4第四章遥感数字图像的几何处理
遥感数字图像处理复习资料(1-4章)
第一章概论1、按图像的明暗程度和空间坐标的连续性，可以分为数字图像和模拟图像。
数字图像：可用计算机存储和处理，空间坐标和灰度均不连续。
模拟图像：计算机无法直接处理，空间坐标和明暗程度连续变化。
2遥感数字图像中的像素值称为亮度值（灰度值/DN值），它的高低由传感器所探测到的地物电磁波的辐射强度决定。
2、遥感数字图像处理的主要内容包括以下三个方面：图像增强、图像校正、信息提取。
1）图像增强：用来改善图像的对比度，突出感兴趣的地物信息，提高图像大的目视解译效果，它包括灰度拉伸、平滑、锐化、滤波、变换（K—L/K—T）、彩色合成、代数运算、融合等。
图像显示：为了理解数字图像中的内容，或对处理结果进行对比。
图像拉伸：为了提高图像的对比度（亮度的最大值与最小值的比值），改善图像的显示效果。
2）图像校正（恢复/复原）：为了去除和压抑成像过程中由各种因素影响而导致的图像失真。
注意：图像校正包括辐射和几何校正，前者通过辐射定标和大气校正等处理将像素值由灰度级改变为辐照度或反射率，后者利用已有的参照系修改像素坐标，使得图像能够与地图匹配或多景图像之间可以相互匹配。
3）信息提取：从校正后的遥感数据中提取各种有用的地物信息。
包括图像分割、分类等。
图像分割：用于从背景中分割出感兴趣的地物目标。
分割的结果可作为监督分类的训练区。
图像分类：按照特定的分类系统对图像中像素的归属类别进行划分。
3、遥感数字图像处理系统：硬件系统（输入、存储、处理、显示、输出），软件系统。
4、数字图像处理的两种观点：离散方法（空间域）、连续方法（频率域）2.遥感图像的获取和存储1、遥感是遥感信息的获取、传输、处理以及分析判读和应用的过程。
遥感的实施依赖于遥感系统2、遥感系统是一个从地面到空中乃至整个空间，从信息收集、储存、传输、处理到分析、判读、应用的技术体系，主要包括遥感试验、信息获取（传感器、遥感平台）、信息传输、信息处理、信息应用等5个部分。
遥感图像几何处理ppt课件
问题三：坐标纠正变换两种方案
直接法（需进行像元的重新排列，要求存储空间大一倍，计
算时间也长）
间接法（常采用）
14
几个重要的问题
问题四：亮度值重采样
最邻近像元采样
（简单计算量小、辐射保真度好，但几何精度低）
双线性内插法
（实践中常采用）
双三次卷积重采样法
（内插精度较高，但计算量大）
15
双线性内插法
遥感图像几何处理
1
主要内容：
➢遥感图像几何变形 ➢遥感图像的几何处理 ➢遥感图像几何处理的应用
2
遥感图像的几何变形
遥感图像的几何变形是指原始图像上各地物的几 何位置、形状、尺寸、方位等特征与在参照系统 （切平面坐标系）中的表达要求不一致时产生的 变形。
Hale Waihona Puke 形误差➢ 静态误差与动态误差 ➢ 内部误差与外部误差
5
➢几何处理两个层次
粗纠正：仅对图像上的系统几何误差进行改正。对传感器内部畸变的改正 很有效，但处理后图像仍有较大的残差。 精纠正：消除图像中的几何变形，得到符合某种地图投影或图形表达要求的 新图像。
6
粗纠正
——基于图像的构像方程来进行。
MSS的构像方程：
（任一像元的构像，都等效于中心投影朝旁向旋转 了一个扫描角后，以像幅中心成像的几何关系。）
图像对另一幅图像的几何纠正
19
图像配准的关键问题 ——同名点的选取
方法之一：利用图像相关法自动获取
20
相关系数
相关性测度
mm
( fi, j fi, j )(gir, jc gr,c )
(c, r)
i1 j1
1
m
m
m
遥感导论-习题及参考答案第四章-遥感图像处理答案
第四章遥感图像处理名词解释假彩色遥感图像：利用卫星或飞机拍摄到的基础遥感图像,将感兴趣的部分(如森林,水体,沙漠,重力异常区等)用不真实且夸张的颜色表示出来，与自然色不一致。
边缘检测：用于判断图像地物的边缘。
数字影像：数字影像是以二维数组形式表示的影像。
该数组由对连续变化的影像作等间隔抽样所产生的采样点组成。
几何校正：几何校正是指将遥感图像参照地形图、已校正图像或GPS控制点进行重采样,消除传感器成像的几何变形,使其具有地理坐标并与地面实际对应。
K-L变换：主成分变换；是建立在统计特征基础上的多维正交线性变换，就是一种离散化的Karhunen －Loeve变换。
辐射校正：对由于外界因素，数据获取和传输系统产生的系统的、随机的辐射失真或畸变进行的校正直方图均衡：是用一定的算法使直方图大致平和。
问答题下图为一个3x3的图像窗口，试问经过中位数滤波(Median Filter)后，该窗口中心像元的值，并写出计算过程。
(10分)124 126 127120 150 125115 119 123什么是计算机图像处理，它包含那些内容，如何运用计算机图像处理方法来提高遥感图像的解译效果？答：是指利用计算机对图像进行一系列加工，以便获得人们所需要的效果。
常见的图像处理有图像数字化、图像编码、图像增强、图像复原、图像分割与图像分析等。
（1）图像数字化通过取样与量化过程将图像变换成便于计算机处理的数字形式。
通常，图像在计算机内用一个数字矩阵表示，矩阵中的每一个元素称为像素。
将图像数字化的设备有各种扫描仪与数字化仪。
（2）图像编码对图像信息进行编码，可以压缩图像的信息量，以便满足传输与存储的要求。
（3）图像增强使图像清晰或将其转换为更适合人或机器分析的形式。
图像增强并不要求真实地反映原始图像。
（4）图像复原消除或减少在获取图像过程中所产生的某些退化，尽量反映原始图像的真实面貌。
（5）图像分割将图像划分为一些互不重叠的区域。
遥感图像数字处理的基础知识
遥感图像数字处理的基础知识(总4页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除第四章遥感图像数字处理的基础知识C方向 20 卢昕一、名词解释1.光学影像：一种以胶片或其他的光学成像载体的形式记录的图像。
它是一个二维的连续的光密度函数。
2.数字影像：以数字形式进行存储的图像，它是一个二维的离散的光密度函数。
3.空间域图像：用空间坐标x，y的函数表示的形式。
有光学影像和数字影像。
4.频率域图像：以频率域的形式表示的影像，频率坐标Vx，Vy的函数。
5.图像采样：图像空间坐标（x,y）的数字化称为图像采样。
6.灰度量化：图像灰度的数字化称为图像量化。
7 .ERDAS：是美国 ERDAS 公司开发的遥感图像处理系统。
它以模块化的方式提供给用户，可使用户根据自己的应用要求、资金情况合理的选择不同功能模块及不同组合，对系统进行剪裁，充分利用软硬件资源，并最大限度地满足用户的专业应用要求。
ERDAS Imagine面向不同需求的用户，对于系统的扩展功能采用开放的体系结构以Imagine Essentials、Imagine Advantage、Imagine Professional的形式为用户提供低、中、高三档产品架构，并有丰富的功能扩展模块供用户选择，产品模块的组合比较灵活。
：遥感数字图像的一种存储格式，即按波段记载数据文件。
：也是遥感数字图像的一种存储格式，是一种按照波段顺序交叉排列的遥感数据格式。
二、简答题1、叙述光学影像与数字影像的关系和不同点。
答：光学图像可以看成一个二维的连续的光密度函数，像片上的密度随空间坐标的变化而变化。
而数字图像是一个二维的离散的光密度函数。
光学图像可以通过采样和量化得到数字图像，数字图像可以通过显示终端设备或照相或打印的方式得到光学图像。
与光学图像相比数字图像的处理简捷快速，并可以完成一些光学处理方法所无法完成的各种特殊处理等。
遥感原理与应用_第4章_3 遥感影像处理-遥感影像辐射处理
1 2 3 4 5 6 7
传 感 器 校 正
L d s2 E0 cos
L为地物在给定波ain
和bias分别为传感器的增益和偏移量，从图像头文件中可以读取； ρ为 反射率（即表观反射率）；ds是日地天文单位距离；E0大气顶层的太
C o p y r i g h t © 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n
SWJTU
绝对定标要建立传感器测量的数字信号与对应的辐射能量之间
1 2 3 4 5 6 7
传 感 器 校 正
的数量关系，该关系通常呈线性关系，建立该关系就是确定线性 关系中的系数及常数项，即定标系数。
K：传感器的增益；
Lmax：传感器达到饱和时所记录的辐射能量，即传感器记录 的最大能量；
Lmin：传感器探测并记录的最小能量；
Cmax：遥感图像中的最大值（如：对无符号8位类型数据，最 大值是255）。
C o p y r i g h t © 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n
C o p y r i g h t © 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n
SWJTU
1 2 3 4 5 6 7
传 感 器 校 正
探测元件响应度差异造成的影像色调不一致性
C o p y r i g h t © 2 0 1 5, G u o l i n C a i & L i S h e n
SWJTU
DN值(从遥感器 得到的数字测 量值) 遥感器校正
• 光学系统特征(如边缘减光) • 光电变换系统的灵敏度特 征的偏差 • 遥感器系统的增减及偏差 相关系数(如Landsat TM和 MSS)
(完整word版)遥感数字图像处理教学大纲
《遥感数字图像处理》教学大纲课程名称(英文）：遥感数字图像处理（Remote Sensing Digital Image Processing）课程代码:0806A03课程类别：专业主干课程学时：51学时（51上机学时)学分：3学分考核方式:考查适用对象:2009级摄影测量与遥感专业一、课程简介本课程是摄影测量与遥感学生必修的一门的专业主干课，是以理论联系实践为主，注重运用,重视上机实践的一门课程。
该课程以地理科学为背景，在学习了遥感技术的基本理论、基本知识的基础上；着重介绍遥感信息处理的一般原理、过程与方法；掌握遥感数字图像处理技术的发展动态与实际应用。
主要内容包括：遥感数字图像的获取和存储、表示和描述，遥感数字图像的各种变换（遥感图像几何校正、遥感图像辐射变换、遥感图像增强变化、K-L 变换、遥感图像计算机分类等)等。
通过本课程的教学，可以使学生树立正确遥感数字图像处理的概念,培养学生良好的计算机实践习惯。
本课程授课一学期，每周3学时，总计为51学时。
二、教学目的及要求本课程主要教学目的是使学生了解和掌握遥感信息处理的基本知识、方法、基本技能和发展动态，初步掌握应用遥感信息处理技术分析和解决实际问题的能力。
通过理论学习、上机实践等环节，进一步增强学生对本课程的理解，并在此基础上使学生进一步掌握遥感图像成像的基本原理、基本理论和这些理论在遥感图像处理中的应用，掌握遥感数字图像处理的基本方法,能够熟练使用常用的遥感数字图像处理软件（ERDAS、ENVI等）进行图像处理.三、教学重点及难点1)遥感图像的预处理；2)遥感图像增强处理的基本原理、基本方法;根据图像自身特点选择图像增强方式;3）利用监督分类和非监督分类实现遥感图像计算机分类，掌握监督分类和非监督分类的区别和具体操作的方法；监督分类训练区的选择和图像后处理方法；4)根据对图像的理解，利用图像计算机分类处理方法实现遥感图像分类。
四、与其它课程的关系先修课程：《地图学》、《遥感原理与方法》五、教学内容第1章绪论（3学时)本章主要教学内容：1.1什么是数字图像1.2数字图像处理1。
第四章 遥感图像处理――几何校正PPT课件
三种内插方法比较
方法 1
优点 简单易用，计算量小
缺点
处理后的影像亮度具有不连 续性，影响精确度
精度明显提高，特别是对亮度 计算量增加，且对影像起到
2
不连续现象或线状特征的块状 平滑作用，从而使对比度明
化现象有明显的改善。
显的分界线变得模糊。
3
更好的影像质量，细节表现更 为清楚。
工作量很大。
23
18
像元灰度值重采样
校正前后图像的分辨率变化、像元点位置相对变化引 起输出图像阵列中的同名点灰度值变化。
x X
P(X,Y) Y
纠正后影像
p(x,y) y
纠正前影像
19
最近邻法
—以距内插点最近的观测点的像元值为所求的像元值。
影像中两相邻点的距离为1，即 行间距△x＝1，列间距△y=1，取与 所计算点(x,y)周围相邻的4个点，比 较它们与被计算点的距离，哪个点距 离最近，就取哪个的亮度值作为 （x,y）点的亮度值f（x，y）。设该 最近邻点的坐标为（k,l）,则
一是指平台在运行过程中，由于姿态、地球曲 率、地形起伏、地球旋转、大气折射、以及传 感器自身性能所引起的几何位置偏差。
二是指图像上像元的坐标与地图坐标系统中相 应坐标之间的差异。
3
引起遥感图像几何变形的因素
一、遥感平台位置和运动状态变化的影响
旁向位移的影响 速度变化即航向位移的影响
高度变化的影响—地面分辨率不均匀 俯仰变化的影响
21
三次卷积内插法
取与计算点（x，y）周 围 相 邻 的 16 个 点 ， 与 双 向 线 性内插类似，可先在某一方 向上内插，每4个值依次内插 4次，求出f（x，j-1），f(x， j ） ， f(x,j+1) ， f(x,j+2) ， 再根据这四个计算结果在另 一 方 向 上 内 插 ， 得 到 f(x ， y）。
遥感导论第四章PPT
x,y为校正前的影像 坐标；
u,v为变换后对应的 坐标；
二次多项式间接法 纠正变换公式为：
衬底1
2、几何畸变校正
控制点的选取(P111)
数目的确定:最小数目；6倍于最小数目。 选择的原则
○ 易分辨、易定位的特征点：道路的交叉口，水库坝址，河流弯曲点等。 ○ 特征变化大的地区应多选些。 ○ 尽可能满幅均匀选取。
常用的 波段组合
红绿 蓝
特点
真彩色：可见光组成，符合人眼对自然物体的观 3 2 1 察习惯。对于水体和人工地物表现突出。
假彩色 ：城市地区，植被种类。 43 2
假彩色：增强对植被的识别 54 3
假彩色：增强对植被的识别，以及矿物、岩石类 7 4 3 别的区分。
第二节 数字图像的 校正
遥感数字图像处理：利用计 算机对遥感图像及其资料进 行的各种技术处理。
1、遥感影像变形的原因
遥感平台位置和运动状态变化的影响： 航高、航速、俯仰、翻滚、偏航。P104
地形起伏的影响：产生像点位移。 地球表面曲率的影响：一是像点位置的移
动；二是像元对应于地面宽度不等，距星 下点愈远畸变愈大，对应地面长度越长。 大气折射的影响：产生像点位移。 地球自转的影响：产生影像偏离。
俯仰：遥感平台的俯仰变化能引起影像上下方向的变化， 即星下点俯时后移，仰时前移，发生行间位置错动。
PART ONE
滚：遥感平台姿态翻滚是指以前进方 为轴旋转了一个角度。可导致星下点 扫描线方向偏移，使整个影像的行向 滚角引起偏离的方向错动。
偏航：指遥感平台在前进过程中，相对于 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，导致影像的倾斜畸变。
第四章-3遥感图像处理图像增强
3.遥感图像变换(Ⅲ)——HIS彩色空间变换
(2) HIS模式的定量表示：HSI模式可以用近似的颜色立体 来定量化。如左图为HIS六角锥彩色模型，即颜色立体曲 线锥形改成上下两个六面金字塔状。环绕垂直轴的圆周代 表色调(H)，以红色为0˙，逆时针旋转，每隔60‘改变一种 颜色并且数值增加1，一周(360‘)刚好6种颜色，顺序为红、 黄、绿、青、蓝、品红。垂直轴代表明度(I)，取黑色为0， 白色为1，中间为0．5。
应注意的是若将与正态分布相差较大的原图像的频率分布勉强变换为正态分布则因原图像的某一灰度的频率很高变换成正态分布使其对应的灰度值的频率降低造成对该部分的压缩而丢失重要的信息
第四章 遥感图像处理
图像增强
1
4.2.4遥感图像增强
Δ遥感图像增强的目的、实质和方法 ① 目的：ⅰ 改善图像显示的质量，以利于图像信 息的提取和识别。
线性变换是图像增强最常用的方法。指变换函数为线性 关系，如：
式中，a，b为待定的系数。
3
1.遥感图像增强(工)——对比度变化
线性变换
由于判读目标与背景的关系比较复杂，常将函数 考虑为将原图像的亮度值动态范围扩展至指定的 范围或最大动态范围。方法如下：
变换前图像的亮度范围xa为a1至a2，变换后图 像的亮度范围xb为b1至b2。变换方程可写为：
6
1.遥感图像增强(工)——对比度变化1
非线性变换
指数变换和对数变换 对数变换常用于扩展低亮度区(暗区)，压缩高亮度区的对 比度，以突出隐伏暗区的目标，或使暗区层次显示清晰。 指数变换的效果正好与对数变换相反，突出亮区而压制暗 区。二者互为逆运算操作。
7
1.遥感图像增强(工)——对比度变化1
非线性变换
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2020/3/28
鲁东大学地理与规划学院
13
? 全景投影和斜距投影两种成像方式对同一地物摄 影成像的变形结果见图。
2020/3/28
鲁东大学地理与规划学院
14
? 2)、传感器外方位元素变化的影响
–传感器的外方位元素通常指的是传感器成像时 的位置 (XS，YS，ZS)，(X，Y，Z)和姿态角(φ， ω，π)；对于侧视雷达而言，还包括其运行速 度(vx，vy，vz)。当外方位元素偏离标准位置 而出现变动时，就会使图像产生变形。
? 光学纠正
–通常不能对卫星遥感图像，特别是动态遥感图像进行严格 的纠正；
? 数字纠正
–是建立在严格的数学基础上，并可以远点(或远像素)地对 图像进行纠正，因而原则上它可以对任何类型的传感器图 像进行严格的纠正；
2020/3/28
鲁东大学地理与规划学院
4
? 二、几何变形的影响因素
–遥感图像的几何变形误差类型
? 在讨论遥感图像几何变形的基础上，介绍 遥感数字图像几何纠正原理与方法。
2020/3/28
鲁东大学地理与规划学院
2
第一节 遥感数字图像几何处理概述
? 一、概述
–遥感图像的几何处理就是解决遥感图像的几何变形的 问题，对遥感图像进行几何纠正。
–1、重要性
? 第一，对遥感原始图像进行几何变形改正后，才能对图像信息 进行各种分析，制作满足量测和定位要求的各类地球资源及环 境的遥感专题图。
第四章 图像校正
遥感数字图像的几何处理
2020/3/28
鲁东大学地理与规划学院
1
几何纠正
? 在利用遥感图像提取信息的过程中，要求 把所提取的信息表达在某一个规定的图像 投影参照系统中，以便进行图像的几何量 测、相互比较以及图像复合分析等处理。
? 当原始图像上各地物的几何位置、形状、 尺寸、方位等特征与在参照系统中的表达 要求不一致时，就需要校正。
2020/3/28
鲁东大学地理与规划学院
8
–设(L)是一个等效的中心投影成像面，P点在(L)上的像点
P'具有坐标 y′p，则y′p = f·tanθ (4．2)
–从式(4．1)和式(4．2)可以得到全景图像坐标与等效中 心投影图像坐标之间的相互转换关系
–进而可推导出全景变形公式
2020/3/28
鲁东大学地理与规划学院
9
? II、斜距投影变形
–斜距投影类型传感器通常是指侧视雷达，如图，S为雷 达天线中心。地物点P的图像坐标yP是雷达波束扫描方 向的图像坐标，它取决于斜距RP以及成像比例尺λ：
–式中：ν为雷达成像阴极射线管上亮点的扫描速度；C 为雷达波在物方空间中的传播速度；H为传感器航高；f 为等效焦距。
2020/3/28
? 在这几种不同的类型中，其中，平坦地区的竖直摄影的中心 投影和竖直情况下的平行投影是没有几何形态变形的，因为 中心投影图像本身与地面景物保持相似的关系。
? 全景投影和斜距投影的结果，则产生图像变形。 ? 通常把竖直摄影的中心投影和平行投影(正射投影)的图像视
为基准图像，而全景投影和斜距投影变形规律可以通过与中 心投影或正射投影的影像相比较而获得。
2020/3/28
鲁东大学地理与规划学院
7
? I、全景投影变形
– 从右图可以看出红外机械扫 描仪的成像面不是一个平面， 而是一个圆柱面MON，相 当于全景摄影机的投影面， 称之为全景面。图中，地物 点P在全景面上的像点P具有 坐标yP，则 yP=f·θ/ρ （4.1）
– 式中：f是焦距; θ为成像角 (以度为单位)；ρ＝57．295 度／弧度。
–这种变形的影响一般是由地物点影像的坐标误 差来表达的，并可以通过传感器的构像方程得 以解析。
2020/3/28
鲁东大学地理与规划学院
15
? 3)、地球起伏的影响
–地球表面的高低变化，将使影像点产生位移。
–具有方向投影几何形态(中心投影、全景投影等)的传感 器与具有斜距投影几何形态(侧视雷达)的传感器将有不 同的地形起伏像点位移规律；
–外部变形误差指的是传感器本身处在正常工作的条件下，由传感 器以外的各因素所造成的误差。
? 例如传感器的外方位(位置、姿态)变化、传感介质的不均匀、 地球曲率、地形起伏、地球旋转等因素所引起的变形误差等。
? 动态误差——
2020/3/28
鲁东大学地理与规划学院
5
? 几何校正
? 几何粗校正：针对畸变原因进行的
– 传感器：扫描速率不均匀 – 地球：曲率不同、自转影像 – 卫星运行：高度不恒定、速度不均一等
? 几何精校正：利用控制点进行的，用畸变模型实施 校正
2020/3/28
鲁东大学地理与规划学院
6
? 影响因素：
–1)传感器成像几何形态带来的变形
? 传感器一般的几何成像方式包括
–中心投影
–全景投影 –斜距投影 –平行投影
–比如在高差同为正值的情况下，地形起伏在中心投影 影像上造成的像点位移是远离原点向外移动的，而在 雷达影像上则是向内变动的，如图这种投影差相反的 特点，将使得我们对雷达影像进行立体现测时看到的 是反立体。此外，高出地面物体的雷达影像还可能带 有“阴影”，远景影像可能被近景影像的阴影所覆 盖．这也是与中心投影影像不同之处。
鲁东大学地理与规划学院
10
2020/3/28
鲁东大学地理与规划学院
11
? 由于有
? 于是
? 此外，地面点 P在等效的中心投影图像 oy′上的成 像点P′的坐标y′f可表达为
2020/3/28
鲁东大学地理与规划学院
12
? 可推导雷达图像坐标和等效中心投影图像坐标间 的转换关系，即
? 则斜距投影的变形误差为
? 第二，当应用不同传感方式、不同光谱范围以及不同成像时间 的各种同一地域复合图像数据来进行计算机自动分类、地物特 征的变化监测或其他应用处理时，必须进行图像间的几何配准， 保证各不同图像间的几何一致性。
? 第三，利用遥感图像进行地形图测图或更新
2020/3/28
鲁东大学地理与规划学院
3
–2、类型
? 静态误差——
–分为内部误差和外部误差两类变形误差。
–内部误差主要是由于传感器自身的性能、技术指标偏离标称数值 所造成的，它随传感器的结构不同而异，误差较小，不做讨论。
? 例如，对于框幅式航空摄影机，有透镜焦距变动、像主点偏 移、镜头光学畸变等误差；对于多光谱扫描仪(MSS)，有扫 描线首末点成像时间差、不同波段相同扫描线的成像时间差、 扫描镜旋转速度不均匀、扫描线的非直线性和非平行性、光 电检测器的非对中等误差。