高空间分辨率遥感图像预处理

忽略漫入射光 ED ，则上述辐射传输方程可表示为地物发 射率R的线性函数：
STϕTθ E0 cos θ L= R + Lp S π
测量出R以外的所有参数，即可计算出反射率R。
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理
λ
1/
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理 空间分辨率
Pixel（像元）是组成数字化影像的最小单元
TM band 4
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理 3. 几何校正—校正原理
1）几何校正的实质： 确定校正后图象的行列数值，并找到新图象中每一 象元的亮度值。 2）数字纠正的步骤： A、输入图象与输出图象间的坐标变换。 B、纠正后数字图象灰度值的重采样。
g i = g i − (∆4 − ∆i ) (i = 4,5,6)
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理 3. 几何校正(Geometric correction)
图像上各像元的位置坐标与地图坐标系中的目标地物坐 标的差异，消除这种差异的过程称为几何校正。 几何畸变的校正对遥感数字图像的定量分析及位置配准 具有重要意义。
第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理 空间分辨率
Pixel（像元）是组成数字化影像的最小单元
Zoom in
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理 空间分辨率
Pixel（像元）是组成数字化影像的最小单元
Pixels
第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理 3. 几何校正—多项式纠正
• 基本思想：图象变形规律可以看作为平移、缩放、 旋转、仿射、偏扭和弯曲等形变的合成。 • 基本过程：利用有限个地面控制点的已知坐标，解 求多项式的系数，然后将各像元的坐标代入多项式 进行计算，便可求得纠正后的坐标。
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理
瞬时视场角
扫描仪瞬时视场所对应的地面实际大小。 扫描镜在一瞬时时间可以视为静止状态，此时，接受到的目标地物的电 磁波辐射，限制在一个很小的角度之内，这个角度被称为瞬时视场角。
将太阳光线倾斜照射时获取的图像校正为太阳光线 垂直照射时获取的图像。通过调整一幅图像内的平均灰 度来实现太阳高度角的校正。
g ( x, y ) f ( x, y ) = sin θ
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理 2. 辐射校正--地形坡度引起的辐射误差校正
• 重返周期（ repeat cycle）
– 对同一地点进行第二次信息获取的时间间隔
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理 2. 辐射校正（ radiometric correction ） 辐射校正：消除图像数据中依附在辐射 亮度中的各种失真的过程。
图 3-4 图-1 回归法示意
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理
ii.直方图法 仍以4波段为例。作出波段7和波段4的直方图如图3-42(b)、(a)，显然波段7中有全黑的象素，而波段4中没 有，说明波段4应向左平移，因此也就是波段4的灰度 改正值。有时波段7也有一定的偏移，如图3-4-2(c)中 表示为，此时波段4的改正值为：
第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理 2. 辐射校正--光学镜头非均匀性引起的边缘减光
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cosn θ几乎成正比，利用这一性质可以进 行校正（cosnθ校正）。
辐射量误差的主要来源：
1、传感器的灵敏度特性引起的误差 光学镜头非均匀性引起的边缘减光现象 光电变换系统的灵敏度特性 2、光照条件的差异引起的误差 太阳高度、地面倾斜 3、大气条件引起的误差 大气散射和吸收
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– 通过同一区域的重返周期
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理
•
Spatial resolution
• Spectral resolution • Radiometric resolution • Temporal resolution (revisit time)
第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理
主讲人：张立福 2011.04
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主要内容
�1．遥感图像特征 �2. 辐射校正 �3. 几何校正 �4. 遥感图像镶嵌 �5. 遥感图像增强
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理 辐射分辨率 传感器接受波谱信号时，能分辨的最小辐射度
差，即遥感图象上每一个像元的辐射量化级。
bits 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
GL’s 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024
第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理
大气辐射校正方法--波段对比分析法 根据大气粒子大小分布与散射和波长的关系的规律， 可知大气散射主要发生在VIS中的短波段，对NIR和 MIR几乎无影响。因此可以根据NIR的暗象素（Dark pixel）亮度值来估计VIS波段的程辐射值（改正值）。 具体方法有以下两种： i.回归分析法 实验表明某些波段的灰度值之间存在线性关系，如 MSS7 与MSS4 ，5，6 的灰度值关系即是。线性关系可 表示为： g i = Ai g 7 + Bi (i = 4,5,6)
光线垂直入射到水平地表与光线垂直入射到倾斜 地表时，地表所受的光照强度不同。
I0 I0cosα α
g ( x, y ) f (x, y )= cos α
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理 2. 辐射校正—大气校正
Hale Waihona Puke Baidu
range (b -w) 0 -1 0 -3 0 -7 0 -15 0 -31 0 -63 0 -127 0 -255 0 -511 0 -1203
1 bit
2 bit
(number of bits)
3 bit
8 bit
2
= number of grey levels
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改正方法：
定期测量遥感器的特性，根据测量值进行校正。
Dmax V= ⋅ ( R − Rmin ) (Rmax − Rmin )
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理 2. 辐射校正--太阳高度引起的辐射误差校正 太阳高度角的校正
E p = Eo cos θ
4
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理 2. 辐射校正--光电变换系统的特性引起的误差 产生原因：
扫描方式的遥感器，在将收集到的电磁波信号转换成电 信号并记录下来的转换过程中引起辐射量误差。 如：热噪声，电子元件发热引起，随机噪声，电源波动。
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。
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理
像元排列 2
像元排列 1 = 输入 (有畸 变的) 像元排列 2 = 输出 (校正 后的)
像元排列 1 几何位置正确的输出像元的矩阵，叠加在初始有畸变的矩阵之上
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大气辐射校正方法--野外波谱测量法（与传感器同步测量） 选择同类仪器测量地面目标的辐射亮度，将其与对应的 遥感辐射亮度进行回归分析。设回归方程为： L = a + bR ， 式中L为卫星测量值，bR为地面测量值。 则a=
L − bR .即为遥感测量值的辐射改正值。
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理 3. 几何校正--几何畸变产生的原因：
(1)遥感平台位置和运动状态变化的影响； (2)地形起伏的影响； (3)地球表面曲率的影响； (4)大气折射的影响； (5)地球自转的影响。
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理
方法是在图像上找出最黑的小区域，比如完全接收 不到太阳光的高山的阴坡。这些区域的反射率应该 为零。在波段7和波段4图像上选定一些包括暗 像元的点，做成散点图(Scatter graph)。 由图可看出截距Bi即为波段4 的灰度改正值（即将波段 4的所有象素的灰度值减 去Bi）。具体计算可由线 性回归方法得到。对其他 线性相关波段亦如此进行。
第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理
不同辐射分辨率影像比较：
2 bits
8 bits
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理 时间分辨率 • 周期（period）
– 完成一次轨道飞行需要的时间 – 800 km高度的遥感平台大约需 90 分钟
第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理 1. 遥感图像特征
• 光谱分辨率Spectral resolution
– 传感器所能分辨的最小波长间隔，即波段宽度
• 辐射分辨率Radiometric resolution
– 能分辨的最小辐射度差
• 空间分辨率Spatial resolution
– 像元的尺寸
• 时间分辨率Temporal resolution
大气辐射校正方法--大气参数测量法（与遥感器同步测量） 根据辐射传输模型，进入遥感器的太阳辐射为太阳直射 光、大气漫入射光和程辐射三项之和：
L=
=
RTϕ π RTϕ π
⋅ E 0 ⋅ Tθ ⋅ S ⋅ cosθ +
RTϕ π
⋅ ED ⋅ S + L p ⋅ S
S (E0 Tθ cosθ + E D ) + L p S
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，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。
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第二讲 高空间分辨率遥感图像预处理 2. 辐射校正