遙感原理與應(yīng)用-袁艷斌-遙感圖象處理

第四章

遙感圖像處理本章主要內(nèi)容：數(shù)字圖像的概念圖像的顏色視覺圖像的幾何校正圖像的增強(qiáng)處理多源信息的融合§4.1光學(xué)原理和光學(xué)處理

一.顏色視覺?1亮度對比與顏色對比?1）亮度對比：目標(biāo)物相對于背景的亮暗程度，是視覺中對象與背景的亮度差與背景亮度之比。?記為：C=|L對象-L背景|L背景所以，選擇適當(dāng)?shù)膶ο蠹氨尘暗牧炼?，可以提高對比，從而提高視覺效果?在遙感圖象中背景不是完全確定的，確切的說是一個(gè)對象與其他對象的對比即C＝ΔL對象L對象?例路與其兩旁植被的對比，灌木與其他植被的對比等，就如同一灰色物體置于白色背景上點(diǎn)是發(fā)暗的而置于黑色背景上則是發(fā)亮的2）顏色對比

在視場中，相鄰區(qū)域的不同顏色的相上影響叫顏色對比，它受視覺的影響很大。?例品紅背景上放一小塊白色，眼睛注視它，白紙會表現(xiàn)為綠色，背景為黃色，則白紙表現(xiàn)為藍(lán)色這是因?yàn)榫G是紅色的補(bǔ)色，藍(lán)色是黃色的補(bǔ)色?

正常人眼睛可以分辨出一百多種不同顏色，而只能分辨10個(gè)灰度級所以彩色圖象可以表現(xiàn)出更加豐富的信息量。

2顏色的性質(zhì)

物體對可見光無選擇的反射，反射率在80%——90%以上時(shí)，物體呈現(xiàn)白色，當(dāng)反射率在4%以下時(shí)物體為黑色顯得很暗，中間反射率為灰色?顏色的性質(zhì)由明度，色調(diào)，飽和度來描述1）明度

是人的眼睛對光源或物體明亮程度的感覺?物體反射率越高，明度就越高，所以白色一定比灰色明度高，黃色反射率高，黃色比紅色明度高，對光源而言亮度越大明度就越高

2）色調(diào)

指色彩彼此相互區(qū)分的特性

3）飽和度

是彩色純潔的程度，也就是光譜中波段是否窄，頻率是否單一的表示。?對于光源，若發(fā)出的是單色光則這就是最飽和的彩色。?對于物體顏色，如果物體對光譜反射有很高的選擇性，只反射很窄的波段則飽和度高，反之如光譜反射選擇性低，反射的波段寬則飽和度就低。

3顏色立體

1）顏色立體?

是為了形象地描述顏色特性之間的關(guān)系的一種理想化示意圖。

明度色調(diào)飽和度2）孟賽爾顏色立體

109876543210明度飽和度色調(diào)分10種色調(diào)，每兩色調(diào)之間又分5個(gè)等級二、加色法減色法

1、

顏色相加原理互補(bǔ)色：若兩種顏色混合產(chǎn)生白色或灰色，這兩種顏色就稱為互補(bǔ)色。如黃和藍(lán)，紅和青，綠和品紅都為互補(bǔ)色。三原色：若三種顏色，其中的任一種都不能由其余二種顏色混合相加產(chǎn)生，這三種顏色按一定比例混合，可以形成各種色調(diào)的顏色，稱為三原色。2.色度圖

（1）RGB彩色就是假設(shè)合成是光總量為1，三原色各為白光的1/3時(shí)即紅＋藍(lán)＋綠＝白＝1紅＝藍(lán)＝綠＝1/3白時(shí)用一圖的形式來表現(xiàn)人眼對顏色視覺的基本規(guī)律。

色度圖X軸為紅原色的比例；y軸為綠原色的比例；藍(lán)原色的比例坐標(biāo)z通過x＋y＋z＝1式計(jì)算得出，在圖中未設(shè)坐標(biāo)z；

圖中弧形曲線代表光譜，線上每一點(diǎn)代表一種波長和光譜原色；圖中E點(diǎn)為白光點(diǎn)。（2）基本規(guī)律

A：AB曲線軌跡及連接AB直線所形成的馬蹄形范圍內(nèi)各點(diǎn)都是物理上可以由真實(shí)光線產(chǎn)生的顏色。馬蹄形周邊表示色調(diào)的差異。馬蹄形內(nèi)各點(diǎn)與E點(diǎn)的連線表示飽和度，越接近E點(diǎn)，飽和度越低，反之越高。Q與E的連線延長線與軌跡交點(diǎn)即為Q點(diǎn)的色調(diào)。B：通過色度圖可以推算出兩種顏色混合得到的中間色。C：過C點(diǎn)做一直線與軌跡線有兩個(gè)交點(diǎn)，如m和n，則這二點(diǎn)對應(yīng)光譜的顏色一定是互補(bǔ)色，它們混合可以產(chǎn)生白光。D：直線AB上的顏色為兩個(gè)光線混合產(chǎn)生的，而非光譜顏色。

3.顏色相減原理

（1）利用顏色的減法混合，例如在遙感中常用的色彩攝影，彩色印刷等減法三原色：黃、品紅、青，即由紅綠藍(lán)三原色組成的白光，通過黃色濾光片時(shí)，將黃色潑段附近的紅綠潑段透過，而將遠(yuǎn)端的藍(lán)色光吸收，從而形成減藍(lán)色即黃色。同理可以形成減紅、減綠色。

加色法示意圖相加混合圖示當(dāng)分別通過兩組光混合時(shí)藍(lán)濾光片白光綠紫黃濾光片白光紅綠合成白光紅紫幕減綠（品紅原色）透過率藍(lán)綠紅λ透過率藍(lán)綠紅λ透過率藍(lán)綠紅λ減紅（青原色）減藍(lán)（黃原色）減色法白光紅綠58％黃濾光片白光綠紫藍(lán)濾光片透過率69％兩濾光片組合藍(lán)濾光片黃濾光片白光綠紫綠40％白幕相減混合相減混合三、光學(xué)增強(qiáng)處理

1、

彩色合成（1）加色法彩色合成合成儀法：是將不同波段的黑白透明片分別放入紅綠藍(lán)濾光片的光學(xué)投影通道中精確配備和重疊，生成彩色影像的過程。分層曝光法：指利用彩色膠片具有的三層乳劑，使每一層乳劑依次曝光的方法。（2）減色法彩色合成

染印法：是一種使用特別浮雕片，接受紙和沖顯染印藥制作彩色合成影像的方法。印刷法：是利用普通膠印設(shè)備，直接使用不同波段的遙感底片的黃、品紅、青三種油墨，經(jīng)分色、加網(wǎng)、制版、套印成彩色合成圖像。

重氮法：是利用重氮鹽的化學(xué)反應(yīng)處理彩色單波段運(yùn)行透明片的方法。各波段圖像可重疊閱讀。2.光學(xué)增強(qiáng)處理

a.相關(guān)掩膜處理方法：指對幾何位置完全配準(zhǔn)的原片，利用感光條件和攝影處理的差別。制成不同密度、不同反差的正片或負(fù)片（稱為模片）。通過他們的各種不同疊加方案、改變原有影像的顯示效果，達(dá)到信息增強(qiáng)的方法。

b.改變對比度：使用兩張同波段同地段同地區(qū)的負(fù)片（或正片）進(jìn)行合成，一張反差適中，另一張反差較小，合成后反差一般加大，從而提高對比度。同理，一張反差很大的負(fù)片與一張反差較小的正片增加合成，可以減少對比度。

c.顯示動態(tài)變化：同一地區(qū)不同時(shí)相的正負(fù)片影像疊合掩膜，當(dāng)被疊合影像反差相同時(shí)，凡密度發(fā)生變化的部分，就是動態(tài)變化的位置。d.邊緣突出：將兩張反差相同的正片和負(fù)片疊合。疊合配準(zhǔn)后，再沿希望突出的線性特征的垂直方向錯(cuò)位。這樣得到底片或相片上會在線性位置產(chǎn)生黑白條的假陰影。3.光學(xué)信息處理

（1）圖像的相加和相減（2）遙感黑白影像的假彩色編碼A相位介質(zhì)的色散B假彩色的編碼過程

§4、2數(shù)字圖像的校正遙感數(shù)字圖像處理：利用計(jì)算機(jī)對遙感圖像及其資料進(jìn)行的各種技術(shù)處理。數(shù)字圖像處理的優(yōu)點(diǎn):快捷、準(zhǔn)確、客觀地提取遙感信息適應(yīng)地理信息系統(tǒng)的發(fā)展一、數(shù)字圖像1、

四個(gè)重要概念①數(shù)字圖像:數(shù)字圖像是指能夠被計(jì)算機(jī)存儲、處理和使用的圖像，即數(shù)字化的圖像。②數(shù)字化：將連續(xù)的圖像變化，作等間距的抽樣和量化。通常是以像元的亮度值表示。數(shù)字量和模擬量的本質(zhì)區(qū)別：連續(xù)變量，離散變量。③灰度直方圖：以每個(gè)像元為單位，表示圖像中各亮度值或亮度值區(qū)間像元出現(xiàn)的頻率的分布圖。

直方圖的作用：直觀地了解圖像的亮度值分布范圍、峰值的位置、均值以及亮度值分布的離散程度。直方圖的曲線可以反映圖像的質(zhì)量差異。④正態(tài)分布：反差適中，亮度分布均勻，層次豐富，圖像質(zhì)量高。數(shù)字圖象2、數(shù)字圖像的表示571015131169791212581010121104815121300810151212345123456左圖為一5×6象元的圖像小片在計(jì)算機(jī)中，數(shù)值表示灰度值（0－15級）行列表示象元的位置左圖為上圖打星號的一列圖的柱狀圖表示數(shù)字量是離散化的，不連續(xù)的－－數(shù)字圖像。模擬量是連續(xù)的－－光學(xué)圖像。3.模擬量與數(shù)字量1234561614121086420數(shù)字量模擬量象元列號123456圖像直方圖數(shù)字圖像與直方圖4.數(shù)字圖像的數(shù)學(xué)方法表示對一幅M×N個(gè)象元的圖像的灰度值用一個(gè)M×N的矩陣函數(shù)來表示。如

是數(shù)字圖像的矩陣表示。

二、輻射校正

1、圖像的灰度輻射強(qiáng)度太陽輻射照射到地面的輻射強(qiáng)度地物波譜反射率因此，當(dāng)太陽輻射相同時(shí)，圖像上象元亮度值的差異直接反映了地物目標(biāo)光譜反射率的差異。

2、遙感圖像的輻射誤差主要有三個(gè)因素傳感器的光電變換大氣的影響光照條件a.傳感器的光電變換傳感器在光電變換的過程中，對各波段的靈敏度是有差異的，也就是說，傳感器對各波段的光譜響應(yīng)是不同的，由此造成輻射畸變。另外，傳感器的光學(xué)鏡頭的非均勻性，會引起邊緣減光，也會造成圖像輻射的畸變。產(chǎn)生條帶和噪，一般都有規(guī)律性，可以根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)校正。

b.光照條件光照條件的不同也會引起輻射畸變，如太陽高度角、地面坡度等，都會引起輻射的畸變。c.大氣影響

進(jìn)入大氣的太陽輻射會產(chǎn)生反射、折射、吸收、散射和透射，因此對傳感器的接收具有一定的影響，其中吸收和散射時(shí)主要的。

A入射和反射途中的吸收E0入射吸收T1散射T0漫入射ED大氣層B散射散射了入射和反射光散射光進(jìn)入傳感器增加了無用信號程輻射度：值部分的散射光向上通過大氣直接進(jìn)入傳感器的輻射。

E0入射吸收Tφ1

散射T0漫入射ED大氣層反射l0散射T'0程輻射射lp吸收Tφ2

L傳＝Lλ+T0′+Lp(1)而Lλ＝L0－Tφ2(2)L0＝E0-Tφ1-

T0+ED(3)

所以，將(2)(3)代入(1)L傳＝E0-Tφ1-Tφ2-T0+ED+T0′+Lp＝E0-(Tφ1+Tφ2+T0)+(ED+T0′+Lp)所以信息被減弱了。設(shè)無大氣時(shí)白處亮度值為50，黑處亮度值為0則亮度對比C1＝（50－0）/50＝1有大氣時(shí)，假設(shè)通過率為90％即減少10％則亮度為50×90％＝45而由于散射進(jìn)入傳感器部分程輻射和濾入射的存在，黑白處亮度場增加10，即白處為55，而黑處為10。則亮度對比C2＝（55－10）/55＝9/11即C2<C1所以圖像質(zhì)量下降了。大氣影響下圖像亮度的變化灰度值5055451000灰度3.大氣影響的粗略校正

輻射校正：即通過糾正輻射亮度的辦法來糾正大氣的影響的措施。粗略校正：指通過比較簡單的方法去掉程輻射度，從而改善圖像。一般認(rèn)為，程輻射度在同一圖像的有限面積內(nèi)是一個(gè)常數(shù)，其值的大小只與波段有關(guān)。

直方圖最小值去除法

05810131414804914121562101013151568991012115889991157788773416634012345678亮度值123456789101112131415直方圖:以統(tǒng)計(jì)圖的形式表示圖像亮度值與象元之間的關(guān)系圖像找出圖像上輻射量或反射量應(yīng)為零的地區(qū)，其當(dāng)前的亮度必定是由于大氣影響的程輻射的增值，則每個(gè)像元的亮度值減去本波段的最小值后，對比度增強(qiáng)，圖像質(zhì)量得到提高。像元數(shù)3傳感器的輻射校正傳感器記錄的灰度值與地物的輻射率不成線性關(guān)系，特別是反映曲線的兩端部分的地物輻射信息被壓縮。為了把這種歪曲了的關(guān)系恢復(fù)成理想的線性關(guān)系，需要用反應(yīng)曲線的逆函數(shù)乘上原來的灰度值。這種對成像系統(tǒng)的反應(yīng)特征進(jìn)行的校正，一般稱為輻射較正。去條帶及壞線條帶噪聲是由設(shè)備產(chǎn)生的1用上下行的平均值代替條帶上的對應(yīng)位置的灰度值2在條帶的上下行中選取一個(gè)去條帶的窗口，求均值三、幾何校正（GeometricOperation）遙感影像的變形：

a.遙感成像時(shí)，由于飛行器姿態(tài)（側(cè)滾、俯仰、偏航）、高度、速度、地球自轉(zhuǎn)等因素而造成的圖像相對于地面目標(biāo)而發(fā)生的畸變。

b.遙感系統(tǒng)造成的畸變，例如掃描鏡的結(jié)構(gòu)方式和掃描速度造成的畸變。在圖像上的表現(xiàn)及應(yīng)用時(shí)的影響在圖像上表現(xiàn)為：

行列不均勻，象元大小與實(shí)際地面大小不一；實(shí)際地物的錯(cuò)位；地物形狀的變形。對遙感應(yīng)用的影響：

空間分析對位置的配準(zhǔn)；定量分析的統(tǒng)計(jì)和量算。處理內(nèi)容：（1）圖像像元的空間位置的變換

(SpatialTranformation）（2）像元灰度值的內(nèi)插

(Gray-levelInterpolation)1.遙感影像變形的原因①平臺位置和運(yùn)動狀態(tài)的變化的影響；②地形起伏的影響；③地球表面曲率的影響；④大氣折射的影響；⑤地球自轉(zhuǎn)的影響；①平臺位置和運(yùn)動狀態(tài)的變化的影響

航高：航高的變化引起比例尺的變化，實(shí)際掃過地面的面積寬窄發(fā)生變化。

高度變化速度變化航速：航速的變化引起圖像上地物超前或次后的變化。側(cè)滾偏行翻滾：指以前進(jìn)方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，導(dǎo)致星下點(diǎn)掃描線方向偏移，使圖像向翻滾角引起偏離的方向錯(cuò)動。偏航：指平方前進(jìn)過程中，相對于原前進(jìn)航向偏移了一定的方向，從而引起掃描行方向的變化導(dǎo)致圖像畸變。

俯仰俯仰：星下點(diǎn)俯時(shí)后移，仰時(shí)前移，發(fā)生行間位置錯(cuò)動。②地形起伏的影響

由于地形的起伏，使得局部像點(diǎn)產(chǎn)生位移，使有些像點(diǎn)的信號發(fā)生重疊。（見第三章，影像的幾何特征）③地球表面曲率的影響PP2P1P3P4L1L2L3L4O（一）（二）影響主要表現(xiàn)為（一）像點(diǎn)位置的移動（二）象元對應(yīng)于地面寬度的不等PL1=L1L2=L2L3=L3L4PP1<P1P2<P2P3<P3P4

④大氣折射的影響P′P0′ΔrNP大氣折射的影響掃描獲得圖像實(shí)際對應(yīng)的地面位置影像變形⑤地球自轉(zhuǎn)的影響地球自轉(zhuǎn)2、幾何畸變校正

上述各種情況產(chǎn)生的變形，有些需要根據(jù)遙感平臺的各種參數(shù)才能校正，因此大多數(shù)的遙感產(chǎn)品在用戶得到以前已經(jīng)做過一次系統(tǒng)校正。用戶要做的往往是根據(jù)需要做精校正。

A.基本思路

把圖像上各地面目標(biāo)通過校正，使其符合某種攝影分布，其主要有兩個(gè)方面的含義：aa.各地面目標(biāo)校正后能與相同投影方式下的圖形圖像相配準(zhǔn)。Bb.同一目標(biāo)物在影像上象元的亮度在校正前后一致。B.具體步驟

a.建立坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換前后的數(shù)學(xué)關(guān)系式,計(jì)算校正后圖像中的每一點(diǎn)（u,r）所對應(yīng)原圖中的位置（x,y），計(jì)算時(shí)按行逐點(diǎn)計(jì)算，每行結(jié)束后進(jìn)入下一行計(jì)算，直到全圖結(jié)束。b.計(jì)算每一點(diǎn)的亮度值。

C.計(jì)算方法

①建立兩圖像象元之間的對應(yīng)關(guān)系x＝f（x）（u,r）y＝f（y）（u,r）

Au1＝B1Au2＝B2

為二元n次多項(xiàng)式常以矩陣的形式來表示通過一定數(shù)量的控制點(diǎn)的校正前后值來求得二元n次多項(xiàng)式的系數(shù)，從而建立由（x,y）（u,r）的數(shù)學(xué)關(guān)系式。②確定校正后圖像上每點(diǎn)的亮度值

a、最近鄰法即取與其相鄰的4個(gè)點(diǎn)中；與他最近的點(diǎn)（x,y）的亮度值f（x,y）作為該點(diǎn)的亮度值f（k,l）k＝integer（x＋0.5）l＝integer（y＋0.5）精度不是很高

b.雙線性內(nèi)插法

xzy（x,y）（i,y）f（i+1,j+1）f（i,j+1）f（i,j）f（i+1,j）（i+1,y）f（i+1,y）f（i,y）f（x,y）f（i,j+1）f（i,y）f（i,j）如圖，光沿y方向內(nèi)插值f（i,y）和f（i+1,y）再在x方向內(nèi)插值f（x,y）。由梯形幾何比例關(guān)系得[f（i,j）-f（i,y）]/β＝[f（i,j）-f（i,j+1）]/（1-β）所以Y方向f（i,y）＝βf（i,j+1）+（1-β）f（i,j）f（i+1,y）＝βf（i+1,j+1）+（1-β）f（i+1,j）X方向f（x,y）＝αf（i+1,y）+（1-α）f（i,y）α＝x-iβ＝y(tǒng)-jc.三次卷積內(nèi)插法xy0ii-1i+1i+2j-1j（x,y）j+1先在x方向（或y方向）內(nèi)插值四次，求出f（x，j-1），f（x,j），f（x,j＋1），f（x，j＋2）或f（i－1，y），f（i，y），f（i+1，y），f（i+2，y）再沿y方向（或x方向）根據(jù)x方向（或y）求出的四個(gè)值，內(nèi)插值求出f（x，y）3.控制點(diǎn)GCP（groundcontrolpoint）的選取

A控制點(diǎn)數(shù)目的確定控制點(diǎn)的選取齊次多項(xiàng)式的項(xiàng)數(shù)N與其階數(shù)的關(guān)系N＝（n＋1）（n＋2）/2而控制點(diǎn)個(gè)數(shù)L與N之間為L≥N所以，GCP控制點(diǎn)個(gè)數(shù)為L=（n＋1）（n＋2）/2為了提高校正精度GCP的個(gè)數(shù)LL≥

（n＋1）（n＋2）/2適當(dāng)增加GCP的數(shù)量可以提高幾何糾正的精度，但過多的增加GCP的數(shù)量，不僅精度提高效果有限，而且大大增加選擇GCP的工作量。如1.5萬的spot圖像，采用三次多項(xiàng)式擬合L≥（3＋1）（3＋2）/2＝10但實(shí)際中一般采用13－17個(gè)GCP，其糾正精度可達(dá)到2個(gè)象元。B選取原則

①易分辨、易定位、較精細(xì)的特征如：道路交叉口、河流匯流處、湖心島、飛機(jī)場、橋、水庫大壩等②GCP分布盡量均勻；分布于整個(gè)圖。③特征變化大的地區(qū)應(yīng)多選些。

GCP選取圖示變形的影像

校正后的影像巴格達(dá)TM影像§4.3數(shù)字圖像增強(qiáng)處理

數(shù)字圖像的增強(qiáng)處理就是提高圖像質(zhì)量和突出所需信息

一、單點(diǎn)處理二、鄰域處理三、彩色變換四、圖像計(jì)算五、多光譜變換一、對比度的變換

1、對比度變換也稱輻射增強(qiáng)是一種通過改變圖像象元的亮度值來改變圖像象元對比度從而改善圖像質(zhì)量的圖像處理方法。2.直方圖的統(tǒng)計(jì)分析

一幅適合用統(tǒng)計(jì)方法分析的圖像其直方圖應(yīng)是正態(tài)分布的，因此，對比度變換就是將亮度值不符合正態(tài)分布的圖像盡量使其亮度值呈正態(tài)分布

美國五角大樓的直方圖quickbird像元數(shù)灰階平均值112.75灰階0~255標(biāo)準(zhǔn)偏差49.26中間值111像素1530360像元數(shù)灰階平均值115.89灰階0~255標(biāo)準(zhǔn)偏差48.37中間值118像素1530360像元數(shù)灰階平均值95.76灰階0~255標(biāo)準(zhǔn)偏差42.43中間值92像素1530360美國五角大樓的直方圖3、對比度變換的方法（1）線形變換：

整體線形變換（線形拉伸）分段線形變換15030xy例：一圖像亮度值為0－15，現(xiàn)在把他拉伸為0－30x∈[0，15]y∈[0，30]線形方程y＝30×x/15＝2x同理當(dāng)x∈[a0，a]y∈[b0，b]時(shí)線形方程y＝(b－b1)(x－a1)/(a－a1)+b1所以，當(dāng)a－a1<b－b1時(shí)亮度范圍波拉伸當(dāng)a－a1>b－b1時(shí)亮度范圍波壓縮xb1a1aby分段線性變換在圖像亮度值某一范圍過于密集而另一范圍又過于稀疏時(shí)，往往需要分段拉伸，即在一些亮度段拉伸，另一亮度段壓縮，這就是分段線性交換。061115xy15212則第一段y＝2x/6＝x/3；x∈[0，6]y∈[0，2]第二段y＝(12－2)(x－6)/(11－6)＋2＝2x－10；x∈[6，11]y∈[2，12]第三段y＝(15－12)(x－11)/(15－11)＋12＝3x/4＋15/4x∈[11，15]y∈[12，15]計(jì)算結(jié)果小數(shù)四舍五入取整后拉伸前后亮度值的對比變化前的亮度值0123456789101112131415變化后的亮度值0011122468101213141415區(qū)段亮度差值前6后2前4后8前3后2所以，第一段被壓縮，第二段被拉伸，第三段被壓縮2、非線形變換指數(shù)變換對數(shù)變換指數(shù)變換xy對數(shù)變換xy（a、b、c、為可調(diào)參數(shù)）對上式求導(dǎo)可知亮度值較高部分拉伸壓縮亮度值較低部分壓縮拉伸數(shù)學(xué)表達(dá)式：拉伸變換拉伸變換前拉伸變換后Alinearstretchinvolvesidentifyinglowerandupperboundsfromthehistogram(usuallytheminimumandmaximumbrightnessvaluesintheimage)andapplyingatransformationtostretchthisrangetofillthefullrange.

Thisgraphicillustratestheincreaseincontrastinanimagebefore(left)andafter(right)alinearcontraststretch.二、領(lǐng)域處理1.

概述對比度交換中，只考慮單個(gè)象元，沒有考慮與其相鄰的象元的亮度值，從處理效果來看是從整體上改善圖像質(zhì)量而并沒有突出圖像的某一特征，這種方式也稱單點(diǎn)處理。領(lǐng)域處理：也稱空間濾波，是通過象元與其周圍相鄰象元的關(guān)系，用一數(shù)學(xué)方式來改變與其相鄰的象元的亮度對比，從而突出圖像的某一特征，這種方式稱鄰域處理，也稱空間濾波

(1)圖像卷積運(yùn)算

卷積函數(shù)是一個(gè)M×N的矩陣，也稱模板

其中模板大小為M×N，φ（m,n）為窗口，模板為t（m,n）在圖像上開一個(gè)與模板范圍相同的窗口即M×N大小，對窗口內(nèi)的象元的灰度值根據(jù)運(yùn)算式進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)果作為窗口中心的象元的新值，然后依次移動模板直到全幅圖像結(jié)束。

Acommonfilteringinvolvesmovinga‘window’（活動窗口）ofafewpixelsindimension(e.g.3x3,5x5,etc.)overeachpixelintheimage,applyingamathematicalcalculationusingthepixelvaluesunderthatwindow,andreplacingthecentralpixelwiththenewvalue.均值平滑處理后的圖像（取整）L(2.2)=(4+2+5+3+15+8+7+8+9)/9=6.8取值7L(2.3)=(2+5+7+15+8+9+8+9+12)/9=8.3取值8·

·

·1311109814151396101298711981538752411111111113111098141211961011119711987387524處理前處理后模板均值平滑處理131110981415139610129871198153875241111111111311109814121096101198711987387524處理前處理后模板均值平滑處理中值濾波后的圖像L(2.2)=(2?3?4?5?7?8?8?9?15)的中值7L(2.3)=(2?5?7?8?8?9?9?12?15)的中值8·

·

·問題：注：

a、圖像四周部分象元的值如何更新？為什么？

b.

模板的大小即M和N有什么要求？答案：1.與模板行列有關(guān)2.都必須為奇數(shù)（2）平滑處理（k為領(lǐng)域均值系數(shù)）如窗口中所有象元數(shù)的均值，則k＝9四鄰域，k＝8八鄰域，k＝4常用模板：t（m,n）111111111111101111111000111101101101ABCDA用于平滑處理B用于噪聲去除－－單點(diǎn)噪聲去除CD用于條帶狀噪聲的去除均值平滑中值平滑使用B、C、D的模板進(jìn)行濾波銳化sharpening為了突出圖像的邊緣、線狀目標(biāo)或某些亮度值變化率大的部分。A、羅伯特梯度Robot

計(jì)算公式

ij把︳gradf︳給f（i,j）成為r（i,j）

ImageofCHURNFarmDaedalus1268ATMChannel3B、索伯爾梯度Sobor是對Robot梯度的改進(jìn)，其把2×2模板擴(kuò)大到3×3其檢測不是亮度值的變化率，而是梯度的變化率，是二階微分。上述模式的意義：上下左右四個(gè)相鄰點(diǎn)的值相加再減去象元值的4倍，作為該象元的新值。其改進(jìn)的模板如：D、定向檢測，也稱線性增強(qiáng)

即增強(qiáng)某一方向的邊、線或紋理特征。檢測豎直線理時(shí)：或水平線理時(shí)：或?qū)蔷€方向：

Directionaloredgedetectingfiltershighlightlinearfeatures,suchasroadsorfieldboundaries.Verticaledges（垂直邊緣）HorizontaledgesDirectionalEdgefilterscanalsobedesignedtoenhancefeatureswhichareorientedinspecificdirectionsandareusefulinapplicationssuchasgeology,forthedetectionoflineargeologicstructures.

十字邊緣檢測三.色彩變換

人眼對彩色的分辨率能力遠(yuǎn)大于對灰度的辨率能力，人眼對彩色的分辨率能力可達(dá)100多種，而對灰度只有20級左右，因此通過彩色變換可大大提高圖像的翻譯力。方法：密度分割；假彩色合成；彩色變換。1.單波段彩色變換

①概念：單波段黑白遙感圖像可按亮度分層，對每層賦予不同的色彩，使之成為一幅彩色圖像。這種方法又叫密度分割。

a.密度分割：根據(jù)灰度按一定的間隔進(jìn)行分層。b.賦色：對每一層賦予一種顏色進(jìn)行合成彩色。

②分層方案與地物光譜差異對應(yīng)合適，可以較好地區(qū)分地物類別。③處理過程④效果分析確定分割的等級數(shù)，并計(jì)算分割的間距③處理過程輸入圖像顯示直方圖像元亮度值轉(zhuǎn)換為像元新值賦色HOME以不同的色彩表示圖像的色調(diào)變化，增強(qiáng)了圖像的顯示能力同一地物或現(xiàn)象可能被分割成兩種不同密度并以不同的顏色顯示出來，或同一色彩卻表示兩種以上不同的地物，造成判讀錯(cuò)誤。HOME④效果分析單波段彩色變換后圖像TM8圖像2.多波段彩色變換（假彩色合成）

即把三個(gè)波段的圖像分別通過紅、綠、藍(lán)三個(gè)通道進(jìn)行合成彩色，能否較豐富的地物信息或突出某一方面的信息取決于合成方案，而合成方案的選擇依據(jù)主要來自實(shí)驗(yàn)、分析，更主要的時(shí)經(jīng)驗(yàn)。常用的合成方案(TM影像)742432742321453743732752

TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7LandsatTM5sub-sceneshowingtheregionaroundtheAlpinforschungszentrumRudolfshütteTM432合成TM7,4,1TM5,7,2TM5,4,3TM4,3,23.HLS變換

H－色調(diào)hueL－明度lightnessS－飽和度saturationH取0－360實(shí)型L取0－1實(shí)型S取0－1實(shí)型L白O黑青180o0o紅黃60o綠120o藍(lán)240o品紅300o（2）RGB與HLS的變換LR,LG,LB分別為紅,綠,藍(lán)三色亮度max,min為LR,LG,LB中的最大值和最小值。則a、明度計(jì)算L＝（Lmax＋Lmin）/2當(dāng)Lmax＝Lmin時(shí)LR＝LG＝LB即為灰色，那么S＝0，H無意義

b、飽和度計(jì)算

當(dāng)L≤0.5時(shí)S＝(Smax－Smin)/(Smax＋Smin)當(dāng)L＞0.5時(shí)S＝(Smax－Smin)/[(1－Smax)＋(1－Smin)]c、色調(diào)計(jì)算ΔH＝Hmax－Hmin當(dāng)HR=HRmax時(shí)H=60[(HG-HB)/ΔH]色調(diào)位于黃與品紅之間當(dāng)HG＝HGmax時(shí)H＝60[2＋(HB－HR)/ΔH]青與黃當(dāng)HB＝HBmax時(shí)H＝60[4＋(HR－HG)/ΔH]品紅與青RGBRGBHLS四、圖像運(yùn)算

利用多波段影像的數(shù)字運(yùn)算，以增強(qiáng)某些信息或去掉某些信息的目的。1、差值運(yùn)算2、比值運(yùn)算

1.差值運(yùn)算

f(i,j)＝f1(i,j)－f2(i,j)目的時(shí)突出兩圖像的f1，f2間亮度查大的部分例紅外波段植被與土壤的差別較小紅波段植被與水體的差別較小而土壤、水體在紅外波段和紅波段反射率的差值很小，植被在紅外波段和紅波段反射率的差值較大。所以，紅外波段轉(zhuǎn)到紅波段后植被信息被突出出來。另外應(yīng)用于動態(tài)監(jiān)測：如森林火災(zāi)后的過火面積、洪水淹沒區(qū)域、城市的擴(kuò)展TM4—TM3TM3TM4TM4植被與土壤的差別較小;TM3植被與水體的差別較小;而土壤、水體在TM4和TM3反射率的差值很小，植被在TM4和TM3反射率的差值較大。所以，TM4-3植被信息被突出出來。TM4322、比值運(yùn)算

fR（i,j）＝f1(i,j)/f2(i,j)目的突出不同波段間地物光譜的差異，提高對比度。A、植被特征，提取植被光型，植被生物量計(jì)算(即植被指數(shù))遠(yuǎn)紅外波段/紅波段，或（近紅外－紅)/(近紅外＋紅)具體的表示：TM4/TM3AVHRR2/AVHRR1（AVHRR高分解率輻射計(jì)）（TM4－TM3）/（TM4＋TM3）（AVHRR2－AVHRR1）/（AVHRR2＋AVHRR1）B、去除地形影響C、淺海水下地形，土壤含水性TM4÷TM3TM3TM4植被指數(shù)TM432TM321TM1TM2TM1÷2去除地形影響圖像計(jì)算實(shí)例gv2(X,Y)=fTM4(X,Y)-fTM3(X,Y)V2=TM4-TM3來消除植被的影響，把殘余古河道、殘余湖泊等水體信息和富含水及覆蓋的新鮮土層信息增強(qiáng)并提取出來。

gv3(X,Y)=fTM7(X,Y)/fTM4(X,Y)與gv1(X,Y)=[fTM2(X,Y)/fTM3(X,Y)]/[fTM2(X,Y)/fTM7(X,Y)]即V3=TM7/TM4與V1=(TM2/TM3)/(TM2/TM7),結(jié)果壓抑了由于坡度和方向引起的輻射量的變化，非線性地夸大了水體、土壤、植被及其他地物間的反差。TM7TM4TM1計(jì)算前圖像計(jì)算后的圖像五、多光譜變換

1、

多光譜變換的目的：a、壓縮數(shù)據(jù)b、相關(guān)信息增強(qiáng)2、

多光譜數(shù)據(jù)的特征多個(gè)波段之間的數(shù)據(jù)具有很大的相關(guān)性，所以存在數(shù)據(jù)多余，在數(shù)據(jù)處理過程中，常耗費(fèi)大量的時(shí)間和花費(fèi)大量存儲空間。

3.多光譜空間

就是一個(gè)n維坐標(biāo)系，每一個(gè)坐標(biāo)軸代表一個(gè)波段，坐標(biāo)值維亮度值，坐標(biāo)系內(nèi)的每一個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)象元。光譜空間表示為

X＝=[X1，X2，X3，……Xn]T

4.兩個(gè)重要的變換

K－L變換（Karhuunen－loeve）

主成分變換B.K－T變換（Kauth－Thomas）

纓帽變換K－L變換（Karhuunen－loeve）主成分變換

變換表達(dá)式：X：變換前的多光譜空間的象元矢量,Y：變換后的多光譜空間的象元矢量,A：K－L變換矩陣KL變換前KL反變換KL變換后K－L變換矩陣的特點(diǎn):①多光譜空間坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度且坐標(biāo)軸指向主稱成份方向②各分量之間的相關(guān)性達(dá)到最小且主分量集中了最大的信息量達(dá)80％③分離了噪聲因此，K－L處理可以達(dá)到以下2個(gè)目的①數(shù)據(jù)壓縮只有三個(gè)主分量作假彩色合成數(shù)據(jù)量只有原來的43％②圖像增強(qiáng)分離了噪聲，突擊了主要信息B.K－T變換（Kauth－Thomas）纓帽變換

(1)變換表達(dá)式：X：變換前的多光譜空間的象元矢量,Y：變換后的多光譜空間的象元矢量,B：K－L變換矩陣（2）其原理和方法于K－L基本相同K－T變換的關(guān)鍵是提出合適的B（變換矩陣），它是在完全分析影響數(shù)據(jù)特征和植被，土壤等波譜反射特征的基礎(chǔ)上提出，并經(jīng)過不斷的試驗(yàn)后得出的。(3)K-T變換意義主要是對農(nóng)業(yè)方面和植被信息的