遥感导论第四章1

一、数字图像及其直方图
遥感数据有光学图像和数字图像之分。
数字图像：能被计算机存储、处理和使用的用数字表 示的图像。(数字量) 光学图像：普通像片那样的灰度级及颜色连续变化的 影像（模拟量）
区别： 模拟量是连续变量，而数字量是离散变量。
？
遥感影像的表现
像元：坐标 数值
行、列定义像元位置
数值通常用8bits 记录 28 = 256 灰度值范围为0-255
2）大气的影响
3. 大气影响的定量分析 ：
（1）无大气的亮度： （2）大气吸收影响；L1λ （3）大气散射后经过地物反射进入传感器；Lpλ （4）大气散射直接进入传感器；L2λ
大气的主要影大响气是的减主少要了影图响像？的对比度，使原始 信号和背景信号都增加了因子，图像质量下降。
4. 大气影响的粗略校正： 精确的校正公式需要找出每个波段像元亮度值与地物 反射率的关系。为此需得到卫星飞行时的大气参数， 以一般求很出难透得过到率这Tθ些、数Tφ据等，因所子以。，如常果常不采通用过一特些别简的化观的测， 处理方法，只去掉主要的大气影响，使影像质量满足 基本要求。
② 地形起伏的影响：产生像点位移。 ③ 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。 ④ 大气折射的影响：产生像点位移。 ⑤ 地球自转的影响：产生影像偏离。
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地球曲率的变形图示
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。
只有进行了辐射校正，才能保证探测器的精度 能够满足应用需求，保证探测器的输出反映被 测量值的真实变化，校正探测器性能的自然衰 变对测量结果的影响，从而得到较精确的遥感 影像。
2.影响辐射畸变的因素
1）传感器本身的影响： •传感器系统工作产生的误
差导致接受的图像不均匀 ，产生Striping （条带化 ）或drift（漂移）以及掉 线等情况 （MSS上可见）
格网的数值=像元值=亮度值=灰度
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26
一景Landsat 5/TM影像，7个波段。可见 光和近红外的每个波段大小为6166*6166， 代表地面185*185km的范围。那么存储7 个波段需要多大的空间？
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27
给定一幅模拟图像，如何存储至计算机？
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一、数字图像及其直方图
2. 数字化：将连续的图像变化，作等间距的抽样和
总像元数
X100%
低反射
高反射
灰度值
反差：最大灰度值和最小灰度值之差。 直方图范围窄，说明反差很小. ；直方图延伸很宽，表明34反差大
二、辐射校正（Radiometric correction ）
1. 辐射畸变： 地物目标的光谱反射率的差 异在实际测量时，受到传感器本身、大 气辐射等其他因素的影响而发生改变。 这种改变称为辐射畸变。
加色法三原色
减色法三原色
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10
假彩色合成原理
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1. 例如描述一个人身高为 180cm；
2. 越高数字越大；
3. 用数字来量化身高；
4. 同样，可以用190尺来 表示身高。
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12
243
180
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13
153 189
54
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14
0.45-0.52微米蓝绿波段； 0.52-0.60微米绿色波段； 0.63-0.69微米红色波段 0.76-0.90微米近红外波；0.55-1.75微米. 中红外波段;2.08-2.3155微米中红外波段
x,y为校正前的影 像坐标； u,v为变换后对应 的坐标；
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2、几何畸变校正
④ 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。
每个像元是 图像的基本 元素
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遥感影像的表现——单波段的显示
传感器量测的数值
暗
亮
1 显示灰度级
2 对应的彩色灰度 级，从紫到红
3 设定数值和颜 色对照表，根据需 要给不同的灰度值 以不同的颜色。
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遥感影像的表现
遥感传感器利用不同的电磁波波段获得地面目标的光谱反射或者散射的值，以规 则的格网记录，因此遥感影像的实质是记录亮度值的点的矩阵；每个格网是一个 像元。例如标准一景SPOT影像是60KM X 60 KM，全色波段的分辨率为10M （代表地面10M X 10M的范围），其格网的行列数为：6000 X 6000。其位置由 格网所在的行列号代表。
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，由此可导致影像在卫星前进 方向上（影像上下方向）的位置错动。
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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。
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翻滚：遥感平台姿态翻滚是指以
前进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 整个影像的行向翻滚角引起偏离的 方向错动。
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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。
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1、遥感影像变形的原因
① 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
像元对应于地面宽度的不等
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50
1、遥感影像变形的原因
① 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
② 地形起伏的影响：产生像点位移。 ③ 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。 ④ 大气折射的影响：产生像点位移。 ⑤ 地球自转的影响：产生影像偏离。
（1）遥感平台运动状态变化
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，从而导致影 像扫描行对应的地面长度发生变化。 航高越向高处偏离，影像对应的地面 越宽
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43
航速：卫星的椭圆轨道本身就导致
第四章 遥感图像处理
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2
第一节 光学原理与光学处理
一、颜色视觉
1、亮度对比和颜色对比 （1）亮度对比：对象相对于背景的明亮程度。改变
对比度，可以提高图象的视觉效果。
（2）颜色对比：在视场中，相邻区域的不同颜色的
相互影响叫做颜色对比。两种颜色相互影响的结果， 使每种颜色会向其影响色的补色变化。在两种颜色的 边界，对比现象更为明显。因此，颜色的对比会产生 不同的视觉效果。
量化。通常是以像元的亮度值表示。 数字量和模拟量 的本质区别：连续变量，离散变量。 把模拟影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 值进行数字化的影像。
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影像的数字化（digitization）。
不同色调的亮度变化
最亮
最暗
相同色调的亮度变化
亮
暗
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4
3、颜色立体
（1）颜色立体：中间垂直轴代表明度 ；中间水平
面的圆周代表色调；圆周上的半径大小代表饱和度。 图4.1
（2）孟赛尔颜色立体：中轴代表无色彩的明度
等级；在颜色立体的水平剖面上是色调；颜色立体中 央轴的水平距离代表饱和度的变化。图4.2
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2、几何畸变校正
图像对应地面
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实际地面
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校正为：
图像像元大小与地面尺寸不一
图像像元大小与对应地面尺寸一致
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2、几何畸变校正(P107)
几何粗校正：地面接收站在提供给用户资料前，已按常规处理
方案与图像同时接收到的有关运行姿态、传感器性能指标、大气 状态、太阳高度角对该幅图像几何畸变进行了校正。
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。
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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。
➢ 数字图像处理的优点
✓ 快捷、准确、客观地提取遥感信息 ✓ 适应地理信息系统的发展
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二是像元对应于地面宽度 的不等。由于传感器通过 扫描取得数据，在扫描过 程中每一次取样间隔是星 下视场角的等分间隔。如 果地面无弯曲，在地面瞬 时视场宽度不大的清况下， L1，L2，L3，…的差别不 大。但由于地球表面曲率 的存在，对应于地面的P1， P2 ， P3 ，… ， 显然 P3-P1 ＞ L3-L1 ， 距 星 下 点 越 远 畸变越大，对应地面长度 越长。
几何精校正：利用地面控制点进行的几何校正称为几何精校正。
也称图像纠正，其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。
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2、几何畸变校正
① 基本思路：把存在几何畸变的图像，纠正成符 合某种地图投影的图像，且要找到新图像中每 一像元的亮度值。
② 具体步骤 1）计算校正后每一点所对应原图中的位置； 2）计算每一点的亮度值。
321 432 743
多光谱合成图像
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16
遥感影像的表现——多波段的显示
不同的波段赋予不同的原色
色彩合成
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近红外波段——红色 红色波段—— 绿色 绿色波段—— 蓝色
植物---主要反射绿色波段和近红外波段
绿波段用蓝色表示，近红外用红色表示；
蓝色+红色=品红；
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18
遥感影像的表现形式——SPOT多光谱合成结果
通过简单的方法去掉程辐射度（散射光直接进入传 感器的那部分），从而改善图像质量。 ✓ 直方图最小值去除法 ✓ 回归分析法:校正的方法是将波段b中每个像元的亮
度值减去a，来改善图像，去掉程辐射。
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三、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。P103
几何畸变是平移、缩放、旋转、偏扭、 弯曲等作用的结果。
1、遥感影像变形的原因
① 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
② 地形起伏的影响：产生像点位移。 ③ 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。 ④ 大气折射的影响：产生像点位移。 ⑤ 地球自转的影响：产生影像偏离。
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29
原采 理样
的
采样
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30
采样
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31
量化
量 化 的 概 念
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
32
4. 数字图像直方图：以每个像元为单位，表示图像中
各亮度值或亮度值区间像元出现的频率的分布图。
5. 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，以达到图像增强的目的。
遥感影像增强
频率
灰度级直方图
频率F=
每个灰度值出现的次数
③ 计算方法 1）建立两图像像元点之间的对应关系； 2） 求出原图所对应点的亮度：最近邻法、双线性 内插法、三次卷积内插法。
基本环节有两个： 一是像素坐标变换； 二是像素亮度重采样。
二次多项式间接法纠正变换公式为：
xfx(u,v)a0 0a1u 0a0v1a1u 1 va2u 02a0v22 yfy(u,v)b0 0b1u 0b0v1b1u 1 v b2u 02b0v22
二、加色法与减色法
1. 颜色相加原理
① 三原色：若三种颜色，其中的任一种都不能由 其余二种颜色混合相加产生，这三种颜色按一 定比例混合，可以形成各种色调的颜色，则称 之为三原色。红、绿、蓝。
② 互补色：若两种颜色混合产生白色或灰色，这 两种颜色就称为互补色。黄和蓝、红和青、绿 和品红。
③ 色度图：可以直观地表现颜色相加的原理,更 准确地表现颜色混合的规律.图4.5
近红外波段——红色 红色波段—— 绿色 绿色波段—— 蓝色
红色： 生长期的植物
亮青色：裸露土地
黑色：水
暗青色：成熟作 物或叶子干枯的 植物
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遥感影像的表现形式——TM多光谱合成结果
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。