遙感影像預(yù)處理

1、遙感影像預(yù)處理預(yù)處理是遙感應(yīng)用的第一步，也是非常重要的一步。目前的技術(shù)也非常成熟，大多數(shù)的商業(yè)化軟件都具備這方面的功能。預(yù)處理的大致流程在各個(gè)行業(yè)中有點(diǎn)差異，而且注重點(diǎn)也各有不同。本小節(jié)包括以下內(nèi)容：數(shù)據(jù)預(yù)處理一般流程介紹預(yù)處理常見名詞解釋ENVI中的數(shù)據(jù)預(yù)處理1、數(shù)據(jù)預(yù)處理一般流程數(shù)據(jù)預(yù)處理的過程包括幾何精校正、配準(zhǔn)、圖像鑲嵌與裁剪、去云及陰影處理和光譜歸一化幾個(gè)環(huán)節(jié)，具體流程圖如圖所示。不符合上/預(yù)處理后影修7圖i數(shù)據(jù)預(yù)處理一般流程各個(gè)行業(yè)應(yīng)用會(huì)有所不同，比如在精細(xì)農(nóng)業(yè)方面，在大氣校正方面要求會(huì)高點(diǎn),因?yàn)樗枰囱?；在測(cè)繪方面，對(duì)幾何校正的精度要求會(huì)很高。2、數(shù)據(jù)預(yù)處理的各個(gè)流程介紹（一）

2、幾何精校正與影像配準(zhǔn)引起影像幾何變形一般分為兩大類：系統(tǒng)性和非系統(tǒng)性。系統(tǒng)性一般有傳感器本身引起的，有規(guī)律可循和可預(yù)測(cè)性，可以用傳感器模型來校正；非系統(tǒng)性幾何變形是不規(guī)律的，它可以是傳感器平臺(tái)本身的高度、姿態(tài)等不穩(wěn)定，也可以是地球曲率及空氣折射的變化以及地形的變化等。在做幾何校正前，先要知道幾個(gè)概念：地理編碼：把圖像矯正到一種統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)系。地理參照：借助一組控制點(diǎn)，對(duì)一幅圖像進(jìn)行地理坐標(biāo)的校正。圖像配準(zhǔn)：同一區(qū)域里一幅圖像（基準(zhǔn)圖像）對(duì)另一幅圖像校準(zhǔn)影像幾何精校正，一般步驟如下，（1） GCP（地面控制點(diǎn)）的選取這是幾何校正中最重要的一步?？梢詮牡匦螆D（DRG為參考進(jìn)行控制選點(diǎn)，也可以野外

3、GPSW量獲得，或者從校正好的影像中獲取。選取得控制點(diǎn)有以下特征：1 、GCPE圖像上有明顯的、清晰的點(diǎn)位標(biāo)志，如道路交叉點(diǎn)、河流交叉點(diǎn)等；2 、地面控制點(diǎn)上的地物不隨時(shí)間而變化。GCP勻勻分布在整幅影像內(nèi)，且要有一定的數(shù)量保證，不同糾正模型對(duì)控制點(diǎn)個(gè)數(shù)的需求不相同。衛(wèi)星提供的輔助數(shù)據(jù)可建立嚴(yán)密的物理模型，該模型只需9個(gè)控制點(diǎn)即可；對(duì)于有理多項(xiàng)式模型，一般每景要求不少于30個(gè)控制點(diǎn)，困難地區(qū)適當(dāng)增加點(diǎn)位；幾何多項(xiàng)式模型將根據(jù)地形情況確定，它要求控制點(diǎn)個(gè)數(shù)多于上述幾種模型，通常每景要求在30-50個(gè)左右，尤其對(duì)于山區(qū)應(yīng)適當(dāng)增加控制點(diǎn)。（2）建立幾何校正模型地面點(diǎn)確定之后，要在圖像與圖像或地圖上分

4、別讀出各個(gè)控制點(diǎn)在圖像上的像元坐標(biāo)（x,y）及其參考圖像或地圖上的坐標(biāo)（X,Y）,這叫需要選擇一個(gè)合理的坐標(biāo)變換函數(shù)式（即數(shù)據(jù)校正模型），然后用公式計(jì)算每個(gè)地面控制點(diǎn)的均方根誤差（RMS根據(jù)公式計(jì)算出每個(gè)控制點(diǎn)幾何校正的精度，計(jì)算出累積的總體均方差誤差，也叫殘余誤差，一般控制在一個(gè)像元之內(nèi)，即RMS<1（3）圖像重采樣重新定位后的像元在原圖像中分布是不均勻的，即輸出圖像像元點(diǎn)在輸入圖像中的行列號(hào)不是或不全是正數(shù)關(guān)系。因此需要根據(jù)輸出圖像上的各像元在輸入圖像中的位置，對(duì)原始圖像按一定規(guī)則重新采樣，進(jìn)行亮度值的插值計(jì)算，建立新的圖像矩陣。常用的內(nèi)插方法包括：1 、最鄰近法是將最鄰近的像元值賦

5、予新像元。該方法的優(yōu)點(diǎn)是輸出圖像仍然保持原來的像元值，簡(jiǎn)單，處理速度快。但這種方法最大可產(chǎn)生半個(gè)像元的位置偏移，可能造成輸出圖像中某些地物的不連貫。2 、雙線性內(nèi)插法是使用鄰近4個(gè)點(diǎn)的像元值，按照其距內(nèi)插點(diǎn)的距離賦予不同的權(quán)重，進(jìn)行線性內(nèi)插。該方法具有平均化的濾波效果，邊緣受到平滑作用，而產(chǎn)生一個(gè)比較連貫的輸出圖像，具缺點(diǎn)是破壞了原來的像元值。3 、三次卷積內(nèi)插法較為復(fù)雜，它使用內(nèi)插點(diǎn)周圍的16個(gè)像元值，用三次卷積函數(shù)進(jìn)行內(nèi)插。這種方法對(duì)邊緣有所增強(qiáng)，并具有均衡化和清晰化的效果，當(dāng)它仍然破壞了原來的像元值，且計(jì)算量大。般認(rèn)為最鄰近法有利于保持原始圖像中的灰級(jí)，但對(duì)圖像中的幾何結(jié)構(gòu)損壞較大。后兩

6、種方法雖然對(duì)像元值有所近似，但也在很大程度上保留圖像原有的幾何結(jié)構(gòu)，如道路網(wǎng)、水系、地物邊界等。（二）數(shù)字圖像鑲嵌與裁剪l鑲嵌當(dāng)研究區(qū)超出單幅遙感圖像所覆蓋的范圍時(shí)，通常需要將兩幅或多幅圖像拼接起來形成一幅或一系列覆蓋全區(qū)的較大的圖像。在進(jìn)行圖像的鑲嵌時(shí)，需要確定一幅參考影像，參考圖像將作為輸出鑲嵌圖像的基準(zhǔn)，決定鑲嵌圖像的對(duì)比度匹配、以及輸出圖像的像元大小和數(shù)據(jù)類型等。鑲嵌得兩幅或多幅圖像選擇相同或相近的成像時(shí)間，使得圖像的色調(diào)保持一致。但接邊色調(diào)相差太大時(shí)，可以利用直方圖均衡、色彩平滑等使得接邊盡量一致，但用于變化信息提取時(shí)，相鄰影像的色調(diào)不允許平滑，避免信息變異。l裁剪圖像裁剪的目的是將

7、研究之外的區(qū)域去除，常用的是按照行政區(qū)劃邊界或自然區(qū)劃邊界進(jìn)行圖像的分幅裁剪。它的過程可分為兩步：矢量柵格化和掩膜計(jì)算（MasR。矢量柵格化是將面狀矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成二值柵格圖像文件，文件像元大小與被裁剪圖像一致；把二值圖像中的裁剪區(qū)域的值設(shè)為1,區(qū)域外取0值，與被裁剪圖像做交集運(yùn)算，計(jì)算所得圖像就是圖像裁剪結(jié)果。（三）大氣校正遙感圖像在獲取過程中，受到如大氣吸收與散射、傳感器定標(biāo)、地形等因素的影響，且它們會(huì)隨時(shí)間的不同而有所差異。因此，在多時(shí)相遙感圖像中，除了地物的變化會(huì)引起圖像中輻射值的變化外，不變的地物在不同時(shí)相圖像中的輻射值也會(huì)有差異。利用多時(shí)相遙感圖像的光譜信息來檢測(cè)地物變化狀況的動(dòng)態(tài)監(jiān)

8、測(cè)，其重要前提是要消除不變地物的輻射值差異。輻射校正是消除非地物變化所造成的圖像輻射值改變的有效方法，按照校正后的結(jié)果可以分為2種，絕對(duì)輻射校正方法和相對(duì)輻射校正方法。絕對(duì)輻射校正方法是將遙感圖像的DN（Dig計(jì)alNumber）值轉(zhuǎn)換為真實(shí)地表反射率的方法，它需要獲取影像過境時(shí)的地表測(cè)量數(shù)據(jù)，并考慮地形起伏等因素來校正大氣和傳感器的影響，因此這類方法一般都很復(fù)雜，目前大多數(shù)遙感圖像都無法滿足上述條件。相對(duì)輻射校正是將一圖像作為參考（或基準(zhǔn)）圖像，調(diào)整另一圖像的DN值，使得兩時(shí)相影像上同名的地物具有相同的DN信，這個(gè)過程也叫多時(shí)相遙感圖像的光譜歸一化。這樣我們就可以通過分析不同時(shí)相遙感圖像上的

9、輻射值差異來實(shí)現(xiàn)變化監(jiān)測(cè)。因此，相對(duì)輻射校正就是要使相對(duì)穩(wěn)定的同名地物的輻射值在不同時(shí)相遙感圖像上一致，從而完成地物動(dòng)態(tài)變化的遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。3、ENVI中的數(shù)據(jù)預(yù)處理介紹（一）幾何精校正與影像配準(zhǔn)（D選擇幾何校正模型ENVI中支持有大多數(shù)商業(yè)化衛(wèi)星的幾何校正模型，如QuickBird、Ikonos、Spot1-5、P6、WorldView-1等，一般的校正模型包括二次多項(xiàng)式、仿射變換和局部三角網(wǎng)。Tie£istraticm,Hosaickiiig+G&nsricRFCmdREMASTERGearefeiencefromInputGeometry，«f«rS

10、POT+Ceore£erenceSeaV/1F£小IKDBCS.OrfcView-3QixicLBird*eoreferenceftSTER'Ceorefei"encfiEUVISA.T，胃四郎卜SPOT，CAKTOSAT-1FORHOSAT-2Georeferenc«MQD工BOeorefereneeRkDAESATiuiiabpcs圖2何校正模型控制點(diǎn)選擇方式可以是從影像上，也可以從矢量數(shù)據(jù)或者野外實(shí)測(cè)等。SelectGCfs'to5疝片ctGCFs：工m遮電3用部圖3控制點(diǎn)選擇方式選擇控制點(diǎn)也非常的方便，包含了誤差的結(jié)算。bldrT

11、Jsl£00加LU1.UU了“寸rF"n*trigLfijM51BieeK0辭rWarr3(TftTDE,-1mnr.*.2rrtif1trr«rT咖累1+930M儂】.而SCO5«2no430.7518C75160例7096564t+154UJ日2tM331.m433U口SD.43?33dbHO.ffl】：-.-iStDt.fig電TWI.IH16J.LMJSJJ.ULZUl.uu3i£U洗U.!kL.19J0-J.0.1927*4133«,Mirr.w14£,C0端40D14E,102S£33,5443-OMI

12、S<1.由1.M&5耗十437.W1236.0024S.CC567.0D£+4.MCi56T±477-G.6S90D247?07040SE4她。1349.00IZ4,C0655no123.MM帖4MJ3-0.1531-0.I5S?。.絲05】4必1334.OUi'ia.ro6451ID14B.CC1J5&453JZ3-O.OT853.3OE31.043Z檜1&09.DJ453.00S3.CO313.OD?.27fefe312.47S2：-<1.1235-D.5241?0.9D3?#&1$46M149.00357.COm.OD3F7.t76e18BamQ.M胡-0.i融0.&S37T例聆心M鼠CGMpMu強(qiáng)人蕈。|圖4控制點(diǎn)選擇重采樣方式包含了三種方法。圖5重采樣方式（二）數(shù)字圖像鑲嵌與裁剪l鑲嵌ENVI支持有地理參照和沒有地理參照影像數(shù)據(jù)的鑲嵌，能夠自動(dòng)對(duì)鑲嵌影像進(jìn)行顏色平衡，并提供了多種影像增強(qiáng)和直方圖匹配工具，可以最大限度地消除鑲嵌影像間的色調(diào)和顏色差異