遥感数字图像处理：图象显示和拉伸

彩色变换：多波段彩色变换
TM标准假彩色合成图像
TM7(R)、4(G)、2(B)
彩色变换：多波段彩色变换
TM3(R)、2(G)、1(B)
TM4(R)、5(G)、3(B)
3. 图像拉伸（对比度变换）
拉伸是最基本的图像处理方法，主要用来 改善图像显示的对比度。
拉伸以波段为处理对象，通过对波段中的 单个象素值的处理来实现增强的效果。图 像的直方图是选择拉伸的基本依据。
图象显示和拉伸
主要内容：
1.数字图像的显示（自学为主） 2.图像的彩色合成 3.图像拉伸
2.彩色合成：
亮度值的变化可以改善图像的质量，但就人眼 对图像的观察能力而言，一般正常人眼只能分辨 20级左右的亮度级，而对彩色的分辨能力则可达 100多种，远远大于对黑白亮度值的分辨能力。不 同的彩色变换可大大增强图像的可读性。 彩色合成（彩色增强）可分为：
直方图均衡就是把一已知灰度概率分布的图像， 经过一种变换，使之演变成一幅具有均匀灰度概率分 布的新图象。
直方图均衡化目标
直方图均衡化
图象均衡化处理后，图象的直方图是平直的， 即各灰度级具有相同的出现频数，那么由于灰 度级具有均匀的概率分布，图象看起来就更清 晰了。
3.4.1 直方图均衡
直方图均衡化
假彩色合成：多波段彩色变换
实际应用时，应根据不同的应用目的经实验、 分析，寻找最佳合成方案，以达到最好的目 视效果。通常，以合成后的信息量最大和波 段之间的信息相关最小作为选取合成的最佳 目标，例如，TM的4，5，3波段依次被赋予 红、绿、蓝色进行合成，可以突出较丰富的 信息，包括水体、城区、山区、平原及线性 特征等，有时这一合成方案甚至优于标准的 4，3，2波段的假彩色合成
伪彩色合成 真彩色合成 假彩色合成
模拟真彩色合成
伪彩色合成：单波段彩色变换
把黑白图象处理成彩色图像的过程称为 伪彩色图象。
灰度分层法：
把黑白图像的灰度级分成若干层 次，在每个层次上赋予颜色，则可得 到图像的伪彩色图像。
例如，亮度0～10为第一层，赋值1，11～15为第二层， 赋值2，16～30为第三层，赋值3，等等，再给1，2，3等 分别赋不同的颜色，于是生成一幅彩色图像。目前计算 机显示彩色的能力很强，理论上完全可以将256层的黑白 亮度赋予256种彩色，因此彩色变换很有前景。
3.拉伸的方法
灰度变换法 ✓线性变换 ✓对数变换 ✓指数变换
直方图调整法 ✓直方图均衡化 ✓直方图匹配
3.1 线性拉伸和窗切片
又称灰度比例尺变换。属于一点对一点的逐点变 换。
g G( f )
典型变换式：
f g G( f ) ( f a) ga
( f b) gb
0 f a a f b b f L
假彩色合成：多波段彩色变换
(根据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、蓝三种原色，就可以合成彩色影像。)由 于原色的选择与原来遥感波段所代表的真实颜色不同，因 此生成的合成色不是地物真实的颜色，因此这种合成叫做 假彩色合成。
多波段影像合成时，方案的选择十分重要，它决定了彩色 影像能否显示较丰富的地物信息或突出某一方面的信息。 以陆地卫星Landsat的TM影像为例，TM的7个波段中，第2波 段是绿色波段（0．52～0．60μm），第4段波段是近红外 波段（0．76～0．90μmp，当4，3，2波段被分别赋予红、 绿、蓝色时，即绿波段赋蓝，红波段赋绿，红外波段赋红 时，这一合成方案被称为标准假彩色合成，是一种最常用 的合成方案。
因此，只要掌握地物光谱的特点，就可以获得 较好的地物类别图像。
当地物光谱的规律性在某一影像上表现不太明显 时，也可以简单地对每一层亮度值赋色，以得到彩 色影像，也会较一般黑白影像的目视效果好。
真彩色合成：
根据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、蓝三种 原色，就可以合成彩色影像。如果原色的选 择与原来遥感波段所代表的真实颜色相同， 生成的合成色能真实或近似反映地物本来的 颜色，称真彩色合成
均衡化前后直方图比较
直方图均衡化
直方图均衡化
直方图均衡化实质上是减少图象的灰度 级以换取对比度的加大。在均衡过程中， 原来的直方图上频数较小的灰度级被归 入很少几个或一个灰度级内，故得不到 增强（压缩）。若这些灰度级所构成的 图象细节比较重要，则需采用局部区域 。
伪彩色增强
原始图像
伪彩色增强结果图像
对于遥感影像而言，将黑白单波段影像赋上彩色 总是有一定目的的，如果分层方案与地物光谱差异 对应得好，可以区分出地物的类别。 例如：在红外波段，水体的吸收很强，在图像 上表现为接近黑色，这时若取低亮度值为分割点并 以某种颜色表现则可以分离出水体；
砂地反射率高，取较高亮度为分割点，可以从 亮区以彩色分离出砂地。
原始图象
非线性灰度变换 对数效应
非线性灰度变换 指数效应
分段线性化 出现假轮廓
原始图象
非线性亮度变换 对数效应
非线性亮度变换 指数效应
3.3 直方图调整法
直方图：表示该图像中各种不同的灰度级像素出现的
相对频率。 Photoshop/Image/Histogram功能
3.3.1 直方图均衡法
L
gb
ga 0 ab L
几种特殊形式(窗口切片）：
对比度的拉伸和窗切片可以用Photoshop中的 Image/adjust/curves来实现
可以通过LUT(Lookup Table)来实现
对数变换
指数变换
灰度翻转
特例： 噪声限幅
主要用于抑制暗或亮区的噪声
3.2 非线形变换
常用指数变换和对数变换， 用于曝光不均匀等。 如：白天曝光过度，夜晚曝光不足等。
直方图均衡化 灰度动态范围扩展
直方图匹配
修改一幅图象的直方图，使得它与 另一幅图象的直方图匹配或具有一 种预先规定的函数形状。
目标：突出我们感兴趣的灰度范围， 使图象质量改善。
连续灰度的直方图原图
连续灰度的直方图规定
直方图规定化目标
直方图规定化
直方图匹配
令P(r) 为原始图象的灰度密度函数， P(z)是期望通过匹配的图象灰度密度 函数。对P(r) 及P(z) 作直方图均衡