第四章_遥感数字图像处理(一)

9
• 在遥感图像处理中, 既需要将光学图像转换为数字 图像进行计算机处理,也需要将处理后的数字图像 变成光学图像输出。光学图像为模拟量，数字图 像又称数字量，它们之间的转换称模/数转换，记 作A/D, 反之称数/模转换，记D/A
10
• 以一景Landsat 4 或5的TM数字图像为例，共 7个波段，其中6个波段有6166行，6166列， 代表地面约185 km x 185 km 的范围。每一个 波段约有6166x6166=38M个像元，则7个波段 共(6x38M)+24M = 252M个像元，即需要 252M字节存储空间才能存下一景全部的TM数 据。
44
回归分析法
原理：大气散射主要影响短波部分，波长较长的波段几乎 不受影响，因此可用其校正其它波段数据。
方法：在不受大气影响的波段（如TM5或7）和待校正的 某一波段图像中，选择一系列目标，将每个目标的两个待 比较的波段灰度值提取出来进行回归分析，建立线性回归 方程。
Y abX
Y：待校正波段的图像亮度值 X：不受大气影响波段的图像亮度值
11
• 遥感卫星地面站（气象卫星接受站）提供计算兼容 的数字磁带，输入计算机图像处理系统，形成数字 图像。 记录在胶片上的影像可在专用设备上进行数字 化。也可以使用胶片，即透明正片，用一束强度固 定的光束扫描，透射光用光电增强管进行量度，通 过抽样和量化而成为一连串的数字，可以存储在磁 盘上或记录磁带上，成为数字图像文件。
22
多波段数字图像存储与分发的常用数据格式（BSQ）
BSQ(Band sequential)数据格式：按波段顺序依次排列， 1个文件，文件内划分1-K段，第n段数据为第n波段的图像数 据[M行][N列]。
23
多波段数字图像存储与分发的常用数据格式（2）
• BIP数据格式（Band interleaved by pixel），1个 文件，[M行][N列]格式，每个单元顺序记录K个波 段的相应数据。
直方图的作用：直观地了解图像的亮度值分布范围、峰值的位 置、均值以及亮度值分布的离散程度。直方图的曲线可以 反映图像的质量差异。
✓ 正态分布：反差适中，亮度分布均匀，层次丰富，图像质 量高。
✓ 偏态分布：图像偏亮或偏暗，层次少，质量较差。
小结 图像直方图是描述图像质量的可视化图表。在图像处理中，
可以通过调整图像直方图的形态，改善图像显示的质量，以达到图像增 强lt;=G • x belong to [0, xmax], y belong to [0, ymax] • 式中, G为灰度值的上界. • 因此, 一幅图像可用M(行)N(列)的矩阵函数表示: • 1 2 7 12 34 56 3 4 56 12 • 3 4 23 23 5 6 8 9 45 8 • 6 5 12 6 45 34 5 34 34 23 • 9 9 23 34 34 5 6 45 67 56
43
公式法
➢与卫星扫描同步进行野外光谱测量，将地面测量结果 与卫星影象对应像元亮度值进行回归分析. 回归方程为：
Ri = a+bCi
LAi =CiK+Lmin ， LAi = a1Ri +b1
K=（Lmax-Lmin）/Cmax
LAi 为卫星观测值（辐射亮度，辐射度） Ri 为地面反射率 Ci灰度值
30
图像直方图效果
不同反差特征的图像
32
直方图拉伸处理
反差增强
33
数字图像处理的主要内容
图像校正：包括辐射校正、几何校正。 增强处理：增强图像中的有用信息，利于识别分析。
包括彩色增强、直方图增强、图像运算、邻域增强、频率 域增强、信息融合等。
图像变换：消除干扰和滤掉噪声，提高图像质量。 信息提取：图像分类（监督分类、非监督分类、神
➢A）光电转换误差； ➢B）探测器增益变化引起的误差
41
大气校正
➢概念：消除主要由大气散射、吸收引起的辐射 误差的处理过程。
何时需要进行大气校正？
➢定量信息提取； ➢不同时相间的定量比较； ➢不同波段间的运算；
42
大气校正方法
1 公式法（较准确）；
简单的相对大气校正方法：
2 回归分析法； 3 直方图校正法；
each other
39
• Dropped lines occur when there are systems errors which result in
missing or defective data along a scan line.
• Dropped lines are normally 'corrected' by replacing the line with
二值数字图像：[0-1] 一个bit存储 单波段数字图像：[0-255] 一个字节（8位） 彩色数字图像： [0-255] [0-255][0-255] 三个数字层 多波段数字图像：[0-255] ……[0-255] 多个数字层
20
1-bit 2 greys 21
遥感数字图像的表示方法
多波段数字图像存储与分发的常用数据格式： （1）BSQ数据格式（Band sequential）； （2）BIP数据格式（Band interleaved by pixel）； （3）BIL数据格式（Band interleaved by line）； 辅助数据：数字图像尺寸等各种参数
24
多波段数字图像存储与分发的常用数据格式（3）
• BIL数据格式（Band interleaved by line）， 1个文件，逐行按波 段次序排列。第1波段的第1行、第2波段的第1行、…、第K波段的 第1行；第1波段的第2行、第2波段的第2行、…、第K波段的第2 行；……
25
航空像片的数字化
Spot
64
6
AVHRR
NOAA
1024
10
13
数字图像
14
15
数字图像
16
遥感数字图像
以数字形式表示的遥感影像；
基本单位：像素
正（纯）像素：一个像素内只包含一种地物 （水体…）
混合像素：一个像素内包含多种地物（草地 = 草+地） 像素的空间特征：几何位置及范围——空间位置离 散化
像素的属性特征：亮度值——灰度值离散化
18
遥感数字图像
特点：(与光学图像相比) • 便于计算机处理
数字存储方式 • 获取、传输、分发等过程中没有信息损失 • 抽象性强（表示在计算机里是很抽象 的 “数据流”） ✓ 数字形式表示，便于建立分析模型，进行 计算机解译和采用遥感图像专家系统。
19
遥感数字图像的表示方法
二维数组表示：位置隐含（象素坐标），属性用亮度表示； 遥感数字图像根据波段分：
4
• 数字图像又称数字化图像，是一种以二维数组 （矩阵）形式表示的图像。或者称为相应区域 内地物电磁辐射强度的二维分布。
• 该数组由对连续变化的空间图像作等间距抽样 所产生的抽样点——像元（像素）组成。
5
采样
采 样 的 原 理
6
量化
量 化 的 概 念
7
• 像元的量值，通常为抽样区间内连续变化的景 物的均值化量值，一般为亮度值或灰度值，它 们的最大、最小值区间代表该数字图像的动态 范围。
12
数字图像的性质与特点
由于传感器上探测元件的灵敏度直接影响有效 量化的级数，因此，不同传感器提供的有效量 化的级数是不同的。
常用的遥感数字图像有效量化级数。
传感器类型
卫星名称
有效量化级数 信息量/bit
MSS
Landsat
64
6
TM
Landsat
256
8
HRV(S)
Spot
256
8
HRV(PA)
经网络分类、模糊分类）、空间信息提取、光谱信息提取。
36
辐射校正
由于传感器响应特性和大气的吸收、散射及其它 随机因素影响，导致图像模糊失真，造成图像分 辨率和对比度相对下降。这些都需要通过辐射校 正复原。
包括：系统辐射校正、大气校正
37
38
• Striping was common in early Landsat
– 模拟图像：普通像片那样的灰度级及颜色连续变化的 图像
– 数字图像：而是以数字形式表示的遥感影像。包括把 模拟图像分割成同样形状的小单元，以各个小单元的 平均亮度值或中心部分的亮度值作为该单元的亮度值 进行数字化的图像。
把前一部分的空间离散化处理叫采样（sampling）， 而后一部分的亮度值的离散化处理叫量化 （quantization）， 以上两种过程结合起来叫图像的数字化 （digitization）。
非数字式遥感图像（通常为航空摄影像片），进行数字图像 处理、解译前，需转换为数字图像 方法：黑白扫描/彩色扫描 扫描时需注意： （1）扫描的空间分辨率
一般300dpi（像片）/ 600dpi（负片）可满足要求 （2）灰度级：0-255（黑白）/ RGB（彩色）
26
分辨率设置
如何设置分辨率
过程: （1）空间采样 （2）属性量化
45
回归法分析法
TMi ai bi TM7
46
直方图校正方法
直方图校正方法：
➢ 从图像象元亮度值中减去一个辐射偏置量，辐射偏置量等于图像直方 图中最小的亮度值；
➢ 前提（假设）：水体（或阴影）等物体的灰度值为0，大气散射导致 图像上这些物体的灰度值不为0（辐射偏置量）；
➢ 暗物体法（Dark-object method）；
47
几何校正
• 几何畸变：遥感图像的几何位置上发生变化，产 生诸如行列不均匀，像元大小与地面大小对应不 准确，地物形状不规则变化等变形。