遥感数字图像处理_第二章_dong

散射作用的影响
进入大气的太阳辐射会发生反射、折射、吸收、散射和 透射。其中对传感器接收影响较大的是吸收和散射。
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大气影响的粗略纠正
直方图最小值去除法 基本思想在于一幅图像中总可以找到某种或 某几种地物，其辐射亮度或反射率接近0， 例如，地形起伏地区山的阴影处，反射率极 低的深海水体处等，这时在图像中对应位置 的像元亮度值应为0。实测表明，这些位置 上的像元亮度不为零。这个值就应该是大气 散射导致的程辐射度值。 程辐射度：图像中的雾霾（haze）效应—雾 霾(读音：mai）度增值效应
视场角和太阳角的关系引起的亮度变化的校正：
太阳光在地表反射、扩散时，其边缘更亮的现 象叫太阳光点（sun spot），太阳高度高时容 易产生。太阳光点与边缘减光等都可以用推算 阴影曲面的方法进行校正。阴影曲面是指在图 像的明暗范围内，由太阳光点及边缘减光引起 的畸变部分。
地形倾斜的影响校正：当地形倾斜时，经过地表
error）和动态误差（Dynamic Error）两部分。静
当遥感图像在几何位置上发生了变化，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畸变时，即说明 遥感影像发生了几何畸变。 遥感影像的总体变形（相对于地面真实形 态而言）是 平移、缩放、旋转、偏扭、 弯曲及其他变形综合作用的结果。产生畸变的 图像给定量分析及位置配准造成困难，因此遥 感数据接收后，首先由接收部门进行校正，这 种校正往往根据遥感平台、地球、传感器的各 种参数进行处理 ( 粗处理 ) 。而用户拿到这种 产品后，由于使用目的不同或投影及比例尺的 不同，仍旧需要作进一步的几何校正。
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第二章 遥感图像恢复处理 (预处理）
空间遥感平台成像系统在成像过程中会受到 两个系统的干扰： （1）大气系统干扰：大气辐射影响---目标辐 射能的损失或发散----大气纠正 （2）遥感平台飞行姿态的干扰：成像几何关 系的畸变----几何纠正 图像坐标系统 (3)图像坐标——地理坐标转换
百度文库归分析法
假定某红外波段，存在程辐射为主的大气影响，且亮 度增值最小，接近于零，设为波段a。现需要找到其他 波段相应的最小值，这个值一定比a波段的最小值大一 些，设为波段b，分别以a，b波段的像元亮度值为坐标， 作二维光谱空间，两个波段中对应像元在坐标系内用 一个点表示。由于波段之间的相关性，通过回归分析 在众多点中一定能找到一条直线与波段b的亮度Lb轴相 交，且
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大气折射的影响
大气对辐射的传播 产生折射。由于大 气的密度分布从下 向上越来越小，折 射率不断变化，因 此折射后的辐射传 播不再是直线而是 一条曲线，从而导 致传感器接收的像 点发生位移
地球自转的影响 卫星前进过程中，传感 器对地面扫描获得图像 时，地球自转影响较大， 会产生影像偏离。因为 多数卫星在轨道运行的 降段接收图像，即卫星 自北向南运动，这时地 球自西向东自转。相对 运动的结果，使卫星的 星下位置逐渐产生偏离。 偏离方向如图所示，所 以卫星图像经过校正后 成为图C的形态。
1、照度校正 原因:同一轨道上，卫星地面点的光照条 件是从北向南变化的、一年之内全球各地的 光照条件也是变化。 为什么要较正:为了比较不同纬度上地 物的反射率、不同时间的图像做镶嵌图时需 要调整 如何较正:光照条件校正：通过调整一 幅图像内的平均亮度实现。
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太阳高度及地形等引起的畸变校正
地球自转
高度变化
俯仰
侧滚
偏行
速度变化
遥感平台位置和运动状态变化的影响 无论是卫星还是飞机，运动过程中都会由于种种原 因产生飞行姿势的变化从而引起影像变形。 航高：当平台运动过程中受到力学因素影响，产生 相对于原标准航高的偏离，或者说卫星运行的轨道 本身就是椭圆的。航高始终发生变化，而传感器的 扫描视场角不变，从而导致图像扫描行对应的地面 长度发生变化。航高越向高处偏离，图像对应的地 面越宽
翻滚变化
俯仰变化 旋转变化
地形起伏的影响
像点位移
当地形存在起伏时 ， 会产生局部像点的 位移，使原来本应 是地面点的信号被 同一位置上某高点 的信号代替。由于 高差的原因，实际 像点P距像幅中心 的距离相对于理想 像点 P0 距像幅中心 的距离移动了△r。
地表曲率的影响
地球是球体，严格 说是椭球体，因此 地球表面是曲面。 这一曲面的影响主 要表现在两个方面， 一是像点位置的移 动，当选择的地图 投影平面是地球的 切平面时，使地面 点 P0 相对于投影平 面点P有一高差△h。
§1 辐射校正
辐射校正（radiometric correction） ： 消除辐射量失真 利用遥感器观测目标物辐射或反射的电磁能 量时，从遥感器得到的测量值与目标物的光谱反 射率或光谱辐射亮度等物理量是不一致的，这是 因为测量值中包含太阳位置及角度条件、薄雾等 大气条件所引起的失真。为了正确评价目标物的 反射特性及辐射特性，必须消除这些失真。 引起辐射畸变的因素：遥感器的灵敏度特 性、太阳高度及地形、大气等。 包括对光照条件的校正、大气校正以及成像 系统反应特征的校准。
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§3几何校正（Geometric Operation）
两类几何变形（1）像元几何畸变产生的几何变形；（2）遥
感图像坐标与地理投影系统之间的变形
（1）遥感图像的变形误差总的可分为静态误差（Static
态误差是指在成像过程中，相对于地球表面呈静止状态时所 具有的各种变形；动态误差则主要是由于在成像过程中地球 的旋转所造成的图像变形误差。 （2）几何校正就是将图像数据投影到平面上，使其符合 (conform)地理投影系统的过程；而将地图坐标系统 （Map coordinate system）赋于图像数据的过程， 称为地理参考(Geo-referencing)。由于所有地图投影系统 （Map projection system）都遵从于一定的地图 坐标系统，所以几何校正过程包含了地理参考过程。
获得图像 实际对应的地面位置
影像变形
3-2几何校正的方法（系统性、非系统
性、复合校正）
图像恢复及其意义
遥感图像恢复处理：是对一个退化的图像进行各类预处理，使 他恢复到图像原始目标的正常状态。 1.图像退化处理（image degradation process）:对由于某 些因素的影响，造成图像质量下降，形成图像畸变（退化）。 需要对这类图像进行基于修复的恢复处理。 超高分辨率图像几何配准恢复、运动图像（运动模糊 Motion Blur）的瞬时静态恢复、图像降质模型（Lower quality model） 及恢复、大位移视点图像 （Grand View image shift）修复等； 2.大气校正处理：由于大气的吸收、散射和遥感系统及其他随 机影响因素等，造成图像的分辨率和对比度相对下降，需要 进行大气校正处理。（也称为：Disposal of Image of Atmospheric Degradation ） 3.几何校正处理：遥感飞行器和平台的姿势、速度、高度等变 化以及侧滚俯仰等，会造成图像产生几何位置上的畸变，需 要对图像进行几何纠正和坐标变换处理。
光学遥感大气校正
大气校正前后图像对比
敦煌遥感卫星辐射校正场地区TM大气辐射校正前后TM4/3/2波段RGB合成图像
原始图像
基于山区本影0辐射的大气校正
技 术 路 线 框 图
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大气校正后反射率影像
3、传感器的辐射校正
成像系统反应特性所致：传感器记录的灰 度值与地物的辐射率不成线性关系，反映曲 线的两端部分的地物辐射信息被压缩 辐射校正方法：用反应曲线的逆函数乘上 原来的灰度值，把这种歪曲了的关系恢复成 理想的线性关系，
直方图最小值
去除法
一般来说由于程 辐射度主要来自米 氏散射，其散射强 度随波长的增大而 减小，到红外波段 也有可能接近于零
直方图最小值去除法
具体校正方法十分简单， 首先确定条件满足，即该图像上确有 辐射亮度或反射亮度应为零的地区， 则亮度最小值必定是这一地区大气影 响的程辐射度增值。校正时，将每一 波段中每个像元的亮度值都减去本波 段的最小值。使图像亮度动态范围得 到改善，对比度增强，从而提高了图 像质量。
回归分析法
Lb La
Lb La
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回归分析法
是斜率：

_ _
( L L )( L L ) (L L )
a a b b _ 2 a a
_
_
La 和 Lb 分别为a、b波段亮度的平均值。
是波段a中的亮度为0处波段b中所具有的亮度。 可以认为就是波段b的程辐射度。校正的方法是 将波段b中每个像元的亮度值减去 ，来改善图像， 去掉程辐射。 同理依次完成其他波段的校正。
遥感平台位置和运动状态变化的影响 航速：卫星的椭圆轨道本身就导致了卫星飞
行速度的不均匀，其他因素也可导致遥感平 台航速的变化。航速快时，扫描带超前，航 速慢时，扫描带滞后，由此可导致图像在卫 星前进方向上（图像上下方向）的位置错动。
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遥感平台位置和运动状态变化的影响 遥感平台位置和运动状态变化的影响 俯仰：遥感平台的俯仰变化能引起图 翻滚：遥感平台姿态翻滚是指以前进
像上下方向的变化，即星下点俯时后 移，仰时前移，发生行间位置错动。
方向为轴旋转了一个角度。可导致星 下点在扫描线方向偏移，使整个图像 的行向翻滚角引起偏离的方向错动。
遥感平台位置和运动状态变化的影响 偏航：指遥感平台在前进过程中，相
航高变化
对于原前进航向偏转了一个小角度， 从而引起扫描行方向的变化，导致图 像的倾斜畸变。
大气与地形校正后反射率影像
贵州黎平县ASTER大气辐射校正与地形辐射校正前后ASTER3/2/1波段RGB合成图像
由遥感器的灵敏度特性引起的畸变校正 由光学系统的特性引起的畸变校正：在使用 透镜的光学系统中，例如在摄像面中，存在 着边缘部分比中心部分发暗的现象（边缘减 光）。如果以光轴到摄象面边缘的视场角为 θ，则理想的光学系统中某点的光量与 cosnθ几乎成正比，利用这一性质可以进行 校正（cosnθ校正）。 由光电变换系统的特性引起的畸变校正：由 于光电变换系统的灵敏度特性通常有很高的 重复性，所以可以定期地在地面测定其特性， 根据测定值进行校正。
扩散、反射再入射到遥感器的太阳光的辐射亮度 就会依倾斜度而变化。可以采取用地表的法线矢 量和太阳光入射矢量的夹角进行校正的方法，以 及对消除了光路辐射成分的图像数据采用波段间 的比值进行校正的方法等。
2 、大气校正 由于大气对地球表面发射辐射的衰减、也由 于景物和传感器之间太阳辐射的瑞利散射和气 溶胶散射以及传感器扫描的几何关系所引起的。 散射是最严重的。 散射作用对图像产生的三种后果：损失某些 短波段的地面有效信息、产生邻近像元之间的 辐射性质的干扰 、与云层反射一起形成“天 空光”,附加在地物辐射中。 校正散射产生的辐射误差，应是图像辐射校正的 重要内容。
遥感影像变形的原因 遥感器的内部畸变：由遥感器结构引起的畸变。 遥感平台位置和运动状态变化的影响 地形起伏的影响 地球表面曲率的影响 大气折射的影响 地球自转的影响
3-1 常见的几种畸变模型图形
数字图像几何校正的目的 是改正原始影像的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或 图形表达要求的新图像。 处理内容： 它的基本环节有两个： （1） 图像像元的空间位置的变换 (Spatial Transformation ） （2） 像元灰度值的内插(Gray-level Interpolation)
由遥感器引起的误差或由太阳高度引 起的误差，一般在数据生产过程中由生产 单位根据遥感器参数进行校正，而不需要 用户进行自行处理。用户应该考虑大气影 响引起的辐射畸变。
§2 去条带及坏线
条带噪声是由设备产生的
1、用上下行的平均值代替条带上的对应位置的 灰度值 2、在条带的上下行中选取一个去条带的窗口， 求均值 3、在ENVI软件下的运行