第六章遥感图像处理

3) 地表曲率的影响
像点位移
像元对应于地面宽度的不等
4) 大气折射的影响
N
P
大气折射的影响
第二节 多项式校正
几何畸变有多种校正方法，但常用的是一种通用的精校正方法、 适合在地形平坦，不需要高程信息，或地面起伏较大而无高程信 息。
校正后的图象是由等间距的网格点组成，且以地面为标准，符 合某种投影的均匀分布，图象中格网的交点可以看作是像元的中 心。
控制点的选取原则
2) 控制点的选取原则
控制点的选择要以配准对象为依据，以地面坐标为匹配标 准。
选取易分辨且较精细的特征点：道路交叉口、桥河叉点、 独立建筑物、城廓边界、飞机场等。
控制点要均匀分布。
第四节 遥感数字图像增强
1、图像增强的目的
增强目视效果 提高图像质量和突出所需信息，有利于分析判读或作进一
标”，或借助其他卫星进行的“交叉定标”
三、大气校正
L2 Lp L1
反射
30%
吸收
程
17%
辐
31%
散射
射
22%
漫入射
地表反射率R
A. 直方图最小值去除法
数字图像
直方图
B.回归分析法
假定某红外波段，存在程辐射为主的大气影响， 且亮度增值最小，接近0，为a波段；现在需要找到其 他波段相应的最小值，这个值一定比A波段最小值大 ，为b波段，以此为XY做回归，得到截距α ；以b图 象减去α ，就去掉程辐射。
Lb La
回归分析法
Lb La
辐射预处理方法的选择
直方图最小值法 回归分析法
较大区域或整幅影像 较小区域或局部影像
C.模型分析法
模型基于MODTRAN 大气辐射传输模型 计算建立的 查找表 （ look up table,LUT ） , 并 结 合 暗 元 目 标 法 （ dark object method,DOM）,利用遥感影像自身的信息对遥感影 像进行大气校正。该模型进行的影像逐像元的大气校正, 能够有效地降低大气中的大气分子、水汽、臭氧、气溶胶 粒子等对卫星遥感影像造成的影响,获得更加精确的地物 真实反射率,有利于遥感信息的进一步定量提取和专题解 译.
太阳高度校正
DN’=DN/(SIN P)
wenku.baidu.com
第三节 几何校正
当遥感图象在几何位置上发生了变化，产生 了行列不均匀，像元大小与地面大小对应不准确， 地物形状不规则变化时，遥感影象发生了几何畸 变。产生了平移、缩放、旋转偏扭、弯曲及其他 变形综合结果。
一、几何畸变产生的原因
遥感图像的几何变形误差可以分为静态误差和动态 误差两大类。静态误差指在成像过程中，传感器相 对于地球表面呈静止状态时所具有的各种变形误差； 动态误差则主要是由于在成像过程中地球的旋转所 造成的图像变形误差。
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3、彩色变换
彩色变换就是将黑白图像转换成彩色图像的方法。
主用的方法有单波段彩色变换、多波段彩色变换、HLS 变换等。
a.单波段彩色变换（密度分割）
单波段彩色变换就是指将某一单色波段的遥感图像的整 个亮度值，按照一定量分割成若干个等量或不等量间隔， 每一间隔赋予一种颜色，以控制成像系统的彩色显示， 就可得到一幅彩色密度分割图像。
地物（目标物）的辐射（反射）经过大气层时，与大气层发生散 射作用和吸收作用。吸收作用直接降低地物的辐射能量，引起辐 射畸变。散射作用除降低地物的辐射能量外，大气散射的部分辐 射还会进入传感器，直接叠加在目标地物的辐射能量之中，成为 目标地物的噪声，降低了图像的质量。
光照条件的不同也会引起辐射畸变，如太阳高度角、 地面坡度等，都会引起辐射的畸变。
2）三原色（三基色）：若三种颜色，其中任一 种都不能由其余两种颜色混合相加产生，这三种 颜色按一定比例混合，却可以形成各种色调的颜
色，称为三原色或三基色。
620-760nm
500-560nm
430-470nm
三原色通常采用红、绿、蓝三色
2、彩色合成法
彩色合成原理 通常利用三种基本色光按一定比例混合叠加而成各
地面分辨率/米
30 30 30 30 30 60 30 15
1、真彩色合成
在进行彩色合成时，要保持分解和还原过程中所采 用的滤光系统波段的一一对应关系，此时还原得到的彩 色与原物体或景观的色彩一样，称为（真）彩色合成。
利用数字技术合成真彩色图像时，是把红色波段 的影像作为合成图像中的红色分量、把绿色波段的影 像作为合成图像中的绿色分量、把蓝色波段的影像作 为合成图像中的蓝色分量进行合成的结果。
计算量增加，且对图 像起到平滑作用，从 而使对比度明显的分 界线变得模糊。
鉴于该方法的计算量和精度 适中，只要不影响应用所需 的精度，作为可取的方法而 常被采用。
3次卷 更好的图像质量，细节 积内 表现更为清楚。
插
计算量很大。
欲以三次卷积内插获得好的 图像效果，就要求位置校正 过程更准确，即对控制点选 取的均匀性要求更高。
第六章 遥感图像处理
6.1 遥感图像基础 6.2 辐射校正 6.3 几何校正 6.4 遥感数字图像增强
第一节 遥感图像基础
一、彩色图像特征
（一)色彩概述
1、颜色性质 颜色的性质用明度、色调、饱和度（颜色三
个最基本的特性）来描述 。
色调
色调：是色彩彼此相互区分的特性。
物体的色调决定于物体向外辐射的光谱组成，不 同色调的物体具有不同的辐射光谱。光谱的色调决 定于辐射的光谱组成对人眼所产生的感觉。
加色法
采用TM1（0.45-0.52um） TM2（0.52-0.62um） TM3（0.63-0.69um）
蓝（0.43-0.47um） 绿（0.50-0.56um） 红（0.62-0.76um）
2、假彩色合成
如果还原合成时破坏了滤光系统的这种对应关系， 合成生成的彩色则与原物体或景观的色彩不一致，称为 假彩色合成。
1) 传感器外方位元素变化
航高 （导致图象扫描行对应地面长度变化） 航速（卫星飞行速度不均、快-扫描超前、慢-扫描滞后） 俯仰：星下点俯时后移、仰时前移 翻滚（导致星下点在扫描方向偏移） 偏行（卫星在前进过程中，相对于原航向偏转了一个小角度，导
致图象畸变）
2) 地表起伏的影响
高差引起的像点位移
二、辐射定标
辐射定标是将传感器记录的电压或数字值转换成 绝对辐射亮度的过程，这个辐射亮度与传感器图 像构成特性无关。通过传感器辐射定标可以将传 感器输出值转换成云顶辐射亮度，它是定量遥感 中非常重要的过程。
辐射定标包括三个内容：
1）发射前的实验室定标 2）基于星载定标器的飞行中定标 3）在轨运行期间采用基于陆地或海面特性的“替代定
最近邻法 双向线性内插法 三次卷积内插法。
估算方法
1）最邻近法
估算方法
2）双线性内插法
估算方法
3）三次卷积法
计算方法－三种方法比较
方法
优点
缺点
提醒
最邻 简单易用，计算量小 近法
双线 性内 插法
精度明显提高，特别是 对亮度不连续现象或线 状特征的块状化现象有 明显的改善。
处理后的图像亮度具 有不连续性，影响精 确度
步的处理。
2、数字图像增强的方法有对比度变换、空间滤波、彩色变换、 图像运算、多光谱变换等等。
一、辐射增强
（一）直方图
直方图以图象亮度值和像元统计值所做的统计图。每一副图像都 可以求出其像元亮度值的直方图，观察直方图的形态，可以粗略 地分析图像的质量。
d.控制点的选取
1) 控制点数目的确定
n次多项式，控制点的最少数目为(n+1)(n+2)/2。
一次多项式至少需要3个控制点 二次多项式至少需要6个控制点 三次多项式至少需要10个控制点 一般(n+1)(n+2)/2个控制点只是解线性方程所需 的理论最少的点，这样少的点使校正后的图象效果 很差。控制点增加，计算方法改进，采用最小二乘 法，通过对控制点数据进行曲面拟合来求系数。 在条件允许的情况下，控制点数的选取都要大于最低数很多。
彩色合成可分为真彩色合成和假彩色合成。
Landsat-7TM技术参数
波段序号
1 2 3 4 5 6 7 PAN
波长范围/微米
0.45—0.52 0.52—0.6 0.63—0.69 0.76—0.90 1.55—1.75 10.4—12.5 2.08—2.35 0.50—0.90
波段名称
蓝色 绿色 红色 近红外 短波红外 热红外 短波红外 全色波段
输 入 图 象
统 计 直 方 图
按
按
等
等
级
级
划
赋
分
色
b.多波段彩色变换
多波段彩色变换就是指多波段图像中选出三个波段，分 别赋予红、绿、蓝三原色进行合成，得到彩色合成图像。
常用的波段组合有：真彩色合成图像、假彩色合成图像 等等。
真彩色合成图像 321 标准假彩色合成图像 432 假彩色合成图像 543
饱和度
黑白图像只有明度的差 别，没有色调和饱和度
饱和度：是指彩色的这纯两种洁特性程。 度。
图从左到右饱和度逐渐增大。物体的饱和度决定 于其反射特性。反射光谱越窄，物体的饱和度越高。
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颜色立体
A 理想颜色立体：
互补色、三原色
1）互补色：若两种颜色混合产 生白色或灰色，这两种颜色称为 互补色 。
2）重氮法：是利用重氮盐的化学反应处 理彩色单波段影像透明片的方法，各波段图 像可重叠阅读。
3）印刷法：是利用彩色制版和印刷工艺， 根据减色法原理进行的彩色合成。
2、光学增强处理
（1）改变对比度 （2）相关掩膜处理方法 （3）边缘突出 （4）显示动态变化
二、彩色增强
多波段彩色合成处理是依照彩色合成的原理，将 同一地区或同一幅彩色图象不同波段的分光黑白图象， 分别通过不同的滤光系统，并准确套准，生成彩色图 象的技术。
第二节 辐射校正
一、辐射误差产生的原因
遥感图像的辐射误差主要有三个因素 ❖ 传感器的光电变换 （…) ❖ 大气的影响(…) ❖ 光照条件 (…)
传感器在光电变换的过程中，对各波段的灵敏度是有差异的，也 就是说：
传感器对各波段的光谱响应是不同的，由此造成辐射畸变。
另外，传感器的光学镜头的非均匀性，会引起边缘减光， 也会造成图像辐射的畸变。
种色彩，称为三基色合成。
用三原色合成其它色彩的方法有两种（加色法、减 色法）。
1）加色法
红
黄
品
白
绿青
蓝
加色法是以红、绿、蓝三原色的两 种以上色光按一定比例混合，产生 其它色彩. A 两种基色光等量混合叠加，产生 一种补色光; B 红、蓝、绿三种基色光等量相加 为白光; C 当两种色光相加成为白光或灰色， 为互补色; D 非互补色色（光）不等量相加混 合，产生中间色。
遥感中最常见的假彩色图像是彩色红外合成的标准假 彩色图像。它是在彩色合成时，把近红外波段的影像作为 合成图像中的红色分量、把红色波段的影像作为合成图像 中的绿色分量、把绿色波段的影像作为合成图像中的蓝色 分量进行合成的结果。
采用TM4（0.76-0.9um）、TM3、TM2三波段， 分别通过红、绿、蓝滤光系统合成产生的彩 色图像则是标准假彩色图像。
品
蓝
青
（二）光学原理
1、光学彩色合成
（1）加色法彩色合成 1）合成仪法：是将不同波段的黑白透明片分
别放入有红、绿、蓝滤光片的光学投影通道中精确配 准和重叠，生成彩色影像的过程。
2）分层曝光法：指利用彩色胶片具有的三层 乳剂，使每一层乳剂依次曝光的方法。
（2）减色法彩色合成
1）染印法：是一种使用浮雕片、接受纸 和冲显染印药制作彩色合成影像的方法。
a.基本思路
b.具体步骤
1、寻找一种数学关系，建立变换前图象（x,y）与变换后 图象坐标 (u,v)的关系。 该变换按行逐点计算。 X=fx(u,v) Y=fy(u,v)
2、计算每一点像元的亮度值，一般来说，新点亮 度值介于邻点亮度值之间，所以常用内插法计算。
c.计算方法
计算方法 为了确定校正后图像上每点的亮度值，只要求出其 原图所对应点（x，y）的亮度。通常有三种方法：
四、太阳高度和地形校正
美国达特茅斯大学的Reeder博士对位于Grand的阔叶落叶 林区Landsat TM 4影像亮度值与入射角I余弦、坡度、高 程分别进行回归分析，发现影像亮度值与cosI之间具有高 度相关性，相关系数达0．64，而与坡度、高程的相关性 相对较低，相关系数仅有0．04和0．03.
2）减色法
是从自然光（白色光）中减去其中一种或两种基色光
而生成色彩的方法。
黄色＝红+绿＝白 – 蓝色
品红＝红+蓝＝白 - 绿色
青＝蓝+绿＝白 – 红色 青+品红＝白－（红+绿）＝蓝 黄+青＝白－（蓝+红）＝绿 黄+品红＝白-（蓝+绿）＝红 品红+青+黄＝白－（绿+红+蓝）
＝黑
黄
红
绿
黑