遙感圖像處理基本原理

二、遙感圖像處理基本原理第一章概述第二章遙感圖像處理基本原理第三章遙感圖像預(yù)處理第四章圖像增強(qiáng)第五章

圖像分類1整理ppt第一章概述

一、遙感圖像處理技術(shù)的概況和發(fā)展二、遙感數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容、特點(diǎn)及應(yīng)用三、數(shù)字圖像處理設(shè)備和系統(tǒng)2整理ppt第一章概述

一、遙感圖像處理技術(shù)的概況和發(fā)展圖像處理技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而開拓出來(lái)的一個(gè)新的應(yīng)用領(lǐng)域，就是把圖像轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)據(jù)矩陣存放進(jìn)計(jì)算機(jī)對(duì)之進(jìn)行處理。具體說(shuō)，利用數(shù)字計(jì)算機(jī)或其它數(shù)字硬件，對(duì)從圖像信息轉(zhuǎn)換而來(lái)的電信號(hào)進(jìn)行某些數(shù)學(xué)運(yùn)算，以期提高圖像的實(shí)用性，從而達(dá)到人們所要求的某些預(yù)期的結(jié)果。3整理ppt

數(shù)字圖像處理起源于20世紀(jì)20年代，首先用于改變數(shù)字化報(bào)紙的圖片。新聞?wù)掌?jīng)過(guò)數(shù)字化，由海底電纜開始在紐約和倫敦之間傳送，為了用電纜傳輸圖片，首先要進(jìn)行編碼，然后在接收端由專用打印設(shè)備進(jìn)行圖片重建。此時(shí)的技術(shù)能力，僅把圖像編碼為五個(gè)亮度級(jí)，到1929年才提高到15個(gè)等級(jí)。但那時(shí)圖像的處理還不是用計(jì)算機(jī)進(jìn)行的。從六十年代起，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字圖像處理獲得了飛躍的發(fā)展。1964年美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）開始用計(jì)算機(jī)處理航天照片，以消除畸變，提高質(zhì)量，取得了驚人的效果。從此以后，遙感數(shù)字圖像處理技術(shù)和設(shè)備得到了迅速的發(fā)展。4整理ppt硬件：主處理機(jī)：①60年代到70年代上半期，遙感圖像處理的實(shí)現(xiàn)一般都是在已有的大、中型計(jì)算機(jī)上配備必要的外圍設(shè)備，利用圖像處理軟件來(lái)完成圖像處理與分析功能。②70年代下半期到80年代初期，專用圖像處理機(jī)的出現(xiàn)，將許多圖像處理算法固化，一部分圖像處理與分析功能可以用硬件快速實(shí)現(xiàn)，從而使遙感圖像處理速度大幅度地提高。③80年代初到90年代初期，超小型機(jī)在圖像處理中占有統(tǒng)治地位，圖像運(yùn)算速度也有了很大的提高。④近年來(lái)，在遙感圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)成方面，硬件發(fā)展已進(jìn)入了第四個(gè)階段，即在工作站上建立大規(guī)模專業(yè)化的遙感圖像處理系統(tǒng)，如建立在工作站上的ERMAPPER。而一般的應(yīng)用用戶，又可以建立以PC機(jī)為核心遙感圖像處理系統(tǒng)，專用圖像處理機(jī)在遙感圖像處理系統(tǒng)中地位已經(jīng)開始下降。軟件：軟件功能反映了遙感技術(shù)應(yīng)用水平①遙感圖像處理系統(tǒng)與GIS的融合②多種遙感資料的處理。③非遙感資料的圖像處理。5整理ppt二、遙感數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容、特點(diǎn)及應(yīng)用

1、數(shù)字圖像處理的內(nèi)容

a、圖像數(shù)字化及編碼壓縮Imagedigitization.Coding.Compressionb、圖像恢復(fù)或校正Imagerestorationorcorrectionc、

圖像增強(qiáng)Imageenhancementd、圖像分析（或圖像分割）ImageanalysisorImagesegmentation

6整理ppt2、遙感數(shù)字圖像處理的優(yōu)點(diǎn)

a、圖像信息損失低，處理的精度高

b、抽象性強(qiáng)，再現(xiàn)性好ｃ、通用性廣，靈活性高ｄ、能充分利用遙感圖像信息，對(duì)圖像灰度可分解為很多級(jí)，可檢測(cè)出微小的圖像細(xì)節(jié)，并能對(duì)圖像信息作定量分析。而目視判讀對(duì)黑白圖像僅能分辨出十余級(jí)灰度。ｅ、處理周期短，速度快，適于進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。而且計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理是以數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)的，方法廣泛，可以充分開發(fā)利用不同形式的遙感圖像信息。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及是當(dāng)今世界的大趨勢(shì)，計(jì)算機(jī)數(shù)字處理正是順應(yīng)這個(gè)大趨勢(shì)的，其圖像處理的技術(shù)、方法及質(zhì)量可不斷發(fā)展提高。

7整理ppt3、遙感數(shù)字圖像處理的應(yīng)用

遙感數(shù)字圖像處理，是遙感技術(shù)的主要組成部分，它在遙感技術(shù)應(yīng)用中起著重要的作用．

1．利用遙感數(shù)字圖像處理技術(shù)獲得滿足一定精度要求的各種圖件

2．利用遙感數(shù)字圖像處理技術(shù)，快速準(zhǔn)確地提取所需信息

3．利用遙感數(shù)字圖像處理技術(shù)，為圖像的解譯奠定基礎(chǔ)8整理ppt

三、數(shù)字圖像處理設(shè)備和系統(tǒng)

遙感圖像處理系統(tǒng)

通用計(jì)算機(jī)型

專用處理機(jī)型

運(yùn)算處理設(shè)備

輸入設(shè)備

輸出設(shè)備

存儲(chǔ)器（外存）

圖像軟件

系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件9整理ppt

遙感圖像處理軟件介紹

1

、ERDASIMAGINGERDASIMAGING是美國(guó)ERDAS公司開發(fā)的遙感圖像處理系統(tǒng)，它以其先進(jìn)的圖像處理技術(shù)，友好、靈活的用戶界面和操作方式，面向廣闊應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品模塊，服務(wù)于不同層次用戶的模型開發(fā)工具以及高度的RS/GIS集成功能，為遙感及相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的用戶提供了內(nèi)容豐富而功能強(qiáng)大的圖像處理工具，代表了圖像處理系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。10整理pptERDASIMAGING軟件構(gòu)成：核心模塊

IMAGNEEssentials：基本地圖生產(chǎn)系統(tǒng)，提供了眾多工具生產(chǎn)以圖像可視化與分析（增強(qiáng)、分類、專題圖制作、三維景觀顯示等），信息集成（影像庫(kù)管理，矢量數(shù)據(jù)查詢檢索等）和簡(jiǎn)單幾何糾正為主的高質(zhì)量專題地圖，另外還擁有易于使用應(yīng)用界面擴(kuò)展工具EML宏語(yǔ)言。

IMAGNEAdvantage：一個(gè)易于使用的集成環(huán)境，提供圖像鑲嵌、地表DEM內(nèi)插、高級(jí)圖像解譯（增強(qiáng)、濾波、高光譜圖像處理、傅立葉變換）和正射糾正工具，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析。

IMAGNEprofessional：快速圖像檢測(cè)與分類，特別功能包括無(wú)需編程就能擴(kuò)展圖形空間數(shù)據(jù)建模、最大似然、模糊決策等，提供雷達(dá)圖像基本分析和完整而專業(yè)易用的分類工具。11整理ppt2、ENVI

ENVI是美國(guó)RSI開發(fā)的一套功能齊全的遙感圖像處理系統(tǒng)，是處理、分析并顯示多光譜數(shù)據(jù)、高光譜數(shù)據(jù)和雷達(dá)數(shù)據(jù)的高級(jí)工具，能夠進(jìn)行地物目標(biāo)識(shí)別，直觀且功能強(qiáng)大，完全由IDL開發(fā)，方便靈活，可擴(kuò)展性強(qiáng)，獲2000年美國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu)NIMA遙感軟件測(cè)評(píng)第一。它具備如下特點(diǎn)：接受更多的傳感數(shù)據(jù)格式

ENVI對(duì)于要處理的圖像波段數(shù)據(jù)沒(méi)有限制，可以處理最先進(jìn)的衛(wèi)星格式，如Landsat-7、IKONOS、SPOT、RADARSAT、NASA、NOAA、ERSO和TERRA，并準(zhǔn)備接受未來(lái)所有傳感器的信息。12整理ppt強(qiáng)大的多光譜影像處理功能

ENVI能夠提取圖像信息，具備進(jìn)行圖像預(yù)處理、圖像增強(qiáng)、掩膜、圖像計(jì)算、圖像分類及后處理、圖像變換和濾波、圖像鑲嵌、融合等功能的全套完整的遙感影像處理工具。此外，ENVI提供豐富完備的投影軟件包，可支持各種投影類型。同時(shí)，ENVI還創(chuàng)造性地將一些高光譜數(shù)據(jù)處理方法用于多光譜影像處理。更便捷地集成柵格和矢量數(shù)據(jù)

ENVI包含所有基本的遙感影像處理功能，如校正、定標(biāo)、波段運(yùn)算、分類對(duì)比增強(qiáng)、濾波、變換、邊緣檢測(cè)及制圖輸出功能，并加注漢字。ENVI具有對(duì)遙感影像進(jìn)行配準(zhǔn)和正射校正的功能可以給影像添加地圖投影，并與各種GIS數(shù)據(jù)套合。ENVI的矢量工具可以進(jìn)行屏幕數(shù)字化、柵格和矢量疊合，建立新的矢量層、編輯點(diǎn)、線、多邊形數(shù)據(jù)，緩沖區(qū)分析，創(chuàng)建并編輯屬性并進(jìn)行相關(guān)矢量層的屬性查詢。13整理ppt高光譜影像處理

ENVI擁有先進(jìn)的高光譜和多光譜分析工具，可識(shí)別出圖像中純度最高的像元，通過(guò)與已知波譜庫(kù)的比較確定未知波譜的組成。使用ENVI自帶的波譜庫(kù)，也可自定義波譜庫(kù)，甚至可以組合使用線形波譜分離和匹配濾波技術(shù)進(jìn)行亞像元分解，以消除匹配誤差，得到精確的結(jié)果快速處理雷達(dá)數(shù)據(jù)

ENVI可以快速處理SAR數(shù)據(jù)，提取CEOS信息并瀏覽RADARSAT和ERS－1數(shù)據(jù)。用天線陣列校正、斜距校正、自適應(yīng)濾波等功能提高數(shù)據(jù)的利用。紋理分析還可分段分析SAR數(shù)據(jù)。如果是極化雷達(dá)數(shù)據(jù)，可從SIR－C和AIRSAR壓縮數(shù)據(jù)中選擇自己的極化和工作頻率。此外，還可以瀏覽和比較感興趣區(qū)的極化信號(hào)，并創(chuàng)建幅度圖像和相位圖像。14整理ppt可擴(kuò)展性強(qiáng)，擁有第四代可視化語(yǔ)言IDL

ENVI具有強(qiáng)大的底層二次開發(fā)工齡－IDL（InteractivedataLanguage）交互式數(shù)據(jù)語(yǔ)言開發(fā)。IDL語(yǔ)言是面向矩陣、語(yǔ)法簡(jiǎn)單的第四代可視化語(yǔ)言，致力于科學(xué)數(shù)據(jù)的可視化和分析，是跨平臺(tái)應(yīng)用開發(fā)的最佳選擇。IDL集可視、交互分析、大型商業(yè)開發(fā)為一體，為用戶提供了完善、靈活、有效的開發(fā)環(huán)境。ENVI的完全開發(fā)版本具有IDL底層環(huán)境，可隨時(shí)與IDL進(jìn)行銜接。用戶可以用第四代科學(xué)計(jì)算評(píng)議為其編寫擴(kuò)展功能。

15整理ppt3、PCI

PCI軟件是加拿大PCI公司開發(fā)的用于圖像處理、幾何制圖、GIS、雷達(dá)數(shù)據(jù)分析以及資源管理和環(huán)境監(jiān)測(cè)的多功能軟件系統(tǒng)。它以其豐富的軟件模塊、靈活的編程能力和便利的數(shù)據(jù)可操作性代表了圖像處理軟件系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)先導(dǎo)，支持所有的數(shù)據(jù)格式、適用于各種硬件平臺(tái)。PCI不僅可用于衛(wèi)星和航空遙感圖像的處理，還可應(yīng)用于石油勘探、礦產(chǎn)資源開發(fā)、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、測(cè)繪、土地資源調(diào)查評(píng)估與管理、自然災(zāi)害動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、環(huán)境保護(hù)、城市規(guī)劃、鐵路交通、沙漠治理、工程建設(shè)、氣象預(yù)報(bào)等非常廣泛的領(lǐng)域。16整理ppt

PCI不斷地將最新、最前沿的科學(xué)研究成果轉(zhuǎn)化為軟件產(chǎn)品之中。它是支持多傳感器正射投影校正和從立體像對(duì)中提取DEM圖像的軟件；最早提供神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯的精確分類方法；率先能夠處理多達(dá)1024個(gè)通道的多光譜數(shù)據(jù)及推出處理極化數(shù)據(jù)和模擬圖像的RADAR軟件模塊；PCI軟件能夠運(yùn)行于多種平臺(tái)且擁有最齊全的功能模塊：經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，PCI公司的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)發(fā)生了極大的變化，已經(jīng)從一個(gè)單純的遙感圖像處理軟件產(chǎn)品，發(fā)展到包括GIS，WEBGIS，專業(yè)制圖、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量等系列產(chǎn)品的地理資訊公司。從圖像處理的產(chǎn)品來(lái)講，PCI總體已形成三個(gè)系列的產(chǎn)品。即專業(yè)遙感圖像處理產(chǎn)品、專業(yè)雷達(dá)信號(hào)處理及分析產(chǎn)品、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量產(chǎn)品。其中，PCI專業(yè)遙感圖像處理產(chǎn)品按用戶不同的需求，包括從普通應(yīng)用到專業(yè)分析共三個(gè)商業(yè)軟件包及五個(gè)專業(yè)擴(kuò)展模塊。17整理ppt第一軟件包IMAGEW0RKS

該軟件包主要由三部分組成：影像處理和多光譜分類工具(IMAGE—WORK／MULTISPECTRALCLASSIFICATION)、幾何校正工具(GCPWORKS)和直接數(shù)據(jù)讀取(GEOGATEWAY)。第二軟件包EASI／PACEIMAGEPROCESSINGKIT／VISUALMODE—ILER

該軟件包在包含了IMAGEWORKS的全部功能的基礎(chǔ)上又增加了VISUALMODUDLE、XPACEKENNAL、IMAGEPROCESING、GEOMETRICCORRECTION、MULTILAYER、VECTORUTILTIES、ACK專業(yè)制圖、地形分析、航片立體像對(duì)DEM提取和磁帶輸入輸出的功能。此外，本軟件包可以追加PCI專業(yè)擴(kuò)展模塊第三軟件包EASI／PACEIMACEPB0EASI／PACEIMAGEPRO除包含EASI／PACEIMAGEPROCESSINGKIT／VISUALMODELLER軟件包全部的功能外，還具有多光譜分析、雷達(dá)分析、AVHRR軌道領(lǐng)航者、大氣校正、高光譜分析、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)分類器、目標(biāo)圖像庫(kù)管理者、三維可視化飛行模擬。并且，本軟件包還可以追加PCI專業(yè)擴(kuò)展模塊。18整理pptPCI遙感圖像處理軟件的五個(gè)專業(yè)擴(kuò)展模塊該軟件包括5個(gè)專業(yè)擴(kuò)展模塊，分別為大氣校正(AtmosphericCorrection)、圖像鎖數(shù)據(jù)融合(Imagelockdatafusion)、極化雷達(dá)(PolarimetricRadarAnalysis)、PCI作者(PCIAuthor)、軟件工具箱目標(biāo)庫(kù)(SoftwareToolboxObjectLibraries)。這五個(gè)模塊的任意一個(gè)，均可以單獨(dú)與其他軟件包配合使用。19整理ppt第二章遙感圖像處理基本原理第一節(jié)遙感成像過(guò)程第二節(jié)遙感圖像模式及圖像函數(shù)第三節(jié)遙感圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)第四節(jié)遙感圖像的基本統(tǒng)計(jì)分析第五節(jié)遙感圖像的信息特征20整理ppt

第二章遙感圖像圖像的基本概念：圖像（image）是對(duì)客觀對(duì)象的一種相似性的描述或?qū)懻?，它包含了被描述或?qū)懻鎸?duì)象的信息，是最主要的信息源。遙感圖像是通過(guò)遠(yuǎn)距離探測(cè)而記錄的地球表面、大氣層、以及其它星球表面等物體在不同的電磁波波段所反射或發(fā)射的能量的分布和時(shí)空變化的產(chǎn)物。

21整理ppt根據(jù)波段的多少

單波段圖像：圖像上每個(gè)點(diǎn)只有一個(gè)亮度值多波段圖像：圖像上每個(gè)點(diǎn)不只一個(gè)特性超波段圖像：圖像上每個(gè)點(diǎn)具有幾十甚至幾百個(gè)特性22整理ppt

根據(jù)圖像的明暗程度和空間坐標(biāo)的連續(xù)性劃分：

數(shù)字圖像（digitalimage）

：被計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、處理和使用的圖像，是一種空間坐標(biāo)和灰度均不連續(xù)、用離散數(shù)學(xué)表示的圖像，它屬于不可見(jiàn)圖像

模擬圖像(analog)：空間坐標(biāo)和明暗程度都連續(xù)變化的、計(jì)算機(jī)無(wú)法直接處理的圖像，它屬于可見(jiàn)圖像模擬圖像數(shù)字圖像模數(shù)轉(zhuǎn)換，記A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字圖像模擬圖像數(shù)模轉(zhuǎn)換，記D/A轉(zhuǎn)換遙感數(shù)字圖像（digitalimage）是指以數(shù)字形式表述的遙感影像。23整理ppt

第一節(jié)遙感成像過(guò)程

對(duì)遙感圖像進(jìn)行數(shù)字處理其實(shí)質(zhì)是通過(guò)各種運(yùn)算及變化來(lái)提取和增強(qiáng)圖像中的專題信息，以達(dá)到識(shí)別目標(biāo)（地物、專題信息）的目的。遙感圖像數(shù)字處理方法與方案的選擇是依據(jù)遙感專題的目的和遙感圖像本身的特征來(lái)確定的。而遙感圖像的本身特征又在很大程度上取決于圖像的形成過(guò)程，因而圖像的形成過(guò)程對(duì)于遙感圖像的數(shù)字處理有重要的意義。24整理ppt25整理ppt

我們所取得和使用的圖像數(shù)據(jù)或像片是地物的輻射信息經(jīng)過(guò)整個(gè)系統(tǒng)的記錄、傳送、加工及轉(zhuǎn)化后的產(chǎn)品。

從把運(yùn)載工具發(fā)射到預(yù)定軌道后傳感器開始工作起，到由專用的處理系統(tǒng)生產(chǎn)出遙感數(shù)字產(chǎn)品（計(jì)算機(jī)兼容磁帶、磁盤等）和模擬產(chǎn)品（各種比例尺的遙感相片）的全過(guò)程和全部設(shè)備構(gòu)成一個(gè)遙感系統(tǒng)。26整理ppt

決定遙感圖像的信息內(nèi)容和質(zhì)量的最主要的因素是所用電磁波及相應(yīng)的傳感器的性能。軌道高度和瞬時(shí)視場(chǎng)（或地面分辨率）的大小也直接影響圖像內(nèi)容的詳細(xì)程度和精度。遙感圖像的獲取的方式：攝影成像掃描成像雷達(dá)成像27整理ppt第二節(jié)遙感圖像模式及圖像函數(shù)

一、遙感圖像模式

遙感圖像記錄的是遙感傳感器對(duì)地觀測(cè)的結(jié)果，遙感圖像的灰度值反映了地物的反射和發(fā)射電磁波能力，遙感圖像的灰度值與地物的成分、結(jié)構(gòu)等以及遙感傳感器的性質(zhì)之間存在著某種內(nèi)在聯(lián)系，這種內(nèi)在聯(lián)系可以用一函數(shù)關(guān)系來(lái)表達(dá)，也就是說(shuō)客觀存在遙感圖像的模式。28整理ppt

作為一個(gè)普遍性的理論模式，遙感圖像一般可以用這樣一個(gè)公式來(lái)描述（一幅遙感圖像上任一點(diǎn)（x，y）所記錄的波譜輻射量L）：L（x,y;λ,t,p）=ρ(x，y;λ,t,p)I（x，y；λ,t）+[1-ρ(x，y;λ，t,p)]e(λ)

反射的波譜輻射量發(fā)射的波譜輻射量式中L－(x,y)點(diǎn)的波譜輻射量；

x,y－圖像的空間位置坐標(biāo)；

t－圖像的成像時(shí)間；

λ－傳感器電磁波工作波段的波長(zhǎng)；

p－電磁波段極化性質(zhì)；

ρ－(x,y)點(diǎn)的波譜反射率；

I－(x,y)點(diǎn)的入射輻射量；

e(λ)－黑體的波譜發(fā)射本領(lǐng)

即：遙感圖像是關(guān)于觀測(cè)區(qū)空間位置變化（x,y坐標(biāo)）、傳感器電磁波工作波段的波長(zhǎng)、成像的時(shí)間以及電磁波極化性質(zhì)的函數(shù)。

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討論：①在可見(jiàn)光及近紅外波段，物體自身發(fā)射的輻射量可以忽略不計(jì)，則L（x,y;λ,t,p）=ρ(x，y;λ,t,p)I（x，y；λ，t）此時(shí)，入射量I取決于太陽(yáng)光照條件和傳感器的幾何特征，而ρ則反映物體的性質(zhì)。②中熱紅外波段，中紅外，反射和發(fā)射都要考慮，熱紅外，考慮發(fā)射。攝像時(shí)間是一個(gè)重要因素，夜晚攝取的主要是地物的熱發(fā)射;白天的反射部分處于不同的波段，一般是通過(guò)不同的探測(cè)器分別記錄為不同的圖像。③微波遙感有主動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)及被動(dòng)的微波掃描系統(tǒng)，前者是利用人工輻射源產(chǎn)生的脈沖波經(jīng)地面反射后的回波，而后者則是接收地物發(fā)射的微波熱輻射。雷達(dá)系統(tǒng)接收的反射信息與一般的反射輻射具有不同的性質(zhì)和特點(diǎn)。30整理ppt二、圖像函數(shù)固定成像時(shí)間t，如果不考慮L（x,y;λ,t,p）的物理意義，地物的輻射量度是一個(gè)關(guān)于空間坐標(biāo)位置的函數(shù)，也就是說(shuō)圖像就是一個(gè)二維的空間分布，可以把圖像函數(shù)L用關(guān)于（x,y）的實(shí)函數(shù)f（x,y）來(lái)表示。圖像函數(shù)f（x,y）所代表的實(shí)際上是二維空間內(nèi)物體所反射或發(fā)射的輻射能量的分布，是真實(shí)情況的直接反映，還不是傳感器記錄下來(lái)的數(shù)據(jù)或像片的圖像本身。因?yàn)閭鞲衅魉邮盏碾姶挪ㄝ椛淠芰恐辽龠€要受到輻射電磁波與大氣層的相互作用的影響，因此，傳感器所記錄下來(lái)的物體輻射特征及幾何特征與實(shí)際的地物輻射特征之間還有差別，它們之間還存在著一個(gè)對(duì)應(yīng)變換關(guān)系。即：

g(x,Y)=Tf(x,y)

式中：g(x,Y)－描述傳感器接受的電磁波輻射特征的函數(shù)，即圖像函數(shù)

f(x,y)－反映實(shí)際地物電磁波輻射特征的函數(shù)，即物面函數(shù)；

T－f(x,y)與g(x,Y)之間的對(duì)應(yīng)變換關(guān)系。即成像系統(tǒng)：31整理ppt景物圖像成像系統(tǒng)

f(x,y)g(x,Y)

g(x,y)就是遙感圖像處理中真正要遇到的圖像函數(shù)，它是一個(gè)關(guān)于空間坐標(biāo)（x,y）點(diǎn)地物的某種物理量的一種度量，它的大小稱為圖像點(diǎn)的亮度、灰度、密度等，它既反映了圖像灰度的大小，也反映了圖像灰度的分布。遙感圖像函數(shù)g(x,y)有以下三個(gè)基本特點(diǎn)：①函數(shù)值物理意義的明確性。②函數(shù)定義域的限定性。③函數(shù)值的限定性。32整理ppt

遙感圖像函數(shù)g(x,y)有以下三個(gè)基本特點(diǎn)：①函數(shù)值物理意義的明確性遙感圖像的灰度值即圖像函數(shù)的值代表了地物電磁波輻射的一種度量，也就是說(shuō)圖像函數(shù)值主要反映的是地物的光譜特征。②函數(shù)定義域的限定性由于每一種遙感傳感器都具有一定的視域，因而它所獲得的圖像大小也是有限的，所以圖像函數(shù)只在圖像范圍內(nèi)有效。即它在空間上是限定的，包含在一個(gè)矩形區(qū)域內(nèi)，一般坐標(biāo)原點(diǎn)在左上角。③函數(shù)值的限定性圖像函數(shù)g(x,y)的取值都在一定的值域內(nèi)，即0≤g(x,y)≤RmaxRmax—地物的最大輻射量，g(x,y)沒(méi)有負(fù)值，而且不大于最大的輻射量。

[0，Rmax]稱為灰度空間，通常g(x,y)=0定為黑色，

g(x,y)=Rmax定為白色所有中間值都是由黑連續(xù)地變?yōu)榘讜r(shí)的灰度等級(jí)33整理ppt

在考慮圖像模式L（x,y;λ,t,p）的簡(jiǎn)化過(guò)程中，圖像函數(shù)g(x,y)只考慮了空間坐標(biāo)位置的變化，在實(shí)際的遙感圖像中，其它三個(gè)變量往往通過(guò)別的途徑來(lái)表示：①電磁波波長(zhǎng)λ的變化。②成像時(shí)間t的變化。③電磁波極化性質(zhì)ρ的變化。

34整理ppt三、圖像函數(shù)的數(shù)字化

圖像函數(shù)g(x,y)的數(shù)字化就是把連續(xù)函數(shù)圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，圖像函數(shù)的數(shù)字化，通常包括以下兩個(gè)方面的內(nèi)容：35整理ppt1、抽樣：

進(jìn)行像幅空間坐標(biāo)的數(shù)字化，即沿像幅X軸和Y軸等距離地分割為M＊N個(gè)像元（即網(wǎng)格化），并分別量測(cè)這些像元的平均灰度值，這一過(guò)程稱為抽樣。

2、量化：對(duì)量測(cè)的灰度值進(jìn)行數(shù)字化。即將灰度值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制字碼代表的某一灰度級(jí)。經(jīng)過(guò)量化后，數(shù)字圖像的灰度值不是像元的平均輻射值，而是像元平均輻射值所在的編碼區(qū)間的級(jí)數(shù)?；叶燃?jí)的級(jí)數(shù)i一般用2的指數(shù)m，即i=2m

（m=1，2，…，8）當(dāng)m=1時(shí)，灰度有黑白兩級(jí)（二值化）當(dāng)m=8時(shí)，則灰度有256級(jí)，0—255，0為黑，255為白。如MSS的量化級(jí)26TM、SPOT的量化級(jí)2836整理ppt37整理ppt灰度、坐標(biāo)、物理圖象和數(shù)字圖象38整理ppt討論：

①采樣間隔越小，數(shù)字圖像與模擬圖像越接近，圖像數(shù)字化后圖像的失真也就越小，但是采樣間隔越小，圖像數(shù)據(jù)量也就越大，這必然要影響遙感圖像數(shù)字處理的速度。②灰度等級(jí)越多，對(duì)地物輻射光譜描述的越精確，但灰度等級(jí)的無(wú)限增加又會(huì)影響到圖像的數(shù)據(jù)量，進(jìn)而影響遙感圖像數(shù)據(jù)的傳輸與處理，使遙感圖像數(shù)字處理復(fù)雜化。39整理ppt3、數(shù)字圖像

由離散化的坐標(biāo)和灰度值組成的M×N數(shù)字矩陣：

g（0，0），g(0,1),……,g(0,N-1)

g(x,y)＝g（1，0），g(1,1),……,g(1,N-1)

g（M-1，0），g(M-1,1),……,g(M-1,N-1)

即為數(shù)字化圖像，其中每一個(gè)格網(wǎng)稱為一像元，它在M×N數(shù)字陣中，用行、列號(hào)和灰度值表示。

40整理ppt41整理ppt

第三節(jié)遙感圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

CCT磁帶記錄圖像格式有三種：

1、BIP（BandIntervalbyPixel）記錄格式按象元波段交叉式記錄

2、BIL（BandIntervalbyLine）記錄格式按行波段交叉式記錄

3、BSQ（BandSequential）記錄格式按波段順序式記錄總之：

BIP2：有利于作子區(qū)處理

BSQ：便于單波段處理和提取

BIL：適用于多波段運(yùn)算和分類

42整理ppt43整理ppt44整理ppt45整理ppt第四節(jié)遙感圖像的基本統(tǒng)計(jì)分析

一、圖像的統(tǒng)計(jì)量基本統(tǒng)計(jì)量是指一組數(shù)值或一幅單波段圖像數(shù)據(jù)的中心趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)量和變化程度統(tǒng)計(jì)量。

1、

均值：是一幅圖像中所有像元亮度值的算術(shù)平均值

2、

中值：是指圖像中所有不同亮度值的中間值

3、

眾數(shù)：是圖像中出現(xiàn)最多的一個(gè)亮度值

46整理ppt4、

數(shù)值域：亮度值的動(dòng)態(tài)變化范圍，即最大和最小亮度值之間的差值

gange=gmx-gmin5、

方差和標(biāo)準(zhǔn)差：

是由每個(gè)像元值Xi與均值的差異所累積形成的總的離散程度47整理ppt

方差和標(biāo)準(zhǔn)差描述了像元值與圖像平均值的離散程度,是圖像信息量大小的標(biāo)志。方差是衡量一個(gè)波段中像元值差別的大小或分散的程度，一定程度上也是信息量多少的量度。方差小，亮度值比較集中，圖像反差小；方差大，亮度值比較分散，圖像反差大。

6、反差：C1＝DNmax/DNminC2＝DNmax-DNminC3＝Sb（標(biāo)準(zhǔn)差）標(biāo)準(zhǔn)差大，反差大48整理ppt二、

圖像的直方圖1、圖像直方圖的基本概念：直方圖是圖像中的每個(gè)波段亮度值的分布曲線。圖像直方圖的橫坐標(biāo)表示圖像的灰度級(jí)變化，直方圖的縱坐標(biāo)表示圖像中某個(gè)灰度級(jí)像元數(shù)目占整個(gè)圖像象元數(shù)目的百分比或累計(jì)百分比。直方圖是圖像灰度分布的直觀描述，它能夠反映圖像的信息量及分布特征。2、圖像直方圖的基本類型①頻數(shù)直方圖：縱坐標(biāo)值是某個(gè)灰度級(jí)的像元在圖像中出現(xiàn)的百分?jǐn)?shù)，頻數(shù)直方圖相當(dāng)于概率密度曲線。49整理ppt50整理ppt51整理ppt52整理ppt②累積直方圖：縱坐標(biāo)是小于或等于特定灰度級(jí)像元在圖像中的百分?jǐn)?shù)，相當(dāng)于累積概率密度曲線。53整理ppt3、正態(tài)分布由于圖像數(shù)據(jù)具有隨機(jī)性質(zhì)，在圖像像元數(shù)目相當(dāng)大，而地物類型差異不很大的情況下，遙感數(shù)據(jù)像自然界的其它現(xiàn)象一樣，接近正態(tài)分布。正態(tài)分布曲線：

μ－均值σ－標(biāo)準(zhǔn)差54整理ppt4、直方圖的偏斜與量度實(shí)際圖像的直方圖總是和正態(tài)曲線之間有著不同程度的差異，這種差異稱為直方圖的偏斜。直方圖發(fā)生偏斜時(shí)，遙感圖像的均值、中值以及眾數(shù)將明顯地不一致。偏斜度公式SK可用下式計(jì)算：若SK為正值，稱為正偏斜或向右偏斜；若SK為負(fù)值，稱為負(fù)偏斜或向左偏斜。

55整理ppt

三、多波段數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征多波段圖像數(shù)據(jù)，不僅每個(gè)波段有其本身的統(tǒng)計(jì)特征，而且波段之間也存在著統(tǒng)計(jì)關(guān)系，其中最常采用的是協(xié)方差矩陣和相關(guān)矩陣。

1、協(xié)方差與協(xié)方差矩陣：

56整理ppt2、相關(guān)系數(shù)與相關(guān)矩陣相關(guān)系數(shù)是描述多波段圖像的相關(guān)程度的統(tǒng)計(jì)量。對(duì)遙感圖像來(lái)說(shuō)，二個(gè)波段之間彼此包含的信息很多，稱相關(guān)程度高，若彼此包含不同信息，則說(shuō)相關(guān)程度低。相關(guān)系數(shù)表示兩個(gè)波段圖像所包含的信息內(nèi)容的重疊程度，是多波段圖像彩色合成的重要依據(jù)。57整理ppt

3、MSS圖像的相關(guān)特點(diǎn)①兩個(gè)波段之間的相關(guān)系數(shù),與它們所在波譜中的距離有關(guān)。②r65對(duì)植被的反映最敏感，其次是r75。③相距最遠(yuǎn)的MSS4與MSS7的相關(guān)系數(shù)，說(shuō)明兩波段的信息內(nèi)容差別最大。④多數(shù)情況下r76＞r65⑤r65、r75、r64、r74值的大小與植被發(fā)育程度成反比。⑥地形是影響相關(guān)程度的一個(gè)重要因素。地形起伏較大的地區(qū)，波段之間的相關(guān)系數(shù)普遍增大。⑦圖像中含有較大面積水體時(shí)，r65、r75、r64顯著降低，⑧時(shí)相的變化，也常常引起相關(guān)系數(shù)的變化。58整理ppt

4、TM圖像的相關(guān)特點(diǎn)（1）TM數(shù)據(jù)相關(guān)分組性①TM1、2、3相關(guān)系數(shù)較大，屬于一組②TM5、7均為紅外波段，相關(guān)系數(shù)較大，成為一組③TM4與其它波段的相關(guān)性都很小，單獨(dú)成為一組④TM6因其幾何分辨率較其它波段都低，無(wú)法與其它波段進(jìn)行相關(guān)分析，也單獨(dú)為一組。（2）波段相關(guān)系數(shù)大小受自然地理?xiàng)l件、氣候、地質(zhì)環(huán)境變化等因素的影響。

圖像的增強(qiáng)處理在很大程度上是為了壓縮或排除，不同波段之間的相關(guān)性和信息的重復(fù)。59整理ppt

第五節(jié)遙感圖像的信息特征一、遙感圖像的波譜特征信息與測(cè)度

波譜信息是地物識(shí)別的重要依據(jù)，遙感圖像的波譜信息主要是通過(guò)灰度等級(jí)數(shù)目來(lái)度量的，灰度級(jí)數(shù)目越大，反映波譜信息越豐富。二、遙感圖像的空間形態(tài)信息與測(cè)度

遙感圖像的空間結(jié)構(gòu)信息指的是亮度在空間上的變化特征，圖像中的點(diǎn)、線、邊緣、紋理都屬于空間形態(tài)信息。影響空間信息的重要因素是遙感圖像的幾何分辨率三、遙感圖像的時(shí)間特征信息與測(cè)度遙感圖像的時(shí)間特征信息指的是不同時(shí)相遙感圖像的光譜特征和空間結(jié)構(gòu)的差異。遙感圖像中的時(shí)間特征信息在目視解譯時(shí)，是通過(guò)不同時(shí)相圖像的對(duì)比分析來(lái)辨識(shí)的。衛(wèi)星對(duì)地重復(fù)觀測(cè)的周期越短、頻率越高，則對(duì)地物光譜特征隨時(shí)間變化的特征了解得就越多，因此，時(shí)間分辨率是衡量時(shí)間特征信息豐富程度的一種測(cè)度。60整理ppt

遙感圖像特征：幾何特征、物理特征和時(shí)間特征其表現(xiàn)參數(shù)為：空間分辨率、光譜分辨率、輻射分辨率和時(shí)間分辨。

圖像的空間分辨率：指像元所代表的地面范圍的大小，即掃描儀的瞬時(shí)視場(chǎng)，或地面物體能分辨的最小單元。

圖像的波譜分辨率：指?jìng)鞲衅髟诮邮漳繕?biāo)輻射的波譜時(shí)能分辨的最小波長(zhǎng)間隔。間隔愈小，分辨率愈高。成像光譜儀在可見(jiàn)光至紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)，被分割成幾百個(gè)窄波段，具有很高的光譜分辨率。

圖像的輻射分辨率：指?jìng)鞲衅鹘邮詹ㄗV信號(hào)時(shí)，能分辨的最小的輻射度差。在遙感圖像上表現(xiàn)為每一像元的輻射量化級(jí)。（由位數(shù)決定的記錄輻射值的數(shù)值范圍-，如8bit(0~255)。）

圖像的時(shí)間分辨率：指對(duì)同一地點(diǎn)進(jìn)行遙感采樣的時(shí)間間隔，即采樣的時(shí)間頻率，也稱重訪周期。61整理ppt分辨率空間分辨率（Spatialresolution）:也稱地面分辨率波譜分辨率（Spectralresolution）時(shí)間分辨率（Temporalresolution）輻射分辨率（Radiometricresolution）：由位數(shù)決定的記錄輻射值的數(shù)值范圍-，如8bit(0~255)。62整理ppt圖像的空間分辨率是指像素所代表的地面范圍的大小，即掃描儀的瞬時(shí)視場(chǎng)，或地面物體能分辨的最小單元。63整理ppt波譜分辨率是指?jìng)鞲衅髟诮邮漳繕?biāo)輻射的波譜時(shí)能分辨的最小波長(zhǎng)間隔。64整理pptRadiometric

Resolution8-bit(0-255)9-bit(0-511)10-bit(0-1023)000輻射分辨率是指?jìng)鞲衅鹘邮詹ㄗV信號(hào)時(shí)，能分辨的最小輻射度差。在遙感圖像上表現(xiàn)為每一像元的輻射量化等級(jí)65整理pptTemporal

ResolutionJune1,2001June17,2002July3,2003RemoteSensorDataAcquisition16days時(shí)間分辨率指對(duì)同一地點(diǎn)進(jìn)行遙感采樣的時(shí)間間隔，即采樣的時(shí)間頻率，也稱重訪周期66整理ppt第三章預(yù)處理第一節(jié)輻射校正、大氣較正第二節(jié)幾何校正的原理與方法第三節(jié)遙感圖像數(shù)字鑲嵌67整理ppt第一節(jié)輻射校正、大氣校正

由于傳感器響應(yīng)特性和大氣的吸收、散射以及其他隨機(jī)因素影響，導(dǎo)致圖像模糊失真，造成圖像的分辨率和對(duì)比度相對(duì)下降，這些都需要通過(guò)輻射校正復(fù)原。

為什么要進(jìn)行輻射糾正？

1）傳感器本身的特性，

2）大氣對(duì)于電磁輻射的衰減；（散射和吸收）

3）地形因子的影響——陰影

4)其它生態(tài)環(huán)境因子圖象不能全部真實(shí)地反映不同地物地特征，影響了數(shù)字圖象的質(zhì)量。68整理ppt

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，如航空像片時(shí)常邊緣較暗就是因此形成的。設(shè)原始圖像灰度值為g，校正后的圖像灰度值為g’則有

g’＝g／cosθ

式中，θ為像點(diǎn)成像時(shí)光線與主光軸夾角。69整理ppt

(二)光電掃描儀內(nèi)部輻射誤差的校正

光電掃描儀的內(nèi)部輻射誤差主要有二類：一類是光電轉(zhuǎn)換誤差；另一類是探測(cè)器增益變化引起的誤差。通常采用楔校準(zhǔn)處理方法加以消除。現(xiàn)在以陸地衛(wèi)星可見(jiàn)光波段為例，校準(zhǔn)模型：70整理ppt二、大氣校正

所謂大氣校正就是指消除主要由大氣散射、吸收引起的輻射誤差的處理過(guò)程。前提假設(shè)：大氣散射的影響主要在短波波段，紅外波段中清潔的水體幾乎不受影響，反射率值應(yīng)當(dāng)為0。由于散射影響，而使得水體的反射率不等于0，推定是由于受到了天空輻射項(xiàng)的影響。71整理ppt(一)回歸分析法由于大氣散射主要影響短波部分，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的波段幾乎不受影響，因此可用其校正其他波段數(shù)據(jù)。作法如下：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(lái)進(jìn)行回歸分析。例如，用TM1波段與TM5波段比較，作出回歸直線圖，72整理ppt回歸方程為(3.9)(3.10)(3.11)(3.12)73整理ppt

以上各式中T1、T5表示TM1與TM5波段灰度值，T’l為TM1波段校正后的灰度值，對(duì)于任一波段其校正量ai是第i波段回歸分析的截距。實(shí)際校正時(shí)只要依據(jù)以上公式通過(guò)TM1、TM5波段灰度值計(jì)算出a1、b1值，再根據(jù)式(3.12)減去改正量即可求出每個(gè)像元TM1波段校正后灰度值。

(二)直方圖校正法另一種簡(jiǎn)單方法是通過(guò)灰度直方圖對(duì)比找出校正量。如圖所示，由于大氣散射影響只作用于短波段，對(duì)可見(jiàn)光以外的紅外波段幾乎沒(méi)有影響(如TM5波段)，因此如果影像范圍內(nèi)存在灰度值為零的地物(例如深水體，高山背陰處等)，其灰度直方圖往往從原點(diǎn)開始，而其他波段灰度直方圖離原點(diǎn)有一段距離(例如圖中線段a1)，這段距離即為大氣散射引起的灰度直方圖漂移值。依此為改正量進(jìn)行校正，相當(dāng)于從每個(gè)像元灰度值中減去這個(gè)數(shù)值。其他波段的校正量可以由此類推求得。74整理ppt75整理ppt

(三)基于大氣輻射傳輸模型方法76整理ppt

三、噪聲消除遙感圖像的噪聲源主要有大氣傳輸信道的噪聲及傳感器內(nèi)所產(chǎn)生的噪聲。大氣傳輸信道中由于大氣的湍流擾動(dòng)影響產(chǎn)生隨機(jī)噪聲；傳感器的噪聲源包含有轉(zhuǎn)換和濾波過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲，例如，光電檢測(cè)系統(tǒng)的電流不穩(wěn)定性所表現(xiàn)的散粒噪聲，即電流的無(wú)規(guī)則起伏現(xiàn)象，低光亮?xí)r為泊松分布，高光亮?xí)r為高斯分布。傳感器的另一噪聲源為濾波器電路中的電阻、電容產(chǎn)生的熱噪聲，這種噪聲也具有高斯分布、零均值的隨機(jī)特性；熱紅外波段傳感器因各部分的溫度變化也產(chǎn)生噪聲效應(yīng)；此外，攝影膠片記錄信息時(shí)存在的膠片顆粒噪聲，即由膠片上溴化銀顆粒受等值曝光時(shí)因銀顆粒的大小、形狀不完全一致，而且分布不均勻引起的。以上這些噪音均屬于對(duì)圖像的高頻干擾，因此可以采用濾波方法子以消除。77整理ppt1、條紋消除遙感影像中條紋誤差判定和消弱的常用方法有：平均值法、直方圖法及在垂直掃描線方向上采用最近鄰點(diǎn)法或三次褶積法。下圖是采用三次褶積法進(jìn)行條紋誤差的效果圖。78整理ppt2、斑點(diǎn)消除校正后的斑點(diǎn)亮度值取其鄰域像元亮度值的平均值或用三次褶積法進(jìn)行修正。通常邊緣附近的斑點(diǎn)不進(jìn)行校正，影像四周的像元不進(jìn)行斑點(diǎn)校正。79整理ppt

第二節(jié)幾何校正的原理與方法

遙感圖像在獲取過(guò)程中由于多種原因?qū)е戮拔镏心繕?biāo)物相對(duì)位置的坐標(biāo)關(guān)系在圖像中發(fā)生變化，這種變化稱為幾何畸變。糾正各種原因引起的畸變是幾何校正的基本內(nèi)容。一、遙感圖像幾何畸變來(lái)源遙感圖像的變形誤差總的可分為內(nèi)部誤差和外部誤差兩類。內(nèi)部誤差主要是由于傳感器自身的性能、結(jié)構(gòu)等因素造成；外部誤差指的傳感器以外的各因素所造成的，例如地球曲率、地形起伏、地球旋轉(zhuǎn)等因素所引起的變形誤差等。80整理ppt

(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、全景投影、斜距投影以及平行投影等幾種不同類型。其中，全景和斜距投影產(chǎn)生圖像變形規(guī)律可以通過(guò)與正射投影的圖像相比較獲得。

1．全景投影變形紅外機(jī)械掃描儀以及采用CCD直線陣列作為檢測(cè)器的推帚式傳感器的每一條掃描線都相當(dāng)于中心投影，其成像面相當(dāng)于全景縫隙攝影機(jī)的投影面，是一個(gè)圓柱面，稱為全景面。因此，掃描視場(chǎng)角越大，邊緣變形越大，圖b示地面方格網(wǎng)成像后的變形狀況，這種畸變又稱全景畸變。

2．斜距投影變形側(cè)視雷達(dá)屬斜距投影，其成像變形規(guī)律如圖c所示。

81整理ppt82整理ppt83整理ppt(二)傳感器外方位元素變化畸變傳感器外方位元素變化是指決定遙感平臺(tái)姿態(tài)的6個(gè)自由度：三軸方向(X，Y，Z)及姿態(tài)角(φ,ω,κ)，其中任何一個(gè)發(fā)生變化，都會(huì)給遙感圖像帶來(lái)不同變形，這種畸變是成像瞬間的綜合影響。對(duì)于不同類型的傳感器，外方位元素變化帶來(lái)的畸變可能不盡相同。下圖以多光譜掃描圖像為例說(shuō)明這6個(gè)自由度變化對(duì)地面一個(gè)方格網(wǎng)圖像成像后帶來(lái)畸變的表現(xiàn)形式。

84整理ppt85整理ppt(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)。如圖所示：△

ye＝tevφ其中，△

ye為圖像錯(cuò)動(dòng)量；

te為掃描整景圖像時(shí)間

(te＝L／Rω)；

vφ是緯度為φ時(shí)該點(diǎn)地球自轉(zhuǎn)線速度；

L為像幅地面長(zhǎng)度；

R為地球平均半徑6378km；

ω

為衛(wèi)星運(yùn)行平均角速度。

86整理ppt(四)地球曲率影響地球曲率影響可以通過(guò)圖說(shuō)明，設(shè)OA0為成像基準(zhǔn)面，A為地表一點(diǎn)。在考慮地球曲率影響情況下，A與OA0存在著由地球曲率引起的高差h，A在OA0代表的平面上投影點(diǎn)為A0，由于高差h的存在使得A點(diǎn)在像平面Fa0上產(chǎn)生像點(diǎn)位移。一般來(lái)說(shuō)，在星下點(diǎn)視場(chǎng)角比較小，掃描范圍又比較小時(shí)地球曲率影響可以忽略，此時(shí)可以看成近垂直投影。

87整理ppt二、幾何校正原理

遙感圖像的數(shù)字糾正是通過(guò)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，所以能夠精確地改正線性和非線變形誤差。它一般包括兩方面：一是像元坐標(biāo)變換，二是像元灰度值重新計(jì)算（重采樣）。88整理ppt

1.地形圖的準(zhǔn)備

原則上要求所用地形圖的比例尺應(yīng)大于遙感影像制圖的比例尺。對(duì)分辨率小于5m的影像制圖，應(yīng)采用1∶5萬(wàn)的地形圖糾正；對(duì)于分辨率大于5m的影像制圖，應(yīng)采用1∶1萬(wàn)的地形圖糾正。（一）、準(zhǔn)備工作

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2.校正圖像的準(zhǔn)備根據(jù)影像數(shù)據(jù)分析與預(yù)處理的結(jié)果，首先需確定是否為多景數(shù)據(jù)處理。多景數(shù)據(jù)處理的原則為：時(shí)間相近的圖像，可先鑲嵌后再進(jìn)行幾何處理；獲取時(shí)間差別較大的圖像，應(yīng)分別進(jìn)行幾何處理再鑲嵌。

其次生成供選取控制點(diǎn)的圖像。可以對(duì)圖像進(jìn)行增強(qiáng)以改善目視效果，有利于地物點(diǎn)的確定。也可以選擇某一時(shí)相的TM彩色合成（743、543、741等）圖像，作為供選取控制點(diǎn)的影像。90整理ppt（二）、糾正變換函數(shù)的建立

用以建立影像坐標(biāo)和地面坐標(biāo)（或地圖）間的數(shù)學(xué)關(guān)系，即輸入圖像與輸出圖像間的坐標(biāo)變換關(guān)系。這種坐標(biāo)變換關(guān)系，通常有兩種互逆的表達(dá)式法：91整理ppt

1.直接法方案

從原始圖像陣列出發(fā)，按行列的順序依次對(duì)每個(gè)原始像素點(diǎn)位求其在地面坐標(biāo)系（也是輸出圖像坐標(biāo)系）中的正確位置：

X＝Fx(x,y)Y＝Fy(x,y)式中Fx、Fy為直接糾正變換函數(shù)。按照原始圖像的陣列，依次對(duì)每個(gè)象元(x，y)進(jìn)行變換糾正，求得圖像的位置（X，Y），同時(shí)把原圖像(x，y)的灰度值送到新圖像（X，Y）的位置上。

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2.間接法方案

從空白的輸出圖像陣列出發(fā)，亦按行列的順序依次對(duì)每個(gè)輸出象元點(diǎn)位反求其在原始圖像坐標(biāo)的位置。

x＝Gx(X,Y)

y＝Gy(X,Y)

式中Gx、Gy為間接糾正變換函數(shù)。同時(shí)把上式所算得的原始圖像點(diǎn)位上的亮度值取出填回到空白輸出圖像點(diǎn)陣中相應(yīng)的象元點(diǎn)位上去.由于計(jì)算的（x，y）不一定剛好位于原始圖像的某個(gè)象素中心上，必須經(jīng)過(guò)灰度內(nèi)插確定（x，y）的灰度值。

93整理ppt（三）、糾正后數(shù)字圖像的邊界范圍

經(jīng)過(guò)糾正后的圖像仍為數(shù)字圖像，它與原始圖像的形狀和方向都不一致，所以糾正變換前，必須為計(jì)算機(jī)輸出圖像預(yù)留一定的存儲(chǔ)空間和該空間邊界的地圖坐標(biāo)定義值，即必須預(yù)先確定糾正后數(shù)字圖像的邊界范圍。其方法如下圖：94整理ppt95整理ppt

根據(jù)X＝Fx(x,y)

Y＝Fy(x,y)

求出原始圖像四個(gè)角點(diǎn)（a、b、c、d）糾正后的對(duì)應(yīng)點(diǎn)（a′、b′、c′、d′）的大地坐標(biāo)（Xa′,Ya′）,（Xb′,Yb′）,（Xc′,Yc′）,（Xd′,Yd′），然后求其最大和最小值，即：

X1＝min(Xa′，Xb′,Xc′,Xd′)

X2＝max(Xa′，Xb′,Xc′,Xd′)(3)

Y1＝min(Ya′,

Yb′,Yc′,Yd′)

Y2＝max(Ya′,

Yb′,Yc′,Yd′)由（3）式確定的大地坐標(biāo)值即為糾正后圖像的邊界范圍。96整理ppt

為了把該邊界范圍轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)中糾正圖像的貯存數(shù)組空間，必須在其中劃分出格網(wǎng)，每個(gè)網(wǎng)代表一個(gè)輸出象元。為此應(yīng)根據(jù)精度要求定義輸出象元的地面尺寸△X和△Y，并以邊界范圍左上角A點(diǎn)為輸出圖像的坐標(biāo)原點(diǎn)，以x′軸（AC邊）表示圖像行號(hào)，以y′軸（AB邊）表示圖像列號(hào)。圖像總的行列數(shù)M和N由下式確定：

97整理ppt輸出圖像在A－x′y′坐標(biāo)系中，每個(gè)象元將以其所在的行列號(hào)來(lái)確定其位置。行列號(hào)的范圍為：

x′＝1，2，……，My′＝1，2，……，N

任意一個(gè)輸出圖像坐標(biāo)（行列號(hào)）與坐標(biāo)的關(guān)系為：

98整理ppt或式中：Xp，Yp－糾正后象元中的地面坐標(biāo)，

xp′，yp′－糾正后象元中的圖像坐標(biāo)（行列號(hào)）99整理ppt（四）、糾正后數(shù)字圖像灰度值的重采樣

以間接法糾正方案為例，假如輸出圖像陣列中的任意一個(gè)象元在原始圖像中的投影點(diǎn)的坐標(biāo)值為整數(shù)時(shí)，便可簡(jiǎn)單地將整數(shù)點(diǎn)位上原始圖像上的灰度值直接取出，填入輸出圖像中。但當(dāng)投影點(diǎn)位的坐標(biāo)不為整數(shù)時(shí)，則投影點(diǎn)的灰度值需根據(jù)周圍陣列象元的灰度確定，這種方法就稱為灰度值重采樣。所謂重采樣，是相對(duì)于遙感信息獲取時(shí)已進(jìn)行過(guò)一次采樣而言的。100整理ppt

101整理ppt1.鄰近法：以離投影點(diǎn)最近的一個(gè)象元的灰度值作為輸出象元的灰度值。這種方法保持了原來(lái)的亮度值不變，即光譜信息不變，但卻搬動(dòng)了空間位置，相比之下，幾何精度差。但方法簡(jiǎn)單，計(jì)算速度快，灰度失真大。102整理ppt2.雙線性內(nèi)插法：以投影點(diǎn)周圍鄰近四個(gè)象元的灰度值，確定輸出象元的灰度值，其簡(jiǎn)單式為：103整理ppt

gx′y′－輸出象元的灰度值gi－鄰近點(diǎn)I的灰度值pi－鄰近點(diǎn)對(duì)投影點(diǎn)的權(quán)值（pi＝1/di，di為鄰近點(diǎn)至投影點(diǎn)的距離）這種方法的計(jì)算量比鄰近法要大，但幾何上比較準(zhǔn)確，即輸出象元灰度值的保真度較好。104整理ppt

3.雙三次卷積法：以投影點(diǎn)周圍鄰近16個(gè)象元的灰度值，確定輸出象元的灰度值，其簡(jiǎn)單式為：

這種方法精度最高，但計(jì)算量較大105整理ppt（五）、多項(xiàng)式糾正法：用多項(xiàng)式近似地描述糾正前后相應(yīng)點(diǎn)的坐標(biāo)關(guān)系，并利用控制點(diǎn)的圖像坐標(biāo)和參考坐標(biāo)系中的理論坐標(biāo)，按最小二乘法原理求解出多項(xiàng)式中的系數(shù)，然后以此多項(xiàng)式對(duì)圖像進(jìn)行幾何糾正106整理ppt其一般簡(jiǎn)化式為：Xi＝Fx(xi,yi)＝a0+a1xi+a2yi+a3xiyi+a4xi2+a5yi2Yi＝Fy(xi,yi)＝b0+b1xi+b2yi+b3xiyi+b4xi2+b5yi2或xi＝Gx(Xi,Yi)＝c0+c1xi+c2yi+c3xiyi+c4xi2+c5yi2yi＝Gy(Xi,Yi)＝d0+d1xi+d2yi+d3xiyi+d4xi2+d5yi2其中：X，Y：為控制點(diǎn)在參考坐標(biāo)系中的理論坐標(biāo)；

x,y：為同名控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的原始圖像坐標(biāo)（行列號(hào)）

ai、bi、ci、di：為多項(xiàng)式系數(shù)。

利用有限的控制點(diǎn)的已知坐標(biāo)，解求多項(xiàng)式的系數(shù)，確定變換函數(shù)。然后將各個(gè)像元帶入多項(xiàng)式進(jìn)行計(jì)算，得到糾正后的坐標(biāo)。107整理ppt實(shí)際工作中多項(xiàng)式最高次數(shù)一般取2就足以滿足精度要求了?？梢钥闯觯灰蠼獬鯽i、bi、ci、di這四組系數(shù)就可以直接利用上式進(jìn)行糾正了。實(shí)際工作中常利用待定系數(shù)法求解ai、bi、ci、di。選擇待糾正圖像和地形圖（或其它參考地圖、圖像）上均可清晰辨認(rèn)像點(diǎn)作為地面控制點(diǎn)（groundcontrolpoint,GCP）讀取控制點(diǎn)在圖像和地形圖（或其它參考地圖、圖像）上坐標(biāo)，代替上式中的x,y,X,Y,得出一個(gè)關(guān)于ai和bi、ci和di方程組?？梢钥闯?，控制點(diǎn)個(gè)數(shù)不得少于方程中ai、bi、ci、di的數(shù)目i。這樣通過(guò)求解ai和bi、ci和di方程組，可確定上式系數(shù)。多項(xiàng)式系數(shù)求出后，根據(jù)上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，獲取某種投影的糾正圖像。

為此必須選擇控制點(diǎn)

108整理ppt選擇控制點(diǎn)時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：

①均勻分布：一般先在圖像的四角和對(duì)角線交點(diǎn)處選擇控制點(diǎn)，然后逐漸加密，保證均勻分布。②特征明顯：盡可能選在固定的地物交叉點(diǎn)上，無(wú)精確定位的標(biāo)志情況下，利用半固定的地形地物交叉點(diǎn)（山頂、河流交叉處）。如道路交叉點(diǎn)，標(biāo)志物，水域的邊界，山頂，小島中心，機(jī)場(chǎng)等。③足夠數(shù)量：控制點(diǎn)數(shù)量每景宜在25～35個(gè)左右，山區(qū)或丘陵區(qū)適當(dāng)增加。數(shù)量應(yīng)當(dāng)超過(guò)多項(xiàng)式系數(shù)的個(gè)數(shù)（(n+1)*(n+2)/2）。當(dāng)控制點(diǎn)的個(gè)數(shù)超過(guò)多項(xiàng)式的系數(shù)個(gè)數(shù)時(shí)，采用最小2乘法進(jìn)行系數(shù)的確定，使得到的系數(shù)最佳。

ENVI:>(degree+1)^2109整理ppt

采用多項(xiàng)式糾正法應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：第一，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，則幾何糾正精度越高。對(duì)于一般齊次多項(xiàng)式，GCP的個(gè)數(shù)至少不得低于多項(xiàng)式的系數(shù)個(gè)數(shù)。適當(dāng)增加GCP的數(shù)量，可以提高幾何糾正的精度，但過(guò)多地增加GCP的數(shù)量，不僅不會(huì)顯著提高糾正精度，而且會(huì)增大選擇GCP的工作量，有時(shí)甚至難以選出大量的GCP。一幅TM影像要糾正到一個(gè)像元以內(nèi)的精度，一般需要30個(gè)左右均勻分布的GCP；一幅SPOT衛(wèi)星影像采用三次多項(xiàng)式擬合，用13—17個(gè)GCP，其糾正精度可達(dá)兩個(gè)像元左右?！?/p>

第二，GCP應(yīng)盡可能在整幅圖像內(nèi)均勻分布，否則會(huì)在GCP密集區(qū)幾何糾正精度較高，而在GCP分布稀疏區(qū)將出現(xiàn)較大的擬合誤差。

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第三節(jié)遙感圖像數(shù)字鑲嵌

實(shí)際工作中時(shí)常需要將多幅衛(wèi)片或相鄰航片鑲嵌在一起，早年通過(guò)裁切光學(xué)像片拼接在一起，誤差自然很難避免。現(xiàn)在通過(guò)數(shù)字鑲嵌方法可以較好地實(shí)現(xiàn)“無(wú)縫”拼接。數(shù)字鑲嵌在理論和方法上與幾何校正類似，有幾點(diǎn)需要注意：第一，鑲嵌要有足夠?qū)挼闹丿B區(qū)，最好不少于圖像的l／5如果過(guò)于狹窄會(huì)影響鑲嵌精度，特別是圖像邊緣會(huì)出現(xiàn)扭曲。第二，鑲嵌時(shí)相鄰的圖像往往色調(diào)(對(duì)彩色圖像)或灰度值不一致(對(duì)灰度圖像)，此時(shí)需要其中一幅圖像進(jìn)行諸如“直方圖匹配”等處理。第三，如果鑲嵌后需要某種地圖投影變換，最好依據(jù)該地圖投影方式先分幅校正，然后再鑲嵌，這樣精度會(huì)更高些。航空像片掃描進(jìn)計(jì)算機(jī)后也可以進(jìn)行數(shù)字鑲嵌，但由于中心投影方式(特別是大比例尺航片)帶來(lái)的邊緣變形導(dǎo)致鑲嵌很難滿足精度要求，此時(shí)可考慮先進(jìn)行正射投影變換再進(jìn)行鑲嵌111整理ppt準(zhǔn)備工作：1）

要參加拚接的圖像必須具有統(tǒng)一的坐標(biāo)系，即首先進(jìn)行圖像的幾何糾正。2）

圖像灰度的調(diào)整對(duì)于彩色圖像，需要從紅綠藍(lán)三個(gè)波段分別進(jìn)行灰度的調(diào)整；對(duì)于多波段的圖像文件，進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)的多個(gè)波段的灰度調(diào)整?；叶日{(diào)整的方法：進(jìn)行交互式的圖像拉伸，進(jìn)行圖像直方圖的規(guī)定化(匹配)，或者進(jìn)行更加復(fù)雜的類似變化（如線性回歸）。112整理ppt113整理ppt確定輸出圖像的大小；確定參加圖像拚接的方法；有無(wú)羽化（Feathering）。

參加拚接的圖像如沒(méi)有羽化，則用上面的圖像灰度值直接替代重復(fù)部分的灰度值；如果有羽化，則重復(fù)部分的灰度值由兩個(gè)圖像的灰度值確定。羽化方法：一是邊緣羽化，二是用戶自定義羽化。

圖像拚接的操作：114整理ppt1）邊緣羽化用戶需要鍵入羽化的距離。羽化部分的灰度值采取兩個(gè)圖像的線性加權(quán)值。邊緣處Image#20%,Image#1100%,AveragingDistance處，

Image#2占100%,Image＃1占0％；中間部位線性組合。115整理ppt2)自定義羽化首先必須在圖像上使用ANN定義Cutline.灰度值的計(jì)算方法：Cutline處，Image#2占100%,Image#1占0%,AveragingDistance處，Image#2占0%,I