遥感图像处理实例分析05a(空间滤波、公式)

空间滤波（spatial filters）

空间滤波（又称local operation）

空间滤波是一种通用的光栅图像处理操作。是根据某像素周围像素的数值，修改图像中的该像素值。它能增强或抑制图像的空间细节信号，提高图像的可视化解释。如应用滤波增强图像的边界信息，去除或减少图像中的噪音图案。突出结构特征等。

空间频率（Spatial frequency）

空间频率是所有类型的光栅数据共有的特性，它的定义是指图像中的任何一特定部分，每单位距离内数据值的变化数量。对图像上数据变化小、或渐进变化的区域称为低频区域（如平滑的湖面），对图像上数据变化大、或迅速变化的区域称为高频区域（如布满密集公路网的城区）。

空间滤波分为三大类：

低通滤波（Low pass filters）：强调的是低频信息，平滑了图像的噪音、减少了数据的菱角。因为它不在重视图像的细节部分，所以低通滤波有时又称为平滑或均值滤波。

高通滤波（High pass filters）：强调的是高频信息，增强或锐化线性特征，象公路、断层、水陆边界。因为它没有图像的低频部分，增强了图像的细节信息，所以高通滤波有时又称为锐化滤波。

边界检测滤波（Edge detection filters）：强调的是图像中目标或特征的边界，以便更容易分析。边界检测滤波通常建立一个灰色背景图和围绕图像目标或特征边界的黑白色线。

卷积核（convolution kernels）

卷积核是指二维矩形滤波距阵（或窗口），包含着与图像像素值有关的权值。滤波距阵（或窗口）在图像上从左向右，自上而下，进行平移滑动，窗口中心的像素值是根据其周围像素值与窗口中对应的每个像素的权值乘积就和而计算出来的。

ER Mapper滤波对话框如图1-1。包含着滤波文件名、滤波距阵和滤波编辑等项。

图1-1 ER Mapper滤波对话框

实习目的：

建立和删除滤波，应用不同的滤波距阵，查看结果。

实习步骤：

（一）增加滤波

1．打开和显示一个已存在的算法文件

①在标准工具条上，点击Open按钮，打开图像显示窗口和文件输入窗口。

②在文件输入窗口中，输入文件：\examples\Data_Types\SPOT_Panchromatic\Greyscale.alg。

图像显示窗口中显示出圣地亚哥灰色Spot全色卫星图像。

2．应用低通滤波

①在主菜单工具按钮上，点击Edit Filter (Kernel) 按钮，滤波窗口出现。

②在滤波窗口上，从File菜单中，选择Load项。滤波文件选择窗口出现。

③在滤波文件选择窗口中，输入滤波文件\kernel\filters_lowpass\avg3.ker。

低通滤波建立了模糊或均值化效果。通常情况下，低通滤波是将窗口中所有像素的平均值分配给中心像素，这样平滑掉数据中跳妖的菱角的数据。

低通滤波对于减少图像上周期性“胡椒面”噪音或斑点，是有用的，它使解释主要特征更容易了。

3．删除低通滤波

在滤波窗口上，从Edit菜单中，选择Delete this filter项。ER Mapper删除掉刚进行的低通滤波运算，图像恢复原样。

4．应用高通滤波

①在滤波窗口上，从File菜单中，选择Load项。滤波文件选择窗口出现。

②在滤波文件选择窗口中，输入滤波文件\kernel\filters_high_pass\Sharpen2.ker。

通常情况下，高通滤波是增强了图像边界特征周围的局部对比度，这样图像显得锐化或清新。象公路、城区与植被区的边界特征更清楚的定义了。

5．删除高通滤波

在滤波窗口上，从Edit菜单中，选择Delete this filter项。ER Mapper删除掉刚进行的高通滤波运算，图像恢复原样。

6．应用方向梯度边缘检测滤波

①在滤波窗口上，从File菜单中，选择Load项。滤波文件选择窗口出现。

②在滤波文件选择窗口中，输入滤波文件\kernel\filters_sunangle\North_West.ker。

North_West滤波是一种非线性滤波。对于图像中特征变化呈从东北向西南方向延伸的信息，具有离析和提升边界的效果。

7．调整滤波图像对比度

①在普通功能工具条上，单击“Edit Transform Limits”按钮，“变换”对话框出现。

②在“变换”对话框中，从Limits菜单中选择Limits to Actual项。

图像对比度增强，大多数像素被分配给中灰度色彩。

③在“变换”对话框中，单击“Create autoclip transform”按钮。

ER Mapper通过对比度增强，重新显示了图像。边缘特征通过黑白色被突出，没有锐化的特征区域如海洋，以灰色显示。

这种滤波突出了图像的边缘特性，好象从图像的西北处（左上方）照射，所以面向西北方向的边缘特性被增强，显亮。背向的显暗。

边缘增强滤波通常用于地质应用，如断层、线性轮廓的突出等。

注意：方向梯度边缘检测滤波会产生不同的数据范围，图像对比度较差，需要进行对比度变换，而上面的其它两种滤波不需要进行对比度变换。

8．应用东北方向的梯度边缘检测滤波

①在滤波窗口上，从File菜单中，选择Load项。滤波文件选择窗口出现。

③在滤波文件选择窗口中，输入滤波文件\kernel\filters_sunangle\North_East.ker。

这次面向东北方向的边缘特性被增强，显亮。图像中特征变化呈从西北向东南方向延伸的信息。

②关闭所有窗口。

（二）建立斜坡和方位图像

1．打开一个灰度DEM（digital elevation model）算法

①在主菜单上，点击Open按钮。

②输入文件\examples \Data_Types\Digital_Elevation\Greyscale.alg。

ER Mapper显示了圣地亚哥数字高程（DEM）图像。以灰色模型显示，低值区显示暗，高值区显示亮。如图1-10

图1-10 圣地亚哥数字高程（DEM）图像图1-11ER Mapper显示的坡度图像2．装入滤波，建立斜坡度图像

①在主菜单上，点击“Edit Filter (Kernel)”按钮。

②在滤波窗口中，打开文件夹按钮。

③输入滤波文件名：\kernel\filters_DEM\slope_degrees.ker。

④在主菜单上，点击“99% Contrast enhancement”按钮。

经过内部计算，ER Mapper显示出了坡度图像，陡坡的斜面以亮灰色显示，平缓的斜面以暗灰色显示，如图1-11。

斜坡是地面陡度的一个测量尺度。是地形表面给定区域附近高程的变化率。

这个滤波产生的斜坡值是斜面与水平面的角度值，变化范围从0度（平坦地形）到90度（垂直地形）。

ER Mapper也提高了一种百分率计算的斜坡，滤波文件为slope_percent.ker。

3．装入不同滤波文件，产生方位图像