遙感圖像基本處理

遙感圖像基本處理第一頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日2第八章遙感圖像的基本處理遙感圖像的基本處理數(shù)字圖像校正數(shù)字圖像增強(qiáng)多源信息復(fù)合數(shù)字圖像輻射校正幾何校正第二頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日38.1.1模擬圖像與數(shù)字圖像光學(xué)圖像（模擬圖像）——連續(xù)圖像——照片二維的連續(xù)的光密度函數(shù)。圖像上的光密度隨坐標(biāo)x,y變化而變化，如果取一個(gè)方向的圖像，則密度隨空間變化，是一條連續(xù)的曲線。數(shù)字圖像——離散圖像——計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)指能夠被計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、處理和使用的圖像。數(shù)字圖像可以理解為多維數(shù)組。

模擬圖像與數(shù)字圖像之間可通過模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換。第三頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日4照片照片上的手指QuickBird（校園）局部放大數(shù)字圖像：指能夠被計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、處理和使用的圖像?！半x散化”、二維矩陣：每個(gè)元素的取值是圖像連續(xù)變化的灰度的離散整數(shù)值。第四頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日51、離散化的單元——像元值的涵義？代表什么？2、在計(jì)算機(jī)內(nèi)是如何存儲(chǔ)的（以什么數(shù)據(jù)類型）？3、圖像所占存儲(chǔ)空間如何計(jì)算？

模擬圖像

（灰度、顏色的連續(xù)分布）

采樣像元號(hào)

像元

第五頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日6不同反差特征的圖像圖像直方圖

用平面直角坐標(biāo)系表示一幅灰度范圍為0-n的數(shù)字圖像像元灰度分布狀態(tài)，橫軸表示灰度級(jí)，縱軸表示某一灰度級(jí)（或范圍）的像元個(gè)數(shù)占像元總數(shù)的百分比。通過直方圖可以直觀地了解圖像特征，以確定圖像增強(qiáng)方案并了解圖像增強(qiáng)后效果。第六頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日7遙感圖像處理系統(tǒng)遙感圖像處理的主要內(nèi)容：校正、增強(qiáng)、變換及信息提取

--磁帶機(jī)、數(shù)字化器等；打印機(jī)、繪圖儀、激光圖像記錄儀

--圖像計(jì)算機(jī)、陣列處理機(jī)

--磁盤、磁帶、光盤

--系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件（圖像處理軟件）第七頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日88.1.2遙感圖像的輻射校正由于傳感器響應(yīng)特性和大氣的吸收、散射及其它隨機(jī)因素影響，導(dǎo)致圖像模糊失真，造成圖像分辨率和對(duì)比度相對(duì)下降。這些都需要通過輻射校正復(fù)原。包括：系統(tǒng)輻射校正、大氣校正第八頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日9一、系統(tǒng)輻射校正（一）光學(xué)攝影機(jī)內(nèi)部輻射誤差校正

光學(xué)攝影機(jī)內(nèi)部輻射誤差主要是由鏡頭中心和邊緣的透射光的強(qiáng)度不一致造成的，它使得在圖像上不同位置的同一類地物有不同的灰度值。設(shè)原始圖像灰度值g，校正的圖像灰度g’,則有g(shù)’=g/cos

為像點(diǎn)成像時(shí)光線與主光軸夾角。（二）光電掃描儀內(nèi)部輻射誤差的校正兩類誤差：（1）光電轉(zhuǎn)換誤差；（2）探測(cè)器增益變化引起的誤差。第九頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日10二、大氣校正定義：指消除主要由大氣散射引起的輻射誤差的處理過程。（一）公式法與衛(wèi)星掃描同步進(jìn)行野外波譜測(cè)試，將地面測(cè)量結(jié)果與衛(wèi)星影像對(duì)應(yīng)像元亮度值進(jìn)行回歸分析，回歸方程為：式中，LAi為衛(wèi)星觀測(cè)值；Ri為地面反射率；

a和b為回歸系數(shù)；

系數(shù)a為大氣散射引起對(duì)輻射的干擾部分

a=SiLBi（式中，Si為系統(tǒng)增益因素；Lbi為大氣路徑輻射率）第十頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日b表示輻射率Lai隨地面反射率Ri遞增而增長(zhǎng)的程度大?。籘i為大氣透射率；Hi為太陽輻照度；θ為太陽天頂角；由于這個(gè)公式計(jì)算方法是對(duì)于各個(gè)波段分別進(jìn)行的，所以以上各參數(shù)都帶有i，代表各波段的序號(hào)。將上式代入可得：上式說明決定Lai的因素比較復(fù)雜，用這一公式計(jì)算Lai時(shí)需要獲得當(dāng)時(shí)具體氣象參數(shù)。由前面的公式可得：式中，L’Ai即為校正后圖像灰度值；a為大氣附加輻射部分。第十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日12（二）回歸分析法用長(zhǎng)波數(shù)據(jù)來校正短波數(shù)。作法：在不受大氣影響的波段（如TM5）和待校正的某一波段圖像中，選擇由最亮至最暗的一系列目標(biāo)，將每一目標(biāo)的兩個(gè)待比較的波段灰度值提取出來進(jìn)行回歸分析。例如：式中，為TM5波段的亮度均值；為TM1亮度均值；第十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日13a1,b1計(jì)算如下：T1、T5表示TM1與TM5波段灰度值，為TM1波段校正后的灰度值。第十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日14（三）直方圖校正法:通過灰度直方圖對(duì)比找出校正量從圖像像元亮度值中減去一個(gè)輻射偏置量（LP），輻射偏置量等于圖像直方圖中最小的輻射亮度值。前提（假設(shè)）：水體（或陰影）等物體的灰度值為0，大氣散射導(dǎo)致圖像上這些物體的灰度值不為0（輻射偏置量）

暗物體法（Dark-objectmethod）第十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日15補(bǔ)充知識(shí)1：大氣影響的定量分析地面上單位面積的輻照度為

假定地表面是朗伯體，其表面為漫反射，則某方向物體的亮度為

系統(tǒng)增益系數(shù)因子，進(jìn)入傳感器的亮度值

無大氣影響狀況第十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日16補(bǔ)充知識(shí)1：大氣影響的定量分析受入射方向透過率和反射方向透過率的影響，進(jìn)入傳感器的亮度值為：漫入射輻照度為ED，反射后進(jìn)入傳感器的亮度值為：散射光直接進(jìn)入傳感器的輻射（程輻射亮度LP）①②③第十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日17補(bǔ)充知識(shí)1：大氣影響的定量分析大氣的影響主要是減少了圖像的對(duì)比度，使原始信號(hào)和背景信號(hào)都增加了因子。第十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日18補(bǔ)充知識(shí)1：大氣影響的粗略校正

通過比較簡(jiǎn)便的方法去掉上式中的LP，從而改善圖像質(zhì)量。

問題：精確校正？？第十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日19補(bǔ)充知識(shí)1：絕對(duì)校正示意圖第十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日20補(bǔ)充知識(shí)1：常用大氣輻射校正模型第二十頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日21

地球旋轉(zhuǎn)

地球曲率

傳感介質(zhì)的不均勻

地形起伏

傳感器姿態(tài)變化

成像投影方式

8.1.3遙感影像變形的原因第二十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日22遙感影像變形的原因側(cè)視雷達(dá)屬斜距投影，其成像變形規(guī)律紅外機(jī)械全景掃描，其成像變形規(guī)律（一）傳感器成像幾何形態(tài)影響傳感器一般的成像幾何形態(tài)有中心投影、全影投影、斜距投影以及平行投影等幾種不同類型。第二十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日23遙感影像變形的原因（二）傳感器外方位元素變化畸變第二十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日24（三）地球自轉(zhuǎn)的影響地球自轉(zhuǎn)對(duì)于瞬時(shí)光學(xué)成像遙感方式?jīng)]有影響，對(duì)于掃描成像則造成圖像平行錯(cuò)動(dòng)。為圖像錯(cuò)動(dòng)量；圖幅地面長(zhǎng)度；地球平均半徑6378KM；衛(wèi)星運(yùn)行平均角速度；第二十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日25遙感影像變形的原因（四）地球表面曲率的影響像點(diǎn)位置的移動(dòng)像元對(duì)應(yīng)于地面寬度的不等第二十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日26遙感影像變形的原因（五）地形起伏影響第二十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日27遙感影像變形的原因（六）大氣折射的影響第二十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日28二、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)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）。（一）坐標(biāo)變換的兩種方案首先要確定原始圖像和糾正后圖像之間的坐標(biāo)變換關(guān)系。對(duì)其包括：

直接法：從原始圖像陣列出發(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）圖像的坐標(biāo)，即：第二十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日29式中，x,y為P點(diǎn)原始圖像的行數(shù)和列數(shù)；X，Y為P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)算后送到P（X，Y）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P（X，Y）在原始圖像中的位置P（x,y），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：第二十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日30數(shù)字圖像幾何糾正的主要處理過程準(zhǔn)備工作輸入原始數(shù)字影像建立糾正變換函數(shù)確定輸出影像范圍像元坐標(biāo)變換像元亮度值重采樣輸出糾正后的圖像準(zhǔn)備工作：圖像、地圖、大地測(cè)量資料、平臺(tái)軌道參數(shù)、傳感器參數(shù)、控制點(diǎn)的選擇；（具體內(nèi)容可選）糾正變換函數(shù)建立：輸入和輸出圖像間的坐標(biāo)變換關(guān)系；如多項(xiàng)式法、共線方程法等。第三十頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日31(二）輸出圖像的邊界大小輸出圖像邊界的地面坐標(biāo)值是由包括糾正后圖像在內(nèi)的最小長(zhǎng)方形范圍來確定的。第三十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日321、把原始圖像的4個(gè)角點(diǎn)按公式：投影到輸出坐標(biāo)系中來。2、獲取各自的最大和最小值（Xb、Yb和Xa、Ya）；3、令地面上坐標(biāo)（Yb、Xa）和(Ya、Yb)的點(diǎn)（圖像左上角點(diǎn)）為輸出圖像的第一行第一列像元，以dx和dy劃分網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格代表輸出圖像的一個(gè)像元，在它輸出圖像陣列中的位置為：式中，X，Y為地面某網(wǎng)格中心的坐標(biāo)值；I，J為該網(wǎng)格位于輸出圖像陣列中的行列序號(hào)；dx,dy為輸出圖像陣列像元的地面尺寸；第三十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日33（三）數(shù)字圖像灰度值的重采樣校正前后圖像的分辨率變化、像元點(diǎn)位置相對(duì)變化引起輸出圖像陣列中的同名點(diǎn)灰度值變化。

重采樣：P’的灰度值取決于周圍列陣點(diǎn)上像元的灰度值對(duì)其所作的貢獻(xiàn)，這就是灰度值重采樣三種插值方法：最鄰近法、雙線性法、三次卷積法第三十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日341、最近鄰法用距離投影點(diǎn)最近像元灰度值代替輸出像元灰度值。2、雙線性內(nèi)插法投影點(diǎn)周圍4個(gè)相鄰像元灰度值，并根據(jù)各自權(quán)重計(jì)算輸出像元灰度值，公式簡(jiǎn)述為：第三十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日353、雙三次卷積法獲取與投影點(diǎn)鄰近的16個(gè)像元灰度值計(jì)算輸出像元灰度值，公式為：第三十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日36最鄰近采樣法（Nearestneighbour）第三十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日37原始圖像糾正后圖像（最鄰近插值）第三十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日38雙線性內(nèi)插采樣法第三十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日39雙線性插值原始圖像糾正（雙線性插值）第三十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日40立方體卷積采樣法第四十頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日41原始圖像幾何糾正（三次卷積）第四十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日42三、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)式糾正法和共線方程糾正法。前者常用。多項(xiàng)式糾正法的基本思想：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)式糾正變換方程為：式中，x,y為某像元的原始圖像坐標(biāo)；X,Y為糾正后同名點(diǎn)的地面（或地圖）坐示；ai,bi為多項(xiàng)式系（i=0,1,2…第四十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日43數(shù)字圖像幾何校正方法(函數(shù)的建立)多項(xiàng)式糾正法：常用的方法基本原理：不考慮成像的空間幾何過程，而直接對(duì)圖像變形的本身進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬。把遙感圖像的總體變形看作是平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、仿射、偏扭、彎曲及更高次的基本變形的綜合作用結(jié)果，因此，將糾正前后圖像相應(yīng)點(diǎn)間的坐標(biāo)關(guān)系用一適當(dāng)?shù)亩囗?xiàng)式表達(dá)。一般取2次，可以滿足精度要求需要地面控制點(diǎn)：分布、數(shù)量第四十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日44控制點(diǎn)的選擇地面控制點(diǎn)（GCP，GroundControlPoint）:一些特定的像元，其地圖坐標(biāo)或其它輸出坐標(biāo)為已知人工地物線性地物交叉點(diǎn)不易隨時(shí)間變化的目標(biāo)大比例尺的圖像：道路交叉點(diǎn)、機(jī)場(chǎng)跑道、建筑物小比例尺的圖像：城區(qū)、一些線性地物交叉點(diǎn)（河流、道路）分布：較均勻分布與圖像范圍內(nèi)，保證足夠數(shù)量第四十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日45控制點(diǎn)的選擇注意問題：1.多項(xiàng)式糾正法的精度與地面控制點(diǎn)（GCP）的精度、分布、數(shù)量及糾正范圍有關(guān)；GCP的位置精度越高，則幾何糾正的精度越高；GCP的個(gè)數(shù)不少于多項(xiàng)式的系數(shù)個(gè)數(shù)；適當(dāng)增加GCP的個(gè)數(shù)，可以提高幾何糾正的精度。20-30個(gè)GCP，一般可以滿足需求2.GCP分布應(yīng)盡可能在整幅圖像內(nèi)均勻分布，否則在GCP密集區(qū)精度較高，在GCP分布稀疏區(qū)出現(xiàn)較大誤差3.最小控制點(diǎn)的數(shù)量為:(n+1)(n+2)/2,為多項(xiàng)式次數(shù)。第四十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日46四、遙感圖像配準(zhǔn)第四十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日47

影像配準(zhǔn)

(Matching)是將同一地區(qū)的不同特性的相關(guān)影像(如不同傳感器，不同日期，不同波段或傳感器在不同位置獲取的同一地區(qū)地物)在幾何上互相匹配，即實(shí)現(xiàn)影像與影像間地理坐標(biāo)及像元空間分辨率上的統(tǒng)一。

概念相對(duì)配準(zhǔn)

選擇某一衛(wèi)星數(shù)據(jù)作為參考圖象，將其他衛(wèi)星數(shù)據(jù)與之配準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱圖像對(duì)圖像的配準(zhǔn)。

絕對(duì)配準(zhǔn)

將所有的圖像分別校正到地圖坐標(biāo)系下。第四十七頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日48精糾正后SPOT配準(zhǔn)后TMDRGSPOT與TM影像的配準(zhǔn)第四十八頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日49已有高精度糾正結(jié)果時(shí)：在對(duì)已有糾正圖像進(jìn)一步檢查的基礎(chǔ)上，以糾正好的、幾何精度高的數(shù)據(jù)為底圖，進(jìn)行配準(zhǔn)糾正。監(jiān)測(cè)范圍較小時(shí)：高幾何分辨率全色SPOT先幾何校正到地圖坐標(biāo)系，再將TM配準(zhǔn)到全色SPOT上。

監(jiān)測(cè)范圍較大時(shí)：先將高質(zhì)量的某一時(shí)相TM數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何糾正，象元采樣成10米的地面分辨率，作為標(biāo)準(zhǔn)影象地圖；再將其余衛(wèi)星數(shù)據(jù)以景為單元與其進(jìn)行相對(duì)配準(zhǔn)。配準(zhǔn)模式第四十九頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日50影像配準(zhǔn)或校正配準(zhǔn)精度檢查加密控制點(diǎn)選取控制點(diǎn)滿足配準(zhǔn)結(jié)束不滿足滿足要求嗎？配準(zhǔn)流程第五十頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日51同名點(diǎn)的選取

人工目視相關(guān)運(yùn)算

采用的方法一般多項(xiàng)式擬合法圖像配準(zhǔn)中誤差一般地區(qū)不大于0.5個(gè)像元，平原地區(qū)嚴(yán)格控制在0.5個(gè)像元以內(nèi)，山區(qū)適當(dāng)放寬。第五十一頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日52配準(zhǔn)點(diǎn)的選取第五十二頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日53快速融合結(jié)果局部放大對(duì)配準(zhǔn)后數(shù)據(jù)進(jìn)行快速融合處理，目視檢查融合圖是否有重影現(xiàn)象。配準(zhǔn)精度檢查第五十三頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日54配準(zhǔn)不合格，有重影的影像配準(zhǔn)精度檢查第五十四頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日55透明疊加檢查利用圖像處理軟件的連接和分層交互顯示功能目視檢查數(shù)據(jù)配準(zhǔn)精度。配準(zhǔn)精度檢查第五十五頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月28日56五、圖像鑲嵌第五十六頁(yè)，共六十四頁(yè)，2022年，8月2