遙感圖像處理學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第一頁，共53頁。第1頁/共53頁第二頁，共53頁。3.1 數(shù)字圖像基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)字圖像基礎(chǔ)知識(shí)一、數(shù)字圖像和圖像數(shù)字化一、數(shù)字圖像和圖像數(shù)字化（一）數(shù)字圖像的概念（一）數(shù)字圖像的概念(ginin) 早期的遙感技術(shù)通過攝影成像方法得早期的遙感技術(shù)通過攝影成像方法得到的像片稱之為光學(xué)圖像。到的像片稱之為光學(xué)圖像。 能在計(jì)算機(jī)里存儲(chǔ)、運(yùn)算、顯示和輸能在計(jì)算機(jī)里存儲(chǔ)、運(yùn)算、顯示和輸出的圖像稱為數(shù)字圖像。出的圖像稱為數(shù)字圖像。 光學(xué)圖像可以看成是由無數(shù)個(gè)很小的光學(xué)圖像可以看成是由無數(shù)個(gè)很小的單元點(diǎn)子（像元）組成的，每個(gè)單元點(diǎn)子單元點(diǎn)子（像元）組成的，每個(gè)單元點(diǎn)子的明暗程度記錄了成像瞬間對(duì)應(yīng)的物體的

2、的明暗程度記錄了成像瞬間對(duì)應(yīng)的物體的反射光強(qiáng)度（灰度），在遙感圖像其實(shí)質(zhì)反射光強(qiáng)度（灰度），在遙感圖像其實(shí)質(zhì)就是探測范圍內(nèi)電磁輻能量分布圖。就是探測范圍內(nèi)電磁輻能量分布圖。第2頁/共53頁第三頁，共53頁。數(shù)字方法表示數(shù)字方法表示(biosh)圖像：圖像：O圖像圖像xy(x,y)表示表示(biosh)像元的位置；像元的位置；f(x,y)表示表示(biosh)（x,y)位置上的對(duì)應(yīng)地物電磁輻射位置上的對(duì)應(yīng)地物電磁輻射強(qiáng)度。強(qiáng)度。對(duì)于模擬圖像對(duì)于模擬圖像,x,y,f(x,y)的取值是連續(xù)的。的取值是連續(xù)的。第3頁/共53頁第四頁，共53頁。O圖像圖像xy1234213456Pixel 要經(jīng)過要經(jīng)過

3、“離散化離散化”取樣才能變成計(jì)算機(jī)可存儲(chǔ)和運(yùn)算的數(shù)字圖像。取樣才能變成計(jì)算機(jī)可存儲(chǔ)和運(yùn)算的數(shù)字圖像。 函數(shù)函數(shù)f(x,y)的取值：離散整數(shù)的取值：離散整數(shù)(zhngsh)取樣是根據(jù)需要，將灰度空間分成取樣是根據(jù)需要，將灰度空間分成2n級(jí)（目前級(jí)（目前n的取值有的取值有1、4、7、8，甚至更多），然后根據(jù)方格內(nèi)電磁輻射強(qiáng)弱取其平均值整數(shù)，甚至更多），然后根據(jù)方格內(nèi)電磁輻射強(qiáng)弱取其平均值整數(shù)(zhngsh)作為函數(shù)作為函數(shù)f(x,y)的值。的值。第4頁/共53頁第五頁，共53頁。一幅模擬圖像一幅模擬圖像(t xin)表示為數(shù)字圖像表示為數(shù)字圖像(t xin)其實(shí)質(zhì)其實(shí)質(zhì)是一個(gè)數(shù)字矩陣。是一個(gè)數(shù)字矩

4、陣。),()2 ,() 1 ,f(N), 2()2 , 2() 1 , 2(), 1 ()2 , 1 () 1 , 1 (),(NMfMfMfffNfffyxf數(shù)字?jǐn)?shù)字(shz)矩陣可以計(jì)算機(jī)里進(jìn)行存儲(chǔ)和運(yùn)算。矩陣可以計(jì)算機(jī)里進(jìn)行存儲(chǔ)和運(yùn)算。第5頁/共53頁第六頁，共53頁。（二）圖像數(shù)字化（二）圖像數(shù)字化 一幅光學(xué)圖像經(jīng)過上述一幅光學(xué)圖像經(jīng)過上述(shngsh)離散取樣離散取樣，轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像的過程即圖像數(shù)字化。，轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像的過程即圖像數(shù)字化。 圖像的數(shù)字化內(nèi)容：圖像的數(shù)字化內(nèi)容： （1）圖像空間位置的數(shù)字化，即圖像的空間）圖像空間位置的數(shù)字化，即圖像的空間取樣。取樣。 （2）圖像灰度的

5、數(shù)字化，即指從圖像灰度的）圖像灰度的數(shù)字化，即指從圖像灰度的連續(xù)變化中進(jìn)行離散的采樣，目前經(jīng)常使用的灰度連續(xù)變化中進(jìn)行離散的采樣，目前經(jīng)常使用的灰度量度有量度有32級(jí)，級(jí)，64級(jí)，級(jí)，128級(jí)，級(jí)，256級(jí)。級(jí)。 除光學(xué)圖像可以數(shù)字化為數(shù)字圖像外，更多除光學(xué)圖像可以數(shù)字化為數(shù)字圖像外，更多的遙感圖像源于傳感器獲得后直接的數(shù)字產(chǎn)品，如的遙感圖像源于傳感器獲得后直接的數(shù)字產(chǎn)品，如SPOT,MSS,TM,ETM等航天遙感數(shù)字。等航天遙感數(shù)字。第6頁/共53頁第七頁，共53頁。HOME第7頁/共53頁第八頁，共53頁。（三）灰度直方圖（三）灰度直方圖用平面用平面(pngmin)直角坐標(biāo)系表示一幅灰度范

6、圍為直角坐標(biāo)系表示一幅灰度范圍為0-n數(shù)字圖像像元灰度分布狀態(tài)。數(shù)字圖像像元灰度分布狀態(tài)。橫軸表示灰度級(jí)，橫軸表示灰度級(jí)，縱軸（縱軸（Pi=mi/M)表表示灰度級(jí)為示灰度級(jí)為gi的像的像元個(gè)數(shù)元個(gè)數(shù)mi占像元總占像元總數(shù)數(shù)(zngsh)的的百分比。將百分比。將2n個(gè)個(gè)Pi繪于圖上，所形成繪于圖上，所形成的統(tǒng)計(jì)直方圖叫灰的統(tǒng)計(jì)直方圖叫灰度直方圖。度直方圖。第8頁/共53頁第九頁，共53頁。第9頁/共53頁第十頁，共53頁。通過灰度直方圖可以直觀通過灰度直方圖可以直觀(zhgun)地了解圖像增強(qiáng)的效果。地了解圖像增強(qiáng)的效果。第10頁/共53頁第十一頁，共53頁。小結(jié) 圖像直方圖是描述圖像質(zhì)量的可視

7、化圖表。在圖像處理中，可以通過調(diào)整(tiozhng)圖像直方圖的形態(tài)，改善圖像顯示的質(zhì)量，以達(dá)到圖像增強(qiáng)的目的。第11頁/共53頁第十二頁，共53頁。第12頁/共53頁第十三頁，共53頁。4. 4.第13頁/共53頁第十四頁，共53頁。第14頁/共53頁第十五頁，共53頁。第15頁/共53頁第十六頁，共53頁。5.2 圖像圖像(t xin)輻射校正輻射校正一、系統(tǒng)輻射校正一、系統(tǒng)輻射校正（一）光學(xué)攝影機(jī)內(nèi)部輻射誤差校正（一）光學(xué)攝影機(jī)內(nèi)部輻射誤差校正（二）光電掃描儀內(nèi)部輻射誤差的校正（二）光電掃描儀內(nèi)部輻射誤差的校正 二、大氣校正二、大氣校正定義：指消除主要由大氣散射定義：指消除主要由大氣散射

8、(snsh)引起的輻射誤差的處理過程。引起的輻射誤差的處理過程。（一）公式（一）公式(gngsh)法法（二）回歸分析法（二）回歸分析法（三）直方圖校正法（三）直方圖校正法注：由于輻射校正模型存在較大誤差，所以多數(shù)注：由于輻射校正模型存在較大誤差，所以多數(shù)模型爭議較大。模型爭議較大。第16頁/共53頁第十七頁，共53頁。第17頁/共53頁第十八頁，共53頁。第18頁/共53頁第十九頁，共53頁。移。地球自轉(zhuǎn)的影響：產(chǎn)生影像偏離。第19頁/共53頁第二十頁，共53頁。二、遙感圖像幾何校正原理二、遙感圖像幾何校正原理 遙感圖像幾何校正包括光學(xué)校正和數(shù)字糾正遙感圖像幾何校正包括光學(xué)校正和數(shù)字糾正兩種方

9、法。兩種方法。 數(shù)字糾正是通過計(jì)算機(jī)對(duì)圖像每個(gè)像元逐個(gè)數(shù)字糾正是通過計(jì)算機(jī)對(duì)圖像每個(gè)像元逐個(gè)地解析糾正處理完成的，其包括兩方面：一是像元地解析糾正處理完成的，其包括兩方面：一是像元坐標(biāo)變換；二是像元灰度值重新計(jì)算（重采樣）。坐標(biāo)變換；二是像元灰度值重新計(jì)算（重采樣）。（一）坐標(biāo)變換的兩種方案（一）坐標(biāo)變換的兩種方案 首先要確定原始首先要確定原始(yunsh)(yunsh)圖像和糾正后圖像圖像和糾正后圖像之間的坐標(biāo)變換關(guān)系。對(duì)其包括：之間的坐標(biāo)變換關(guān)系。對(duì)其包括： 直接法：從原始直接法：從原始(yunsh)(yunsh)圖像陣列出發(fā)，依圖像陣列出發(fā)，依次對(duì)其中每一個(gè)像元分別計(jì)算其在輸出（糾正后）

10、次對(duì)其中每一個(gè)像元分別計(jì)算其在輸出（糾正后）圖像的坐標(biāo)，即：圖像的坐標(biāo)，即： ),(),(yxFXFYxyxy第20頁/共53頁第二十一頁，共53頁。式中，式中，x,y為為P點(diǎn)原始圖像的行數(shù)和列數(shù)；點(diǎn)原始圖像的行數(shù)和列數(shù)；X，Y為為P在新圖像中的坐標(biāo)（即地面坐標(biāo)系），并把在新圖像中的坐標(biāo)（即地面坐標(biāo)系），并把P（x,y)的灰度值重新計(jì)算的灰度值重新計(jì)算(j sun)后送到后送到P（X，Y）位置上去。）位置上去。間接法：從空白圖像陣列出發(fā)，依次計(jì)算每個(gè)像元間接法：從空白圖像陣列出發(fā)，依次計(jì)算每個(gè)像元P（X，Y）在原始）在原始(yunsh)圖像中的位置圖像中的位置P（x,y），然后把該點(diǎn)的灰度值計(jì)

11、算后返送給），然后把該點(diǎn)的灰度值計(jì)算后返送給P(X,Y)。其糾正公式為：。其糾正公式為：),(),(YXGxYXGyyx第21頁/共53頁第二十二頁，共53頁。(二）輸出圖像二）輸出圖像(t xin)的邊界大小的邊界大小輸出圖像輸出圖像(t xin)邊界的地面坐標(biāo)值是由包括糾正后圖像邊界的地面坐標(biāo)值是由包括糾正后圖像(t xin)在內(nèi)的最小長方形范圍來確定的。在內(nèi)的最小長方形范圍來確定的。第22頁/共53頁第二十三頁，共53頁。第23頁/共53頁第二十四頁，共53頁。3 3、數(shù)字圖像幾何校正方法、數(shù)字圖像幾何校正方法數(shù)字圖像幾何校正方法有多項(xiàng)式糾正數(shù)字圖像幾何校正方法有多項(xiàng)式糾正(jizhng

12、)(jizhng)法和共線方程糾正法和共線方程糾正(jizhng)(jizhng)法。法。前者常用。前者常用。 多項(xiàng)式糾正多項(xiàng)式糾正(jizhng)(jizhng)法的基本思想：法的基本思想：回避成像的空間幾何過程，而真接對(duì)圖像變形回避成像的空間幾何過程，而真接對(duì)圖像變形的本身進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬。常用的二元齊次多項(xiàng)式的本身進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬。常用的二元齊次多項(xiàng)式糾正糾正(jizhng)(jizhng)變換方程為：變換方程為：)()()(3928273625123210YaXYaYXaXaYaXYaXaYaXaax)()()(3928273625423210YbXYbYXbXbYbXYbXbYbXbby式中

13、，式中，x,y為某像元的原始為某像元的原始(yunsh)圖像坐標(biāo)；圖像坐標(biāo)；X,Y為糾正后同名點(diǎn)的地面（或地圖）坐示；為糾正后同名點(diǎn)的地面（或地圖）坐示；ai,bi為多為多項(xiàng)式系（項(xiàng)式系（i=0,1,2第24頁/共53頁第二十五頁，共53頁。 實(shí)際工作中，多項(xiàng)式系數(shù)求出后，根據(jù)上述公式可以求解原始圖像任一像元的坐標(biāo)，并對(duì)圖像灰度進(jìn)行內(nèi)插，獲取實(shí)際工作中，多項(xiàng)式系數(shù)求出后，根據(jù)上述公式可以求解原始圖像任一像元的坐標(biāo)，并對(duì)圖像灰度進(jìn)行內(nèi)插，獲取(huq)某種投影的糾正圖像。某種投影的糾正圖像。 一般選擇最小控制點(diǎn)的數(shù)量為一般選擇最小控制點(diǎn)的數(shù)量為:(n+1)(n+2)/2, 為多項(xiàng)式次數(shù)。為多項(xiàng)式

14、次數(shù)。第25頁/共53頁第二十六頁，共53頁。第26頁/共53頁第二十七頁，共53頁。)()()(3928273625123210YaXYaYXaXaYaXYaXaYaXaax)()()(3928273625423210YbXYbYXbXbYbXYbXbYbXbby第27頁/共53頁第二十八頁，共53頁。l2）雙線性內(nèi)插法：將鄰近的）雙線性內(nèi)插法：將鄰近的4個(gè)像元值，個(gè)像元值，l 按其距離賦予不按其距離賦予不 同的權(quán)重同的權(quán)重(qun zhn)，進(jìn)行線性內(nèi)插。，進(jìn)行線性內(nèi)插。3）三次卷積：將鄰近的）三次卷積：將鄰近的16個(gè)像元值，按三個(gè)像元值，按三次卷積函數(shù)，次卷積函數(shù)， 進(jìn)行內(nèi)插。進(jìn)行內(nèi)插。

15、第28頁/共53頁第二十九頁，共53頁。對(duì)比會(huì)產(chǎn)生不同的視覺效果。對(duì)比會(huì)產(chǎn)生不同的視覺效果。第29頁/共53頁第三十頁，共53頁。第30頁/共53頁第三十一頁，共53頁。第31頁/共53頁第三十二頁，共53頁。第32頁/共53頁第三十三頁，共53頁。第33頁/共53頁第三十四頁，共53頁。三原色(RGB)：若三種顏色(yns)，其中的任一種都不能由其余二種顏色(yns)混合相加產(chǎn)生，這三種顏色(yns)按一定比例混合，可以形成各種色調(diào)的顏色(yns)，則稱之為三原色。紅、綠、藍(lán)?；パa(bǔ)色：若兩種顏色(yns)混合產(chǎn)生白色或灰色，這兩種顏色(yns)就稱為互補(bǔ)色。黃和藍(lán)、紅和青、綠和品紅。色度圖：

16、可以直觀地表現(xiàn)顏色(yns)相加的原理,更準(zhǔn)確地表現(xiàn)顏色(yns)混合的規(guī)律.第34頁/共53頁第三十五頁，共53頁。加色法三原色減色法三原色第35頁/共53頁第三十六頁，共53頁。不同色調(diào)的亮度(lingd)變化相同色調(diào)的亮度(lingd)變化最亮最暗亮暗第36頁/共53頁第三十七頁，共53頁。第37頁/共53頁第三十八頁，共53頁。第38頁/共53頁第三十九頁，共53頁。1、單波段彩色、單波段彩色(cis)變換（假彩色變換（假彩色(cis)密度分割）密度分割）第39頁/共53頁第四十頁，共53頁。輸入(shr)圖像顯示(xinsh)直方圖確定分割(fng)的等級(jí)數(shù)，并計(jì)算分割(fng)的間

17、距像元亮度值轉(zhuǎn)換為為像元像元新值新值賦色賦色HOME第40頁/共53頁第四十一頁，共53頁。HOME第41頁/共53頁第四十二頁，共53頁。第42頁/共53頁第四十三頁，共53頁。第43頁/共53頁第四十四頁，共53頁。第44頁/共53頁第四十五頁，共53頁。TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7Landsat TM 5 sub-scene showing the region around the Alpinforschungszentrum Rudolfshtte第45頁/共53頁第四十六頁，共53頁。TM7,4,1TM5,7,2TM5,4,3TM4,3,2第46頁/共53頁第四十七頁

18、，共53頁。第47頁/共53頁第四十八頁，共53頁。第48頁/共53頁第四十九頁，共53頁。Figure 3. NDVI image of Arizona from the MODIS sensor acquired on March 14, 2002. NDVI = (NIR Red) / (NIR + Red).第49頁/共53頁第五十頁，共53頁。二、空間域增強(qiáng)處理二、空間域增強(qiáng)處理定義：空間域指圖像定義：空間域指圖像(t xin)平面所在平面所在的二維空間，空間域圖像的二維空間，空間域圖像(t xin)增強(qiáng)增強(qiáng)是指在圖像是指在圖像(t xin)平面上應(yīng)用某種數(shù)平面上應(yīng)用某種數(shù)學(xué)模型，通過改變圖像學(xué)模型，通過改變圖像(t xin)像元灰像元灰度值達(dá)到增強(qiáng)效果。（這種增強(qiáng)并不改變度值達(dá)到增強(qiáng)效果。（這種增強(qiáng)并不改變像元的位置）像元的位置） 反差增強(qiáng)反差增強(qiáng) 反差增強(qiáng)又稱對(duì)比度增強(qiáng)或點(diǎn)增強(qiáng)。反差增強(qiáng)又稱對(duì)比度增強(qiáng)或點(diǎn)增強(qiáng)。主要通過改變圖像主要通過改變圖像(t xin)灰度分布態(tài)灰度分布態(tài)勢，擴(kuò)展灰度分布區(qū)間，達(dá)到增加