遥感图像处理辐射
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遥感图像辐射处理
主要内容
遥感图像的辐射处理 遥感图像增强 多光谱图像运算 遥感信息复合
1
遥感图像的辐射处理
➢辐射误差
传感器输出的电磁波能量与目标本身辐射的能量之差。
➢引起辐射误差的原因
• 传感器本身的性能 • 太阳位置和角度条件 • 地形影响 • 大气条件,等
➢遥感图像的辐射误差
• 传感器本身的性能引起的辐射误差 • 地形影响和光照条件的变化引起的辐射误差 • 大气的散射和吸收引起的辐射误差
•图像直方图总体形状应类似； •图像中黑与亮特征应相同； •对某些应用，图像的空间分辨率应相同； •图像上地物分布应相同。
➢直方图匹配时可建立一个查找表来作为变换函数。
15
反差调整 密度分割
dij
dij dmin n dmaxdmin
原理：在遥感成像的同时，同步获取成像目标的反射率，或通过预 先设置已知反射率的目标，把地面实况数据与传感器的输出数据进行 比较，来消除大气的影响。
LabR 未受大气影响
卫星观测值
的地面实测值
大气影响
aLbR
大气校正公式
LG La
7
方法二：利用波段的特性进行大气校正
原理：利用散射主要发生在短波波段的图像上的特点。
对数变换
dAlodg )(B
指数变换
dAexd)pB (
平方根变换
dAs(q d) rB t
A dm axdm in F(dma)xF(dmi)n
B A m d a d m x a x A m d id n m in
11
直方图均衡化
原始图像直方图 P (A ) [P 0 ,P 1 , ,P n 1 ]
9
空间域增强
➢反差调整 ➢彩色增强
线性变换 非线性变换 直方图均衡化 直方图正态化 直方图匹配 密度分割 图像灰度反转
➢空间滤波
10
反差调整 线性变换
dijddm ijaxddm miin(ndm axdm i)n
非线性变换
对数变换、指数变换、平方根变换、标准偏差变换、直方图周期性变换等。
地面反射率
Ls E0() cos2
• 对热红外波段，求出地物的辐射亮度后，以普朗克公式求地物温度
L s (L g g L d ) L d
方法二：利用图象本身来求反射率
• 内部平均法 • 平场域法 • 对数残差法
方法三：借助已知地物光谱反射率的经验方法
5
太阳高度角和地形影响引起的辐射误差校正
设均衡后的图像直方图 P (A ) [P 0 ,P 1 , ,P n 1 ]
P 0 P 1 P n 1 1 /m
n1
m1
Pi Pj 1
i0
j0
PP0k1P1Pk2 PkPlm 1m 1
PRPR1Pn1m 1
d0,d 1, ,dk d0
d k 1 ,d k 2 , ,d l d 1 d R ,d R 1 , ,d n 1 d m 1 12
➢概念
• 为特定目的，突出表现遥感图像中的某些信息，削弱或除去某些不 必要的信息，使图像更易判读。 • 实质是增强感兴趣目标和周围背景图像间的反差。 • 图像增强不增加原始图像的信息。
➢方法 •空间域：直接对图像进行各种运算以得到所需的增强结果。 •频率域：先将空间域图像变换成频率域图像，然后在频率 域中对图像的频谱进行处理，以达到增强的目的。
➢影像的辐射校正 ➢太阳高度角和地形影响引起的辐射误差校正 ➢大气校正
4
影像的辐射校正
方法一：简化的理论计算
• 可见光和近红外波段，求反射率
传感器入口处的
辐射亮度：
L sL gexp V ()L d
{g (/)E [ 0 ()co 2esx s p e 2 () c E d ]e }x p s e (V ) cL d
• 太阳高度角引起的辐射误差校正：
太阳光线倾斜照射
波段图像比值运算
时获取的图像
定量：需要太阳高度角
太阳光线垂直照射 时获取的图像
• 地形影响引起的辐射误差校正
定量计算：需要DEM 一般也可采用比值运算
6
大气校正
消除大气对太阳辐射或目标辐射的吸收和散射影响。
方法一： 基于地面场地数据或辅助数据进行辐射校正
13
反差调整 直方图正态化
源自文库
正态化后图像的直方图
P(x) 21 ex p(2 x2x)2dx
P(x) 21m x 0 1ex p(2 x2x)2
设原图像直方图为
正态化：
P ( A ) [ P a 0 ,P a 1 ,P a 2 , ,P a i, P a n 1 ]
P ( B ) [ P b 0 ,P b 1 ,P b 2 , ,P b i, P b n 1 ]
➢遥感图像的辐射处理------定量遥感的基础 • 传感器辐射定标 • 辐射校正
2
传感器辐射定标
-----对传感器的探测值进行标定，用以确定传感器入口 处的准确辐射值。
➢绝对定标
建立传感器测量的数字信号(DN)与对应的辐射能量之间 的 数量关系。绝对定标在卫星发射前后都要进行。
DiNAiLi Ci
Li
DNi Ai
Bi
255 Ai Rmax Rmin
➢相对定标
Bi Ci /Ai Bi Rmin
得出目标中某一点的辐射亮度与其他点的相对值。又称为传感器探 测元件归一化，是为了校正传感器中各个探测元件响应度差异而对卫星
传感器测量到的原始亮度值进行归一化的一种处理过程。
3
辐射校正
------消除或改正遥感图像成像过程中附加在传 感器输出的辐射能量中的各种噪声。
1、回归分析法
对MSS4、7波段 ya4b4x
n
[(L7(i) L7)(L4(i) L4)]
b4 i1 n
[(L7(i) L7)2]
a4 L4b4L7
i1
大气校正公式：
L4 L4a4
2、直方图法
图像中亮度为零的目标，如深海水体、阴影等，只有在没有受大 气影响的情况下，其亮度值才可能为零。
8
遥感图像增强
K
P(ai) P(b0)
i0
L
P(ai)P(b0)P(bi)
i0
原图像上灰度值为０～Ｋ的像素其灰度 值合并为正态化后图像的灰度值０
原图像上灰度值为Ｋ＋１～Ｌ的像素其灰度 值合并为正态化后图像的第一个灰度值
反差调整 直方图匹配
➢通过非线性变换使一个图像的直方图与另一个图像 的直方图类似。 ➢利用不同时间、由于太阳高度角或大气影响引起差 异的图像进行图像镶嵌和变化检测时非常有用。 ➢进行直方图匹配的两幅图像应有相似的特性：
主要内容
遥感图像的辐射处理 遥感图像增强 多光谱图像运算 遥感信息复合
1
遥感图像的辐射处理
➢辐射误差
传感器输出的电磁波能量与目标本身辐射的能量之差。
➢引起辐射误差的原因
• 传感器本身的性能 • 太阳位置和角度条件 • 地形影响 • 大气条件,等
➢遥感图像的辐射误差
• 传感器本身的性能引起的辐射误差 • 地形影响和光照条件的变化引起的辐射误差 • 大气的散射和吸收引起的辐射误差
•图像直方图总体形状应类似； •图像中黑与亮特征应相同； •对某些应用，图像的空间分辨率应相同； •图像上地物分布应相同。
➢直方图匹配时可建立一个查找表来作为变换函数。
15
反差调整 密度分割
dij
dij dmin n dmaxdmin
原理：在遥感成像的同时，同步获取成像目标的反射率，或通过预 先设置已知反射率的目标，把地面实况数据与传感器的输出数据进行 比较，来消除大气的影响。
LabR 未受大气影响
卫星观测值
的地面实测值
大气影响
aLbR
大气校正公式
LG La
7
方法二：利用波段的特性进行大气校正
原理：利用散射主要发生在短波波段的图像上的特点。
对数变换
dAlodg )(B
指数变换
dAexd)pB (
平方根变换
dAs(q d) rB t
A dm axdm in F(dma)xF(dmi)n
B A m d a d m x a x A m d id n m in
11
直方图均衡化
原始图像直方图 P (A ) [P 0 ,P 1 , ,P n 1 ]
9
空间域增强
➢反差调整 ➢彩色增强
线性变换 非线性变换 直方图均衡化 直方图正态化 直方图匹配 密度分割 图像灰度反转
➢空间滤波
10
反差调整 线性变换
dijddm ijaxddm miin(ndm axdm i)n
非线性变换
对数变换、指数变换、平方根变换、标准偏差变换、直方图周期性变换等。
地面反射率
Ls E0() cos2
• 对热红外波段，求出地物的辐射亮度后，以普朗克公式求地物温度
L s (L g g L d ) L d
方法二：利用图象本身来求反射率
• 内部平均法 • 平场域法 • 对数残差法
方法三：借助已知地物光谱反射率的经验方法
5
太阳高度角和地形影响引起的辐射误差校正
设均衡后的图像直方图 P (A ) [P 0 ,P 1 , ,P n 1 ]
P 0 P 1 P n 1 1 /m
n1
m1
Pi Pj 1
i0
j0
PP0k1P1Pk2 PkPlm 1m 1
PRPR1Pn1m 1
d0,d 1, ,dk d0
d k 1 ,d k 2 , ,d l d 1 d R ,d R 1 , ,d n 1 d m 1 12
➢概念
• 为特定目的，突出表现遥感图像中的某些信息，削弱或除去某些不 必要的信息，使图像更易判读。 • 实质是增强感兴趣目标和周围背景图像间的反差。 • 图像增强不增加原始图像的信息。
➢方法 •空间域：直接对图像进行各种运算以得到所需的增强结果。 •频率域：先将空间域图像变换成频率域图像，然后在频率 域中对图像的频谱进行处理，以达到增强的目的。
➢影像的辐射校正 ➢太阳高度角和地形影响引起的辐射误差校正 ➢大气校正
4
影像的辐射校正
方法一：简化的理论计算
• 可见光和近红外波段，求反射率
传感器入口处的
辐射亮度：
L sL gexp V ()L d
{g (/)E [ 0 ()co 2esx s p e 2 () c E d ]e }x p s e (V ) cL d
• 太阳高度角引起的辐射误差校正：
太阳光线倾斜照射
波段图像比值运算
时获取的图像
定量：需要太阳高度角
太阳光线垂直照射 时获取的图像
• 地形影响引起的辐射误差校正
定量计算：需要DEM 一般也可采用比值运算
6
大气校正
消除大气对太阳辐射或目标辐射的吸收和散射影响。
方法一： 基于地面场地数据或辅助数据进行辐射校正
13
反差调整 直方图正态化
源自文库
正态化后图像的直方图
P(x) 21 ex p(2 x2x)2dx
P(x) 21m x 0 1ex p(2 x2x)2
设原图像直方图为
正态化：
P ( A ) [ P a 0 ,P a 1 ,P a 2 , ,P a i, P a n 1 ]
P ( B ) [ P b 0 ,P b 1 ,P b 2 , ,P b i, P b n 1 ]
➢遥感图像的辐射处理------定量遥感的基础 • 传感器辐射定标 • 辐射校正
2
传感器辐射定标
-----对传感器的探测值进行标定，用以确定传感器入口 处的准确辐射值。
➢绝对定标
建立传感器测量的数字信号(DN)与对应的辐射能量之间 的 数量关系。绝对定标在卫星发射前后都要进行。
DiNAiLi Ci
Li
DNi Ai
Bi
255 Ai Rmax Rmin
➢相对定标
Bi Ci /Ai Bi Rmin
得出目标中某一点的辐射亮度与其他点的相对值。又称为传感器探 测元件归一化，是为了校正传感器中各个探测元件响应度差异而对卫星
传感器测量到的原始亮度值进行归一化的一种处理过程。
3
辐射校正
------消除或改正遥感图像成像过程中附加在传 感器输出的辐射能量中的各种噪声。
1、回归分析法
对MSS4、7波段 ya4b4x
n
[(L7(i) L7)(L4(i) L4)]
b4 i1 n
[(L7(i) L7)2]
a4 L4b4L7
i1
大气校正公式：
L4 L4a4
2、直方图法
图像中亮度为零的目标，如深海水体、阴影等，只有在没有受大 气影响的情况下，其亮度值才可能为零。
8
遥感图像增强
K
P(ai) P(b0)
i0
L
P(ai)P(b0)P(bi)
i0
原图像上灰度值为０～Ｋ的像素其灰度 值合并为正态化后图像的灰度值０
原图像上灰度值为Ｋ＋１～Ｌ的像素其灰度 值合并为正态化后图像的第一个灰度值
反差调整 直方图匹配
➢通过非线性变换使一个图像的直方图与另一个图像 的直方图类似。 ➢利用不同时间、由于太阳高度角或大气影响引起差 异的图像进行图像镶嵌和变化检测时非常有用。 ➢进行直方图匹配的两幅图像应有相似的特性：