遥感导论 第四章

多光谱TM影像
TM1：0.45-0.52微米，蓝波段 TM2：0.52-0.60微米，绿波段 TM3：0.63-0.69微米，红波段， TM4：0.76-0.90微米，近红外波段 TM5：1.55-1.75微米，中红外波段 TM6：10.4-12.5微米，热红外波段 TM7：2.08-2.35微米，中红外波段
2.大气影响的粗略校正：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:
数字图像直方图：以每个像元为单位，横坐标代表像元灰度级，纵坐标代
表每一灰度级内像素占总像素数的比例。
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
2）确定每点的亮度值——原图像对应点的亮度 1）最近邻法：距离实际位置最近的像元的灰度值 作为输出图像像元的灰度值
2）双线性内插：取采样点周围4个像元的值参与计算，先计算 X方向（或Y方向）上线性内插，所得到的两个内插值再进行Y 方向（X方向）上一次内插。
ｆ（g1）＝Ｇ２＊（１－ β）＋Ｇ３＊β
回归分析校正法
◆操作方法：
令红外波段为a波段，其他波段的最小值一定比a波段的大，设为 b波段。两波段的像元亮度间具有相关性，以a波段亮度作为自变量、 b波段亮度作为函数，作 2维散点图进行线性回归分析。所得的截距被 当做为波段b中所具有的程辐射度。 回归方程为： y=a4+b4x；大气改正截距a4
RGB模型为图像中每一个像素RGB分量分配一个0~255范 围内的强度值。例如：
◆ 纯红色R值为255，G值为0，B值为0； ◆ 纯绿色G值为0，G值为255，B值为0； ◆ 纯蓝色B值为0，G值为0
，B值为 255 ；
◆ 灰色的R、G、B三个值相等（除了0和255）； ◆ 白色的R、G、B都为255； ◆ 黑色的R、G、B都为0。
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。 • 由于传感器自身的性能技术指标偏移标称数值 所造成的。 2）地形起伏的影响：产生像点位移。 3）地球表面曲率的影响：像点位置的移动 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。
（2）多波段色彩变换
• 概念：
依照加色法彩色合成原理，选择遥感影像的 某三个波段，分别赋予红、绿、蓝三原色， 合成彩色影像 • 合成方案：真彩色合成、假彩色合成 • 例如： TM：Band3、2、1 display as RGB，称为真彩色合成。 TM：Band4、3、2 display as RGB，称为标准假彩色合成。
◆大气对辐射的影响
■ 由于大气吸收、散射作用，大气会消弱原信号强度； 同时部分散射光、反射光直接或间接进入传感器，成为干扰 信息。 ■ 最终表现为：减少了图像的对比度，图像具有灰雾状。
1.大气影响的定量分析 ： 2.大气影响的粗略校正：
1.大气影响的定量分析 对传感器接收影响较大的是吸收和散射。 到达传感器的辐射亮度：
RGB图像只使用三种颜色，就可以使它们按照不同的比例 混合，在屏幕上重现16777216种颜色。
3、彩色变换
彩色的视觉分辨能力比黑白高，方法： 单波段的彩色：密度分割 多波段的彩色：彩色合成 HLS变换
（1）单波段彩色变换（假彩色密度分割）
①
概念：单波段黑白遥感 图像可按亮度分层，对 每层赋予不同的色彩， 使之成为一幅彩色图像。 这种方法又叫密度分割。 分层方案的确定： 分层方案与地物光谱 差异对应合适，可以 较好地区分地物类别。
• 第一是遥感图像的粗加工处理； • 第二是遥感图像的精加工处理。
几何粗校正：针对卫星运行和成像过程中引起 的几何畸变进行的校正，仅作系统误差校正。 几何精校正：消除图像中的几何变形，产生一 幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像
精校正基本原理：利用图像坐标和地面坐标（另 一图像坐标、地图坐标等）之间的数学关系，即 输入图像和输出图像间的坐标转换关系实现。
◆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。
◆引起辐射畸变的原因：
◆传感器仪器本身产生的误差
■ 仪器系统工作产生的误差——导致了接收的图像不均匀， 产生条纹和噪声。 ■ 主要表现：灰度失真疵点、离散的灰点、条状和环状干 扰、亮度边缘值缺失等亮度失真。
第二节 数字图像的校正
§4.2.1 数字图像 §4.2.2 辐射校正 §4.2.3 几何校正
1、卫星上的传感器所接受的信号除了地物直接反 射的信息外，还混入了其他途径来的辐射，需要做 辐射校正把它们去掉。请分析有几种其他辐射进入 传感器。有哪些校正方法？ 2、介绍回归分析方法。 3、如果不作几何校正，遥感影像有什么问题？ 几 何校正分哪几步进行？ 4、什么是最小二乘法？
颜色对比：在视场中，相邻区域的不同颜色相互影响。
2、颜色模型（1）———HLS
颜色的性质由明度、色调、饱和度来描 述
明度（Lightness, 强度, Intensity）
色调（Hue） 饱和度(Saturation)
明度
饱和度
彩色纯洁的程度，即光谱中波长段是否窄，频率是 否单一的表示。
颜色立体
任何颜色都可以用三个坐标值：色调、明 度、饱和度表示。
2、颜色模型（2）———RGB
加色法原理
◆
三原色： 红、绿、蓝。 ◆ 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。
红＋绿＝黄 红＋蓝＝品红 蓝＋绿＝青 红＋蓝＋绿＝白
• RGB模型 (Red, Green, Blue)
（1）、卫星姿态引起的图像变形
位Hale Waihona Puke Baidu变化
速度变化
高度变化
(dα)
侧翻变化
俯仰变化
(dω )
(dκ )
偏航变化
（3）地球表面曲率的影响
地球曲率引起的像点位移类似于地形起伏引起 的像点位移。Δh看作是一种系统的地形起伏， 就可以利用像点位移公式来估计地球曲率所引 起的像点位移。 地球曲率的变形图示
（4）大气折射的影响
具体步骤 ： 1）像素坐标的变换
（利用数学模拟——多项式来描述） （从理论上讲，任何曲面都能用适当高次的 多项式来拟合。）
2）计算每一点的亮度值。
1）数学模拟——二元n次多项式
常采用：二元二次多项式
◆ 需找6个已知对应点，这些已知坐标的对应点为 控制点。 ◆ 代入控制点求出坐标变换函数式的系数，确立 坐标变换函数式
◆ 在HLS域，亮度L分量与地物表面粗糙度相对应， 代表地物的空间几何特征，色调H分量代表地物的主要 频谱特征，饱和度S表征色彩的纯度。
遥感影像色彩与反射率的对应
������ ■ 传感器接收电磁能量，用化学方法、光电转
换
方法将能量记录下来。但是无论是胶片上各点 化学反应的程度、还是数字记录，人还是无法 直接从中快速获取信息。 ■ 因此，人们通过一定的规则：对记录介质
大气密度分布从下向 上越来越小，折射率 也不断变化，折射后 的辐射传播不再是直 线而变成了曲线，从 而引起像点的位移。
（5）地球自转的影响
卫星自北向南运行的同时， 地球自西向东自转，相对 运动使卫星的星下点位置 逐渐向西平移，最终使得 图像发生扭曲。
2 几何畸变校正
遥感图像的几何处理包括两个层次。
红
60
61 58
60
57
y
( xi , yi )
( xi , yi )
^
外
波 段
125 69 67 70
y a bx
^
所 求
64
61 54
60
61 60
47
64 74
波
段
x1
x
4.2.3几何校正
思考 •为什么要进行图象的几何处理? •几何处理的内容是什么?
◆ 我们得到的图象一般是未经几何处理的图象，不能 直接应用，必须将其投影到需要的地理坐标系，对图象 进行几何纠正和我们所需要的坐标系一致。研究遥感图 像几何变形的前提是必须确定一个图像投影的参照系统， 即地图投影系统。 ◆ 遥感图像成图时，由于各种因素的影响，图像本身 的几何形状与其对应的地物形状往往是不一致的。
������ 上
的记录值与色彩之间建立对应关系.
遥感影像对应颜色的法则：������
◆单个工作波段上的影像显示为黑白影像:
反射率大——明亮的白色，反射率小——近黑色的灰 色，反射率居中——不同程度的灰色表示。������ ◆单个工作波段上的影像表示为某种不同明度的颜色: 用某种颜色的不同明实现，明亮度——反射率最低， 明亮度大——反射率高，不同程度明亮度代表中间过 度的反射率。������ ◆单个工作波段上的影像表示为彩色: 反射率越大——越明亮的色彩，反射率越小——明亮 度越小的色彩。������ ◆三个工作波段的影像可以叠加显示为彩色：利用三 原色原理，三幅影像分别对应三原色叠加在一起。
4.2.1数字图像
◆数字图像：光学图像是模拟量，经采样 和灰度级量化后成为数字量——数字图像。 光学图像是连续的，而数字图像是离散的。
■
一般，灰度值从0到255，共有256级灰阶。
◆数字图像的表示：矩阵函数
数字图象
1
HOME
4.2.2辐射校正（Radiometric correction ）
• 进入传感器的辐射强度反映在图像上就是亮度 值（灰度值）。辐射强度大，亮度值（灰度值） 就大。 • 该值主要受两个物理量影响：一是太阳辐射照 射到地面的辐射强度，二是地物的光谱反射率。
（3）HLS变换
◆ HLS变换是从RGB模式转换到HLS模式， 是颜色从RGB数学表达到另一种数学表达的 定量化转换过程。
◆ RGB是从物理学角度出发描述颜色，HLS则是从人 眼的主观感觉出发描述颜色。该模型是目前使用较为 广泛的融合方法。
变换前红、绿、蓝各波段归一化[0，1]亮度值表示为： Lr、Lg、Lb，三者中最大为Lmax ，最小为Lmin
像元数百分比/% 像元数百分比/% 亮度值
亮度值
调整前直方图
调整后直方图
（2）回归分析法
一般来说，大气影响散射主要影响短波部分，其强度随波长的增加 而减小，到红外波段可能接近于零。把它作为无散射影响的标准图 像，通过对不同波段图像的对比分析来计算大气影响。
◆基本思想：
以红外波段最低值校正可见光波段。把红外图象当作无散 射的标准图象。
第四章 遥感图像处理
●
光学原理
●
●
数字图像的校正
数字图像增强
● 多源信息复合
第一节 光学原理
1、光与色有什么不同？ 2、你知道的颜色模型有哪些？
3、彩色变换的方法有哪些？
1、光和颜色
光是色的源泉
色是光的表现
颜色是人的视 觉系统对可见 光的感知结果， 感知到的颜色 由光波的波长 决定。
颜色视觉
亮度对比：视场中对象与背 景的亮度差与背景亮度之比 C=（L对象-L背景）/L背景
黑白色只用明度描述，不用色调、饱和度描述。
不完全饱和
完全饱和
不完全饱和
HLS模型——颜色立体
◆ 色调在0到360度的标准色轮上，色相是按位置计 量的。 ◆ 饱和度用色相中灰色成分所占的比例来表示，0% 为纯灰色，100%为完全饱和。 ◆ 明度是指颜色的相对明暗程度，0%定义为黑色， 100%定义为白色。
◆太阳经大气衰减后照射到地面，经地面反射后，又经大 气第二次衰减进入传感器的能量； 透过率小于1（L1） ◆各个方向散射光又以漫入射照射地物，经地物反射进入 传感器。(L2) ◆各个方向散射光直接进入传感器。(LP) ——程辐射度
进入传感器的辐射能的组成： L=L1λ+L2λ+LPλ
大气的主要影响是减少了图像的对比度，使原始信 号和背景信号都增加了因子，图像质量下降。
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。
直方图
（１）直方图最小值去除法
基本思路:每幅图像上都有辐射亮度或反射亮度应
为零的地区（阴影、深海水体），而事实上并不等 于零,此值应该是程辐射度值。将每一波段中每个 像元值都减去本波段的最小值可消除程辐射度影响。 最小值从直方图中发现。
3）三次卷积内插：取采样点周围16个像元的值参与计算，先对 X方向上的像元值进行卷积运算，再对所得到的4个值进行Y方向 上的卷积运算。
a=x-i
-a(1-a) 2
1-2a2+a3 a(1+a-a3) a2(a-1) 邻近点对投影点的权重，表示邻近点到投影点的距离
◆ 最近邻法计算量最小，但处理后的图像的亮 度具有不连续性，线性地物易产生锯齿状。 ◆ 双线性内插法的精度和计算量适中，并带有 低通滤波（平滑）的效果，细节信息丢失， 边缘受到一定的平滑作用。 ◆ 三次卷积法内插精度高且带有边缘增强的效 果，缺点是运算量大。