第四章遥感图像处理

第四章遥感图像处理

目的与要求：熟悉光学遥感图像处理的原理；掌握数字图像处理的工作原理、工作流程；掌握几何校正、辐射校正的原理

重点及难点：遥感图像的几何纠正、辐射校正。

教学法：讲授法、演示法

教学过程：

第一节遥感数字图像的校正

一、数字图像及其直方图

1 数字图像

数字图像：遥感数据有光学图像和数字图像之分。数字图像是能被计算机存储、处理和使用的用数字表示的图像。

数字化：将连续的图像变化，作等间距的抽样和量化。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。

数字图像的表示：矩阵函数

2 数字图像直方图

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。

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。

二、辐射校正

1、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

2、大气散射校正

2.1大气影响的定量分析

2.2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

三几何校正

1、遥感图像的几何变形有两层含义

卫星在运行过程中，由于姿态、地球曲率、地形起伏、地球旋转、大气折射、以及传感器自身性能所引起的几何位置偏差。

图像上像元的坐标与地图坐标系统中相应坐标之间的差异。

2、卫星姿态引起的图像变形

3、地形起伏的影响

4、地球曲率

5、大气折射

6、地球自转的影响

7、遥感图像几何校正方法

几何粗校正：这种校正是针对引起几何畸变的原因进行的，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。

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。

2.1、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。

2.2、具体步骤

步骤一：选取控制点

(1)地面控制点在图像上有明显的、清晰的定位识别标志，如道路交叉点、河流叉口、建筑

边界等。

(2)地面控制点上的地物不随时间而变化地面控制点应当均匀地分布在整幅图像内，且要有一定的数量保证。地面控制点的数量、分布和精度直接影响几何纠正的效果。

步骤二：数据的空间变换

（1）二元多项式近似的基本原理

设两幅图像坐标系统间几何畸变关系可描述为：

x’=h1(x,y) y’=h2(x,y)

在未知情况下， h1(x,y)和h2(x,y)可用二元多项式来近似

（2）空间坐标的计算问题

向前映射法（直接法）

向后映射法（间接法）

两种映射方法的对比

对于向前映射：每个输出象素的灰度要经过多次运算；

对于向后映射：每个输出象素的灰度只要经过一次运算。

步骤三：像元灰度插值

插值方法

（1）最近邻插值

在待求像素的四个邻近像素中，输出象素的灰度等于离它所映射位置最近的输入象素的灰度值。

（2）双线性插值

利用待求像素四个邻近像素的灰度在两个方向作线性内插；

问题描述：单位正方形顶点已知，求正方形内任一点的f(x,y)值。

假设f(0,0)=2,f(1,0)=3,f(0,1)=1,f(1,1)=4

则 f(x,y)=x-y+2xy+2

对(i,j+v)，f(i,j)到f(i,j+1)的灰度变化为线性关系，有f(i,j+v)=[f(i,j+1)-f(i,j)]v+f(i,j)

同理，对(i+1,j+v)有

f(i+1,j+v)=[f(i+1,j+1)-f(i+1,j)]v+f(i+1,j)

从f(i,j+v)到f(i+1,j+v)的灰度变化也为线性关系

待求像素（任一点像素）的计算式为

双线性插值需要得到四个未知参数——利用四个已知点

双线性插值特点

计算中较为充分的考虑相邻各点的特征，具有灰度平滑过渡特点

一般情况下可得到满意结果

具有低通滤波特性，使图像轮廓模糊

平滑作用使图像细节退化，尤其在放大时不连续性会产生不希望的结果

(3)三次内插法（高阶插值）

利用待插值点周围的16个邻点像素值

三次内插法算法特点

可使待求点的灰度值范围更好的模拟实际可能值

可取得更好的视觉效果

三次内插法突出的优点是高频信息损失少，可将噪声平滑

计算量大为增加

2.3、内插方法的选择

内插方法的选择除了考虑图像的显示要求及计算量，还要考虑内插结果对分类的影响

当纹理信息为主要信息时，最邻近采样将严重改变原图像的纹理信息

但当灰度信息为主要信息时，双线性内插及三次内插法将减少图像异质性，增加图像同质性，其中，双线性内插方法使这种变化更为明显

四遥感数据的镶嵌处理

数字影像镶嵌是将两幅或多幅数字影像(它们有可能是在不同的摄影条件下获取的)拼在一起，构成一幅整体图像的技术过程。在遥感应用中，影像镶嵌有着重要的应用。

数字影像镶嵌原理：影像镶嵌的原理是：如何将多幅影像从几何上拼接起来，这一步通常是先对每幅图像进行几何校正，将它们规划到统一的坐标系中，然后对它们进行裁剪，去掉重叠的部分，再将裁剪后的多幅影像装配起来形成一幅大幅面的影像。

第二节遥感数字图像的增强处理

目的：采用一系列技术去改善图图象保真象的视觉效果，或将图象转换成一种更适合于人或机器进行分析处理的形式。图象增强并不以为准则，而是有选择地突出某些对人或机器分析有意义的信息，抑制无用信息，提高图象的使用价值。

方法:

空间域处理

全局运算：在整个图象空间域进行。

局部运算：在与象素有关的空间域进行。

点运算：对图象作逐点运算。

频域处理

在图象的Fourier变换域上进行处理。

一、辐射增强

1．线性变换

假定原图像f(i, j)的灰度范围为［a, b］，希望变换后图像g(i, j)的灰