遥感制图第四章 遥感影像图的增强、复原与融合
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⑤ i0(x,y)exi'p (x,[y)] r0(x,y)exr'p (x,[y)]
g(x,y)i0(x,y)r0(x,y)
应用举例
原始影像
同态滤波后影像
辐射均匀性校正方法3- Retinex法
Retinex理论
✓ 为什么叫做 Retinex? ▪ — Retinex：Retina(视网膜)+cortex(大脑皮层)； ▪ — 一种跨越了影像和人类视觉鸿沟的方法
Mask法用于遥感影像辐射均匀性校正
算法流程图
输入影像
低通滤波
背景影像
相减运算 拉伸处理 输出影像
这里，低通滤波 采用高斯滤波，且 高斯核的大小随影 像 尺寸的增大而增大
应用举例
原始影像
Mask校正后影像
辐射均匀性校正方法2-同态滤波法
原理 ▪ 图象的灰度由照射分量和反射分量合成。反射 分量反映图象内容，随图象细节不同在空间上 作快速变化。照射分量在空间上通常均具有缓 慢变化的性质。 ▪ 照射分量的频谱落在空间低频区域，反射分量 的频谱落在空间高频区域。
辐射均匀性校正方法3- Retinex法
Retinex原理
▪ 影像可以分为两部分：光照分量与反射分量，二者 的乘积即为影像本身。
▪ 通过视网膜和大脑皮层的神经反馈与处理，人眼最 终感受到的是由每个点的反射值组成的影像，这一 幅影像不会因为光照条件的变化而发生变化，即保 持了影像的亮度和色彩恒常性。因此，Retinex理 论属于一种恒常理论。
特点 ▪ 频率域运算 ▪ 消除不均匀照度的影响, 增强图象细节。
辐射均匀性校正方法2-同态滤波法
图像的照度-反射模型
f(x,y)i(x,y)r(x,y)
▪ 其中 i(x, y) 为照度，r(x, y) 为反射系数
同态滤波的目的：消除不均匀照度的影响而又不 损失图象细节。
同态滤波流程图：
①
输入影像 f(x,y) ln
Mask法用于遥感影像辐射均匀性校正
模型
I(x ,y ) I(x ,y ) B (x ,y )
其中，I (x,表y) 示不均匀光照影像， I (表x , 示y ) 理
想条件下受光均匀的影像，即通过均匀性校正后 的影像， 表B (示x, 背y ) 景影像。
由此模型可以看出，辐射不均匀影像可以看 做是由辐射均匀影像叠加了一个背景影像的结果。 如果能很好的模拟出背景影像，并将其从原影像 中减去即可得到辐射均匀的影像。
Z (u ,v ) I(u ,v ) R (u ,v )
③ 确定H(u,v) 压缩i(x,y)分量的变化范围，削弱I(u,v)； 增强r(x,y)分量的对比度，提升R(u,v)，增强细
节。
S ( u ,v ) H ( u ,v ) I ( u ,v ) H ( u ,v ) R ( u ,v )
②
③
FFT H(u,v)
输入影像 g(x,y) exp
⑤
FFT-1
④
具体步骤：
① z ( x ,y ) lf n ( x ,y ) li ( n x ,y ) lr ( n x ,y )
F F F ② [ z ( x ,y ) ] [i ( x l ,y ) n ] [r ( l x ,y n )]
5.5 空间域复原法
无约束复原法 有约束复原法
无约束复原法
由退化模型可得：
g f mhxmn
m
希望找到一个pf，Leabharlann Baidu得噪声项
n 2 gHf 2
即最小化
Jf gHf 2
ngHf
最小 得到：
f (HTH)1(HTg)
有约束复原法
无约束复原法基础上附加一定的约束条件
JfgHf 2L(f)
得到：
非地物变化因素造成的图像中辐射值的变化往往 使整幅影像呈现出灰度不均匀的现象，称这种现 象为辐射不均匀现象。
辐射不均匀对遥感影像成图、变化检测等图像后 续处理工作均会造成影响，因此，消除辐射不均 匀的影响，即进行辐射均匀性校正，是对遥感影 像后续应用的前提和保证。
辐射不均匀影像举例
辐射均匀性校正方法1- Mask法
JfgH f 2Q f 2
若Q为单位矩阵、拉普拉斯算子等
f HTHQTQ1HTg
影像去噪
噪声影像
高斯滤波(PSNR=22.21) MAP方法(PSNR=23.17)
影像去模糊
原始遥感2号影像
去模糊影像
辐射均匀性校正
在遥感数据的获取过程中，引起图像中辐射值变 化的因素有：地物变化和光照、大气、成像位置 等成像条件的变化。
Mask原理
▪ Mask技术是摄影中一种影像复制方法。用一张模 糊的透明正片作为遮光板，这张影像模糊的或边缘 不清晰的透明正片称为Mask，然后将这张模糊的 透明正片和负片按轮廓线叠加在一起，使用硬性相 纸晒像使得负片中大反差减小、小反差增大，以达 到反差基本一致，最终得到一张照度与颜色均匀并 且反差适中的相片，即恢复影像。
具体步骤：
确定H(u,v)
rH>1
由于该种形式的滤波
器与高通滤波器相似， 我们可以通过稍微修
rL<1
改Gassian滤波器来
得到：
H (u ,v ) (H L )[ 1 e c (D 2 (u ,v )/D 0 2 )]L
具体步骤：
F ④ i'(x ,y) 1 [H (u ,v )I(u ,v )] F r'(x ,y ) 1 [H (u ,v )R (u ,v )]
《遥感制图》
第四章 遥感影像图的增强、复 原与融合
沈焕锋
武汉大学 资环与环境科学学院
shenhf@whu.edu.cn
遥感影像增强
灰度变换 模板、掩模、滤波 平滑 锐化 高通 低通 空间域、频率域 伪彩色、假彩色 加、减、乘、除运算
影像复原基本概念
图像增强和图像复原是相交叉的领域，但图像增强 主要是一个主观、探索性的过程，为了人的视觉系统 的生理接受特点而设计一种改善影像的方法；而图像 复原大部分过程是一个客观过程，试图利用退化现象 的某种先验知识来重建或复原被退化的影像，即复原 或重建技术把退化模型化，并且采用相反的过程进行 处理。
✓ 起源 ▪ — 最早由 Edwin Land 于1963年提出； ▪ — 它是一种人类视觉对亮度和色彩感观的模型；
▪ — 1977年 E.Land 在美国科学杂志上发表了The Retinex Theory of Color Vision
✓ 无理论，只有实验验证了Retinex ▪ — 一种自动的影像处理过程； ▪ — 独立于屏幕显示变量
g(x,y)i0(x,y)r0(x,y)
应用举例
原始影像
同态滤波后影像
辐射均匀性校正方法3- Retinex法
Retinex理论
✓ 为什么叫做 Retinex? ▪ — Retinex：Retina(视网膜)+cortex(大脑皮层)； ▪ — 一种跨越了影像和人类视觉鸿沟的方法
Mask法用于遥感影像辐射均匀性校正
算法流程图
输入影像
低通滤波
背景影像
相减运算 拉伸处理 输出影像
这里，低通滤波 采用高斯滤波，且 高斯核的大小随影 像 尺寸的增大而增大
应用举例
原始影像
Mask校正后影像
辐射均匀性校正方法2-同态滤波法
原理 ▪ 图象的灰度由照射分量和反射分量合成。反射 分量反映图象内容，随图象细节不同在空间上 作快速变化。照射分量在空间上通常均具有缓 慢变化的性质。 ▪ 照射分量的频谱落在空间低频区域，反射分量 的频谱落在空间高频区域。
辐射均匀性校正方法3- Retinex法
Retinex原理
▪ 影像可以分为两部分：光照分量与反射分量，二者 的乘积即为影像本身。
▪ 通过视网膜和大脑皮层的神经反馈与处理，人眼最 终感受到的是由每个点的反射值组成的影像，这一 幅影像不会因为光照条件的变化而发生变化，即保 持了影像的亮度和色彩恒常性。因此，Retinex理 论属于一种恒常理论。
特点 ▪ 频率域运算 ▪ 消除不均匀照度的影响, 增强图象细节。
辐射均匀性校正方法2-同态滤波法
图像的照度-反射模型
f(x,y)i(x,y)r(x,y)
▪ 其中 i(x, y) 为照度，r(x, y) 为反射系数
同态滤波的目的：消除不均匀照度的影响而又不 损失图象细节。
同态滤波流程图：
①
输入影像 f(x,y) ln
Mask法用于遥感影像辐射均匀性校正
模型
I(x ,y ) I(x ,y ) B (x ,y )
其中，I (x,表y) 示不均匀光照影像， I (表x , 示y ) 理
想条件下受光均匀的影像，即通过均匀性校正后 的影像， 表B (示x, 背y ) 景影像。
由此模型可以看出，辐射不均匀影像可以看 做是由辐射均匀影像叠加了一个背景影像的结果。 如果能很好的模拟出背景影像，并将其从原影像 中减去即可得到辐射均匀的影像。
Z (u ,v ) I(u ,v ) R (u ,v )
③ 确定H(u,v) 压缩i(x,y)分量的变化范围，削弱I(u,v)； 增强r(x,y)分量的对比度，提升R(u,v)，增强细
节。
S ( u ,v ) H ( u ,v ) I ( u ,v ) H ( u ,v ) R ( u ,v )
②
③
FFT H(u,v)
输入影像 g(x,y) exp
⑤
FFT-1
④
具体步骤：
① z ( x ,y ) lf n ( x ,y ) li ( n x ,y ) lr ( n x ,y )
F F F ② [ z ( x ,y ) ] [i ( x l ,y ) n ] [r ( l x ,y n )]
5.5 空间域复原法
无约束复原法 有约束复原法
无约束复原法
由退化模型可得：
g f mhxmn
m
希望找到一个pf，Leabharlann Baidu得噪声项
n 2 gHf 2
即最小化
Jf gHf 2
ngHf
最小 得到：
f (HTH)1(HTg)
有约束复原法
无约束复原法基础上附加一定的约束条件
JfgHf 2L(f)
得到：
非地物变化因素造成的图像中辐射值的变化往往 使整幅影像呈现出灰度不均匀的现象，称这种现 象为辐射不均匀现象。
辐射不均匀对遥感影像成图、变化检测等图像后 续处理工作均会造成影响，因此，消除辐射不均 匀的影响，即进行辐射均匀性校正，是对遥感影 像后续应用的前提和保证。
辐射不均匀影像举例
辐射均匀性校正方法1- Mask法
JfgH f 2Q f 2
若Q为单位矩阵、拉普拉斯算子等
f HTHQTQ1HTg
影像去噪
噪声影像
高斯滤波(PSNR=22.21) MAP方法(PSNR=23.17)
影像去模糊
原始遥感2号影像
去模糊影像
辐射均匀性校正
在遥感数据的获取过程中，引起图像中辐射值变 化的因素有：地物变化和光照、大气、成像位置 等成像条件的变化。
Mask原理
▪ Mask技术是摄影中一种影像复制方法。用一张模 糊的透明正片作为遮光板，这张影像模糊的或边缘 不清晰的透明正片称为Mask，然后将这张模糊的 透明正片和负片按轮廓线叠加在一起，使用硬性相 纸晒像使得负片中大反差减小、小反差增大，以达 到反差基本一致，最终得到一张照度与颜色均匀并 且反差适中的相片，即恢复影像。
具体步骤：
确定H(u,v)
rH>1
由于该种形式的滤波
器与高通滤波器相似， 我们可以通过稍微修
rL<1
改Gassian滤波器来
得到：
H (u ,v ) (H L )[ 1 e c (D 2 (u ,v )/D 0 2 )]L
具体步骤：
F ④ i'(x ,y) 1 [H (u ,v )I(u ,v )] F r'(x ,y ) 1 [H (u ,v )R (u ,v )]
《遥感制图》
第四章 遥感影像图的增强、复 原与融合
沈焕锋
武汉大学 资环与环境科学学院
shenhf@whu.edu.cn
遥感影像增强
灰度变换 模板、掩模、滤波 平滑 锐化 高通 低通 空间域、频率域 伪彩色、假彩色 加、减、乘、除运算
影像复原基本概念
图像增强和图像复原是相交叉的领域，但图像增强 主要是一个主观、探索性的过程，为了人的视觉系统 的生理接受特点而设计一种改善影像的方法；而图像 复原大部分过程是一个客观过程，试图利用退化现象 的某种先验知识来重建或复原被退化的影像，即复原 或重建技术把退化模型化，并且采用相反的过程进行 处理。
✓ 起源 ▪ — 最早由 Edwin Land 于1963年提出； ▪ — 它是一种人类视觉对亮度和色彩感观的模型；
▪ — 1977年 E.Land 在美国科学杂志上发表了The Retinex Theory of Color Vision
✓ 无理论，只有实验验证了Retinex ▪ — 一种自动的影像处理过程； ▪ — 独立于屏幕显示变量