如此，僅通過遙感手段獲取信息仍感到不夠，不能解決遇到的全部問題，因此將地形、氣象、水文等專題信息，行政區(qū)劃、人口、經(jīng)濟(jì)收入等人文與經(jīng)濟(jì)信息作為遙感數(shù)據(jù)的補(bǔ)充，可有助于綜合分析問題，發(fā)現(xiàn)客觀規(guī)律，提高解譯的效果，因此遙感數(shù)據(jù)與地理數(shù)據(jù)的復(fù)合也是遙感分析過程中不可缺少的手段。 遙感與非遙感信息的復(fù)合

14、遙感數(shù)據(jù)是以柵格格式記錄的，而地面采集的地理數(shù)據(jù)常呈現(xiàn)出多等級，多量綱的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)格式也多樣化。因此，為了使各種地理數(shù)據(jù)能與遙感數(shù)據(jù)兼容，首先需要將獲取的非遙感數(shù)據(jù)按照一定的地理網(wǎng)格系統(tǒng)重新量化和編碼，以完成各種地理數(shù)據(jù)的定量和定位，產(chǎn)生出新的數(shù)據(jù)格式。甚至可以將其制作成與遙感數(shù)據(jù)類似的若干獨(dú)立的波段，以便和遙感數(shù)據(jù)復(fù)合。這樣，遙感數(shù)據(jù)與非遙感數(shù)據(jù)可在空間上對應(yīng)一致，又可在成因上互相說明，以達(dá)到深入分析的目的。 遙感與非遙感信息的復(fù)合遙感數(shù)據(jù)與非遙感數(shù)據(jù)的復(fù)合步驟如下：1、地理數(shù)據(jù)的網(wǎng)格化 為了使非遙感的地理數(shù)據(jù)與遙感數(shù)據(jù)復(fù)合，前提條件是必須使地理數(shù)據(jù)可作為遙感數(shù)據(jù)的一個(gè)“波段”，這就是說通過

15、一系列預(yù)處理，使地理數(shù)據(jù)成為網(wǎng)格化的數(shù)據(jù)；地面分辨率與遙感數(shù)據(jù)一致；對應(yīng)地面位置與遙感影像配準(zhǔn)。網(wǎng)格數(shù)據(jù)生成：原始采集的地理數(shù)據(jù)多種多樣，其中以離散形式采樣的數(shù)據(jù)居多，如高程點(diǎn)值、土壤酸堿度值與氣溫值等。這種數(shù)據(jù)不能以統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型生成網(wǎng)格，但在某一局部仍可用近似的數(shù)學(xué)函數(shù)來表達(dá)，因此常采用局部擬合法進(jìn)行逐點(diǎn)內(nèi)插。 遙感與非遙感信息的復(fù)合1、地理數(shù)據(jù)的網(wǎng)格化與遙感數(shù)據(jù)配準(zhǔn)：地理數(shù)據(jù)生成網(wǎng)格時(shí)，網(wǎng)格所對應(yīng)的地面分辨率應(yīng)與遙感數(shù)據(jù)的地面分辨率一致。如果從地理數(shù)據(jù)無法得到與遙感數(shù)據(jù)一致的分辨率，只有用配準(zhǔn)的方法同時(shí)調(diào)整分辨率與位置。 配準(zhǔn)仍采用幾何校正法，但需特別注意控制點(diǎn)選取的準(zhǔn)確性。 遙感與非遙

16、感信息的復(fù)合2、最優(yōu)遙感數(shù)據(jù)的選取 復(fù)合時(shí)的遙感數(shù)據(jù)常常只需一個(gè)或二個(gè)波段，如為使分辨率優(yōu)化，可選取SPOT數(shù)據(jù)的全色波段，當(dāng)用TM數(shù)據(jù)時(shí)，則可選用KL變換后的前兩個(gè)波段，以達(dá)到減少數(shù)據(jù)量，保持信息量的目的。因此選取適合需要的遙感波段十分重要。3、配準(zhǔn)復(fù)合柵格數(shù)據(jù)與柵格數(shù)據(jù)：在完成分辨率與位置配準(zhǔn)后，多采用兩種方法：非遙感數(shù)據(jù)與遙感數(shù)據(jù)共組成三個(gè)波段，實(shí)行假彩色合成；兩種數(shù)據(jù)直接疊加，波段之間可作加法或其他數(shù)學(xué)運(yùn)算，也可在波段之間做適當(dāng)?shù)摹芭c”、“或”等布爾運(yùn)算。 遙感與非遙感信息的復(fù)合3、配準(zhǔn)復(fù)合柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)：常采用不同數(shù)據(jù)格式的復(fù)合和不同數(shù)據(jù)層的復(fù)合。只要坐標(biāo)位置配準(zhǔn)，柵格數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)也可以疊加，如在遙感影像上加上行政邊界或等高線等。不同層面的復(fù)合，這里的層面指計(jì)算和記錄時(shí)將不同的圖像記錄到不同的層上，顯示時(shí)可以分別顯示，也可以一起疊合顯示。達(dá)到復(fù)合的效果，如要想在遙感影像的背景上突出河流湖泊等水體部分，或突出其他地理特征，則被突出的部分可單獨(dú)記錄為一層。 遙感與非遙感信息的復(fù)合遙感數(shù)據(jù)和非遙感