第六章遥感图像处理1

第六章遥感图像处理

卫星图像处理包括增强处理和几何处理，用户选购遥感影像时，已经经过地面接收站的粗处理（辐射校正、几何校正、图像的分幅和注记等），但仍然含有一定的辐射误差和几何误差，因此仍需地面用户对遥感影像进行处理。

其中图像增强可以使图像更为清晰，目标物体的标志更明显突出，易于识别，为增加图像的信息量，但改善了图像判读的条件，提高了图像的可辨性，使遥感图像分析研究的一种重要手段，包括光学增强（利用光学或电-光学仪器进行）和利用计算机进行的数字增强。

随着计算机的发展和软件水平的提高，计算机图像处理深入遥感领域，重点介绍计算机处理的原理和方法，包括图像校正（图像处理前的预处理，包括辐射校正和几何校正）、图像增强（突出影像中某些特定信息的处理）、不同信息源数据的使用（数据融合）等。

图像的辐射校正、几何较正是尽可能的校正和消除对图像性质产生不良影响的外来干扰（如形变、噪声等），以使图像信息能与地面固有特征保持一致。

图像增强则是人为对图像辐射性质的干扰，改变原始图像的辐射特性，即改变图像的灰度结构关系。

一般计算机软件应用分析与处理系统的基本功能流程可以描述为：

首先，将影像数据读入，再做影像预处理，包括辐射校正、去噪处理、几何纠正等；如果高分辨率影像有立体像对，则用立体像对提取DEM数字高程模型；然后根据影像特征和实际要求，对影像上的景观地物进行边缘检测与分割，形成能够表征地表基本景观特征的基本对象；然后基于地物的先验模型和专家知识系统，确定各类型的特征描述参数，包括光谱特征、形状特征、纹理特征和相邻关系特征等并指定各参数的权重和组合方式，进而以这些特征参数集为标准，对影像进行分类、解译，提取感兴趣的信息；最后产生应用结果输出。

卫星影像处理的基本流程图

§6-l遥感图像

遥感数据的表示既有光学图像，又有数字图像，在遥感图像的使用过程中，有时需要把光学图像转变成数字图像送到计算集中进行处理，有时又需要把数字图像转变成光学图像输出。

一、光学图像

光学图像：电磁辐射能的平面分布图，表示的是地物的发射辐射能、反射辐射能或其他辐射能量。

灰度：图像的亮度值，反映辐射能量的大小。如黑白像片，反射能量越小，摄影处理过程重金属银的聚集密度越大，影像越黑，反之，越白。

g=f(x,y,z,λ,t)；g为灰度，x,y,z为图像的空间位置，λ为波长，t为时间；对一幅平面图像而言，λ，t为常数，简化为g(x,y)=f(x,y)，反映了两个方面：图像灰度的大小，灰度的空间分布。

光学图像根据波段不同分为可视图像、非可视图像（需进行光学处理，如红外图像、X光图像）。

光学图像的特点：灰度值在整个图像中的空间上是连续不间断的，非负的。原因：光学图像的亮度值是辐射能量大小的直接反映。由公式0≤g(x,y)≤A反映，[0，A]为该光学图像的亮度区间，习惯性的区黑色为0值，最亮为A值。光学图像可以真实的反映再现被摄景物的状况，是被摄景物的一个模拟，称光学图像信息为模拟信号。

二、数字图像

光学图像使二维平面上的光强分布，是模拟信号的连续分布，无法为计算机接受并进行处理，所以在进行计算机图像处理前，必须转换为数字图像。

数字图像：能够被计算机存储、处理和使用的图像。

光学图像称为模拟量，数字图像称为数字量，二者之间的转换称为A/D转换，即模/数转换analog（类似物、相似体）-to-digital conversion (A/D)，反之，称D/A。

模拟量与数字量的本质区别：模拟量是连续变量，而数字量则是离散变量。

灰度

1 2 3 4 5 6 7 8

模拟量与数字量

三、光学图像向数字图像的转换（A/D ）

1.采样/抽样：将连续的光学图像变为离散点，即连续空间变量被等间隔取样成离散值，产生离散的x 值和y 值,每一个由△x 和△y 构成的小方格称为一个像元。

如一幅图像可以表示为一个矩阵，若x 方向取N 个间隔（样点），y 方向取M 个间隔（样点），则成为M*N 矩阵。间隔越小，采样精度越高，实际过程为扫描，按照从上向下，从左至右进行线扫描。

2.量化：采样后，图像被分解为离散的像元，但灰度值仍是连续的，把连续的灰度值变为离散的值得操作。在连续灰度的极限取值范围内离散化，即分成若干个灰度等级值。数字图像中的像元值可以是整型、字节型等，最常用的是字节型，即每个像元纪录为一个字节，若用6位字节，灰度区间从0——63共26个等级；若用8位字节，灰度区间从0——255共28/256个等级，0代表黑，最大值代表白，其他居中渐变。也可用7bit ，16bit 。

△x

y

因此，数字图像像元特征可以用采样间隔△x、△y和灰度量化等级bit数几个参数来表达，这些参数决定了数字图像的空间分辨力和辐射分辨力，若采样间隔（△x、△y）太大，图像信息将大量丢失；bit数减少，将使图像出现斑纹，空间细节丢失；但采样间隔（△x、△y）太小，bit数增加，则数据量将以幂指数增加，处理速度要降低。所以应根据实际需要和可能来选择，当然空间分辨力和辐射分辨力还取决于获取时的外界因素和胶片等。

？卫星遥感影像为什么称为数字影像？！卫星遥感多采用推扫成像技术，所纪录的是单位面积内地物的反射能量值，多以8bit编码，所以┅

四、直方图

直方图histogram：图像的灰度级（亮度值）的统计分布图，模拟灰度级（亮度值）的分布函数，横坐标表示亮度值，纵坐标表示每个亮度所包含的像素数占图像总像素数的比率。图

特点：

1.表示的是像素值分布概率的统计，无空间信息，仅知道某一灰度级包含多少像素；

2.一幅图像对应一幅直方图，一幅直方图可对应多幅图像（由其统计特性决定的）；

3.分区直方图之和等于整图的直方图，如数据量过大，可分解为小区，可叠加得；

4.可强烈反映图像反差及地物的反射率。

可以基于直方图进行拉伸、变换以达到增强的目的。

§6-2图像预处理

一、辐射校正

灰度值（亮度值）反映地物的辐射强度，辐射强度大，亮度值越大。该值主要受太阳照射到地面的辐射强度和地物的光谱反射率的影响。当太阳辐射相同时，主要受反射率的差异影响。但实际测量时，灰度值（亮度值）还受其他因素的影响而改变，称为辐射畸变。

引起辐射畸变的主要原因：传感器本身的误差、大气的影响。

辐射畸变的结果：图像不均匀、产生条纹和噪声。

辐射校正：消除图像数据中依附在辐射亮度中的各种失真的过程称为辐射校正。

一般来说，用户购买的数据已经粗处理过，即生产单位根据传感器的参数进行校正，不需要用户自己校正，但用户应该考虑大气影响造成的噪声。如高分辨率卫星遥感影像尽管空间分辨率高，但是原始图像的信噪比是比较低的，图像上的噪音如果不