遙感圖像處理基礎(chǔ)

ENVI/IDL遙感圖像處理基礎(chǔ)gisliu@163.comc海新ENVI/IDL遙感圖像處理的一般流程數(shù)據(jù)源選擇圖像輸入與瀏覽圖像預(yù)處理（幾何校正、融合、鑲嵌、裁剪、大氣校正等）圖像信息提?。ㄈ斯そ庾g、自動(dòng)分類、特征提取、動(dòng)態(tài)檢測(cè)、反演、高程提?。┏晒麍?bào)告與應(yīng)用（制圖、GIS分析、共享）ENVI/IDL3.1數(shù)據(jù)源選擇——考慮因素圖像選擇經(jīng)濟(jì)成本專題目的專題地域環(huán)境專題圖比例尺空間分辨率時(shí)間分辨率波譜分辨率ENVI/IDL3.1數(shù)據(jù)源選擇——常見商業(yè)高分辨率衛(wèi)星傳感器發(fā)射時(shí)間國家多光譜波段空間分辨率(米)重返周期IKONOS1999美國紅、綠、藍(lán)、近紅外全色：1多光譜：41.5-2.9SPOT52001法國紅、綠、近紅外、中遠(yuǎn)紅外全色：5或2.5（超模式）多光譜:1026QuickBird（快鳥）2001美國紅、綠、藍(lán)、近紅外全色：0.61多光譜：2.441-3.5FORMOSATII2004中國臺(tái)灣紅、綠、藍(lán)、近紅外全色：2多光譜：41EROS-B2006以色列/全色：0.7（立體）5CartoSAT-1（P5）2005印度/全色：2.5（立體）ALOS2005日本紅、綠、藍(lán)、近紅外全色：2.5（立體）多光譜：102北京一號(hào)小衛(wèi)星2005中國紅、綠、近紅外全色：4多光譜：323-5KOMPSAT-22006韓國紅、綠、藍(lán)、近紅外全色：1多光譜：43WorldView-1/22008美國紅、綠、藍(lán)、近紅外紅邊、海岸、黃、近紅外2全色：0.5多光譜：2.41.1-3.7資源應(yīng)用衛(wèi)星-2B星2008中國/全色：2.37多光譜：19.526GeoEye-12008美國紅、綠、藍(lán)、近紅外全色：0.41（0.5）多光譜：1.652-3RapidEye2008德國藍(lán)、綠、紅、紅邊、近紅外5每天ENVI/IDL3.1數(shù)據(jù)源選擇——其他衛(wèi)星傳感器發(fā)射時(shí)間國家多光譜波段空間分辨率(米)Landsat1~772~99美國藍(lán)、綠、紅、近紅外、短波紅外、熱紅外15、30、60、80、120SPOT41999法國綠、紅、近紅外、中遠(yuǎn)紅外全色：10

多光譜:20中巴資源衛(wèi)星1999中國藍(lán)、綠、紅、近紅外多光譜：19.5Resourcesat（P6）2003印度綠、紅、近紅外、短波紅外多光譜24米全色5.8米ALOS（已出故障）2005日本微波、立體像對(duì)、多光譜2.5米立體像對(duì)、10米多光譜、3米R(shí)adarTerraSAR-X2007德國微波1mRadar、3m、5mCOSMO-SkyMed2007意大利微波3米、15米R(shí)ADARSATII2008加拿大微波3m超細(xì)化模式1m景觀光線模式NOAA氣象衛(wèi)星/

美國紅、近紅外、中紅外和兩個(gè)熱紅外1.1km風(fēng)云系列衛(wèi)星/中國可見光4個(gè)，近紅外2個(gè)，中遠(yuǎn)紅外2個(gè)，熱紅外2個(gè)。1.1kmMODIS/美國36個(gè)波段250m、500m和1000m減災(zāi)衛(wèi)星A、B星2008中國多光譜近中紅外(4波段)、高光譜(111波段)多光譜：30米高光譜：100米Hyperion/EO-1（已經(jīng)停止運(yùn)行）2000美國0.4－2.5μm共有220波段30米ENVI/IDL中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)/n16/n1115/n1432/index.htmlENVI/IDL環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心ENVI/IDL國家衛(wèi)星氣象中心——FY系列/NOAA系列/MODIS/PortalSite/default.aspxENVI/IDL對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)——L5/L7/P6/ERS-2/ENVISAT/ENVI/IDL國際科學(xué)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)—TM/MODIS/EO-1/SRTM/G-DEM/ENVI/IDL免費(fèi)獲取存檔圖像數(shù)據(jù)/NewEarthExplorer/ENVI/IDL3.2圖像輸入與瀏覽——柵格數(shù)據(jù)儲(chǔ)存順序(一)按波段順序記錄遙感影像數(shù)據(jù)的格式，每個(gè)波段的圖像數(shù)據(jù)文件單獨(dú)形成一個(gè)影像文件。每個(gè)影像中的數(shù)據(jù)文件按照其掃描成像時(shí)的次序以行為一個(gè)記錄順序存放，存放完第一波段，再存放第二波段，一直到所有波段數(shù)據(jù)存放完為止。BSQENVI/IDL3.2圖像輸入與瀏覽——柵格數(shù)據(jù)儲(chǔ)存順序(二)按照波段順序交叉排列的遙感數(shù)據(jù)格式，BIL格式存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)文件由一景中的N個(gè)（TM圖像N=7）波段影像數(shù)據(jù)組成。每一個(gè)記錄為一個(gè)波段的一條掃描線，掃描線的排列順序是按波段順序交叉排列的。BILENVI/IDL3.2圖像輸入與瀏覽——柵格數(shù)據(jù)儲(chǔ)存順序(三)按照像元順序記錄圖像數(shù)據(jù)，即在一行中按每個(gè)像元的波段順序排列，各波段數(shù)據(jù)間交叉記錄。BIPENVI/IDL3.2圖像輸入與瀏覽——圖像格式傳感器文件格式不同的衛(wèi)星傳感器研發(fā)或運(yùn)行機(jī)構(gòu)一般會(huì)給所分發(fā)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)一種分發(fā)格式，如Landsat系列的Fast格式、EOS系列衛(wèi)星的HDF格式等。商業(yè)軟件文件格式商業(yè)化的圖像處理軟件都會(huì)開發(fā)出軟件本身的圖像格式，如ENVI的Hdr&img格式，Erdas的IMG格式，PCI的pix格式等。通用圖像文件格式很多圖像格式成為國際通用，被大多數(shù)軟件所支持。如TIFF、JPEG2000、BMP等。ENVI/IDL3.3圖像預(yù)處理——幾何校正（一）

引起圖像畸變因素系統(tǒng)誤差有規(guī)律的、可預(yù)測(cè)的。比如掃描畸變非系統(tǒng)誤差無規(guī)律的如傳感器平臺(tái)的高度、經(jīng)緯度、速度和姿態(tài)的不穩(wěn)，地球曲率及空氣折射，地形影響等幾何校正：糾正系統(tǒng)和非系統(tǒng)因素引起的幾何畸變。ENVI/IDL3.3圖像預(yù)處理——幾何校正（二、幾個(gè)概念）圖像配準(zhǔn)（Registration）：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)，以使兩幅圖像中的同名像素配準(zhǔn)。圖像糾正（Rectification）：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。又叫地理參照（Geo-referencing）圖像地理編碼（Geo-coding）：特殊的圖像糾正方式，把圖像矯正到一種統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)系。圖像正射校正（Ortho-rectification）：借助于地形高程模型（DEM），對(duì)圖像中每個(gè)像元進(jìn)行地形的校正，使圖像符合正射投影的要求。ENVI/IDL3.3圖像預(yù)處理——幾何校正（三、常見方法）幾何粗校正：校正系統(tǒng)誤差，地面站完成地理參照（Geo-referencing）：利用數(shù)據(jù)自帶參數(shù)進(jìn)行幾何校正。幾何精校正（常簡(jiǎn)稱為幾何校正）：基于地面控制點(diǎn)，利用幾何校正模型，構(gòu)建圖像與地面坐標(biāo)/與圖像之間的幾何關(guān)系完成幾何校正，當(dāng)控制點(diǎn)選擇源是圖像（有地理坐標(biāo)）時(shí)候，又屬于圖像配準(zhǔn)范疇。圖像配準(zhǔn)：基于兩幅圖像之間的同名點(diǎn)，利用幾何校正模型，構(gòu)建圖像與圖像之間的幾何關(guān)系完成幾何校正，基準(zhǔn)圖像不一定有地理坐標(biāo)。正射校正：結(jié)合傳感器的姿態(tài)參數(shù)、地面控制點(diǎn)以及高精度的DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行的幾何校正，ENVI/IDL3.3圖像預(yù)處理——幾何校正（四、常見幾個(gè)形式）幾種常見幾何校正形式：衛(wèi)星軌道參數(shù)（全自動(dòng)）地面控制點(diǎn)（同名點(diǎn)）+校正模型（人機(jī)交互）RPC文件+地面控制點(diǎn)+DEM（人機(jī)交互）ENVI/IDL3.3圖像預(yù)處理——幾何校正（五、多項(xiàng)式模型）多項(xiàng)式模型x=a0+a1x+a2Y+a3x2+a4xy+a5y2+……y=b0+b1x+b2Y+b3x2+b4xy+b5y2+……最少控制點(diǎn)個(gè)數(shù)N=（n+1）*（n+2）/2誤差計(jì)算RMSEerror=sqrt（（x’-x）2+（y’-y）2）ENVI/IDL3.3圖像預(yù)處理——幾何校正（六、控制點(diǎn)獲?。┑孛婵刂泣c(diǎn)獲取途徑基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)測(cè)繪數(shù)據(jù)數(shù)字線畫圖（DLG）數(shù)字柵格圖（DRG）影像數(shù)據(jù)正射影像（DOM）實(shí)地測(cè)量（GPS）地面控制點(diǎn)實(shí)質(zhì)：找到待校正圖像上的點(diǎn)對(duì)應(yīng)真實(shí)的坐標(biāo)值ENVI/IDL3.3圖像預(yù)處理——幾何校正（七、控制點(diǎn)質(zhì)量控制）圖像選點(diǎn)原則（正射糾正不適用）選取圖像上易分辨且較精細(xì)的特征點(diǎn)：道路交叉點(diǎn)，河流彎曲或分叉處，海岸線彎曲處，飛機(jī)場(chǎng)，城廓邊緣等特征變化大的地區(qū)需要多選圖像邊緣部分一定要選取控制點(diǎn)盡可能滿幅均勻選取數(shù)量原則在圖像邊緣處，在地面特征變化大的地區(qū)，需要增加控制點(diǎn)保證一定數(shù)量的控制點(diǎn)，不是控制點(diǎn)越多越好。如一景TM的控制點(diǎn)數(shù)量在30-50左右；正射糾正控制點(diǎn)數(shù)量在10個(gè)左右。ENVI/IDL3.3圖像預(yù)處理——幾何校正（八、重采樣方法）最近鄰法取與所計(jì)算點(diǎn)（x,y）周圍相鄰的4個(gè)點(diǎn)，比較它們與被計(jì)算點(diǎn)的距離，哪個(gè)點(diǎn)距離最近，就取哪個(gè)亮度值作為（x,y）點(diǎn)的亮度值簡(jiǎn)單易用，計(jì)算量小，圖像的亮度具有不連續(xù)性，精度差ENVI/IDL3.3圖像預(yù)處理——幾何校正（八、重采樣方法）雙線性內(nèi)插法?。▁,y）點(diǎn)周圍的4鄰點(diǎn)，在y方向內(nèi)插二次，再在x方向內(nèi)插一次，得到（x,y)點(diǎn)的亮度值f（x,y)雙線性內(nèi)插法比最近鄰發(fā)雖然計(jì)算量有所增加，但精度明顯提高，特別是對(duì)亮度不連續(xù)現(xiàn)象或線狀特征的塊狀化現(xiàn)象有明顯的改善。內(nèi)插法會(huì)對(duì)圖像起到平滑作用，從而使對(duì)比度明顯的分界線變得模糊。ΔyΔx雙線內(nèi)插算法原理示意圖原始圖像ENVI/IDL3.3圖像預(yù)處理——幾何校正（八、重采樣方法）三次卷積內(nèi)插法進(jìn)一步提高內(nèi)插精度的一種方法，通過增加鄰點(diǎn)來獲得最佳插值函數(shù)取與計(jì)算點(diǎn)周圍相鄰的16個(gè)點(diǎn)，先在某一方向內(nèi)插，再根據(jù)計(jì)算結(jié)果在另一個(gè)方向上內(nèi)插，得到一個(gè)連續(xù)內(nèi)插函數(shù)計(jì)算量大，精度高，細(xì)節(jié)表現(xiàn)更為清楚，對(duì)控制點(diǎn)要求較高ΔxΔy12345ENVI/IDL3.3圖像預(yù)處理——圖像融合將低分辨率的多光譜影像與高分辨率的單波段影像重采樣生成成一副高分辨率多光譜影像遙感的圖像處理技術(shù)。影像的融合方法按影像的表征層一般分為像素級(jí)、特征級(jí)和決策級(jí)融合三類。在遙感圖像處理中常用的、成熟的是像素級(jí)的圖像融合。ENVI/IDL3.3圖像預(yù)處理——圖像鑲嵌和裁剪鑲嵌當(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。裁剪圖像裁剪的目的是將工程之外的區(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。ENVI/IDL3.3圖像預(yù)處理——輻射校正（一、基本概念）衛(wèi)星光學(xué)傳感器是接受地表反射太陽的能量而成像的，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，這些因素都會(huì)引起圖像造成影像的系統(tǒng)輻射失真和非系統(tǒng)輻射失真，輻射校正實(shí)際上是影像恢復(fù)的一個(gè)內(nèi)容。校正方式有兩類：①傳感器輻射校正。通常采用內(nèi)部校準(zhǔn)光源和校準(zhǔn)楔，如陸地衛(wèi)星多光譜掃描儀的輻射校正；②大氣校正。前者主要糾正系統(tǒng)誤差，直接表現(xiàn)是圖像得到增強(qiáng)而清晰；后者糾正非系統(tǒng)誤差，得到地表真實(shí)輻射量。在遙感圖像處理中，圖像輻射校正常常做的是大氣校正。ENVI/IDL3.3圖像預(yù)處理——輻射校正（二、大氣校正）大氣校正的目的是消除大氣和光照等因素對(duì)地物反射的影響，獲得地物反射率、輻射率、地表溫度等真實(shí)物理模型參數(shù)，用來消除大氣中水蒸氣、氧氣、二氧化碳、甲烷和臭氧等對(duì)地物反射的影響，消除大氣分子和氣溶膠散射的影響。大多數(shù)情況下，大氣校正同時(shí)也是反演地物真實(shí)反射率的過程。目前，遙感圖像的大氣校正方法很多。這些校正方法按照校正后的結(jié)果可以分為2種：絕對(duì)大氣校正方法：將遙感圖像的DN(DigitalNumber)值轉(zhuǎn)換為地表反射率、地表輻射率、地表溫度等的方法。相對(duì)大氣校正方法：校正后得到的圖像，相同的DN值表示相同的地物反射率，其結(jié)果不考慮地物的實(shí)際反射率。ENVI/IDL3.4圖像信息提取——概念遙感影像通過亮度值或像元值的高低差異（反映地物的光譜信息）及空間變化（反映地物的空間信息）來表示不同地物的差異，這是區(qū)分不同影像地物的物理基礎(chǔ)。遙感影像分類就是利用計(jì)算機(jī)通過對(duì)遙感影像中各類地物的