遥感概论第4章：遥感图像处理.ppt

1、12022-1-242第四章 遥感图像处理2022-1-243第四章 遥感图像处理4.1 遥感图像处理的基础知识4.2 光学原理与光学处理4.3 数字图像的校正4.4 遥感数字图像增强4.5 多源信息复合2022-1-2444.1 遥感图像处理的基础知识1 1、图像的表示形式、图像的表示形式（1 1） 光学图像光学图像（2 2） 数字图像数字图像2022-1-245数字图像数字图像：遥感数据有光学图像和数字图像之分。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。示的图像。数字化：数字化：将连续的图像变化，

2、作等间距的抽样和量将连续的图像变化，作等间距的抽样和量化。包含两方面的内容：一是图像空间位置的数字化化。包含两方面的内容：一是图像空间位置的数字化。二是图像灰度的数字化。数字量和模拟量的本质区。二是图像灰度的数字化。数字量和模拟量的本质区别：连续变量，离散变量。别：连续变量，离散变量。数字图像的表示：数字图像的表示：矩阵函数。矩阵函数。遥感数字图像的特点遥感数字图像的特点: :便于计算机处理与分析、便于计算机处理与分析、图像信息损失少、抽象性强。图像信息损失少、抽象性强。（2 2） 数字图像数字图像2022-1-246（2 2） 数字图像数字图像- -2022-1-2472022-1-2484

3、.1 遥感图像处理的基础知识2 2、数字图像的存储格式、数字图像的存储格式（1 1）BSQBSQ（Band sequentialBand sequential）（2 2）BILBIL（Band interleaved by pixelBand interleaved by pixel）（3 3）BIPBIP（Band interleaved by lineBand interleaved by line）2022-1-249BSQBSQ（Band sequentialBand sequential）2022-1-2410BIPBIP（Band interleaved by PixelBand

4、interleaved by Pixel）1,1,22022-1-2411BILBIL（Band interleaved by LineBand interleaved by Line）2022-1-24124. 4. 以每个像元为单位，表示图像中各亮度值或亮度值以每个像元为单位，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。区间像元出现的频率的分布图。5. 直方图的作用：直方图的作用：直观地了解图像的亮度值分布范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。方图的曲线可以反

5、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。 直方图是描述图像质量的可视化图表。在图像处理中，可以通过调整图像直方图的形态，改善图像显示的质量，以达到图像增强的目的。3 3 数字图像直方图数字图像直方图2022-1-24132022-1-24144.2 光学原理与光学处理1 1、亮度对比和颜色对比、亮度对比和颜色对比（1 1）亮度对比：对象相对于背景的的明亮程度。改变）亮度对比：对象相对于背景的的明亮程度。改变对比度，可以提高图象的视觉效果。对比度，可以提高图象的视觉效果。（2 2）颜色对比：在视场中，相邻区域的不同颜色

6、的相）颜色对比：在视场中，相邻区域的不同颜色的相互影响叫做颜色对比。两种颜色相互影响的结果，互影响叫做颜色对比。两种颜色相互影响的结果，使每种颜色会向其影响色的补色变化。在两种颜色使每种颜色会向其影响色的补色变化。在两种颜色的边界，对比现象更为明显。因此，颜色的对比会的边界，对比现象更为明显。因此，颜色的对比会产生不同的视觉效果。产生不同的视觉效果。 2022-1-24154.2 光学原理与光学处理2 2、颜色的性质、颜色的性质 对不发光物体而言对不发光物体而言，所有颜色都是对某段波长有选择地所有颜色都是对某段波长有选择地反射而对其他波长吸收的结果。颜色的性质由明度、色调反射而对其他波长吸收的

7、结果。颜色的性质由明度、色调、饱和度来描述。、饱和度来描述。明度：是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。物体反射率：是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。物体反射率越高，明度就越高。亮度越大，明度越高越高，明度就越高。亮度越大，明度越高色调：是色彩彼此相互区分的特性。：是色彩彼此相互区分的特性。饱和度：是色彩纯洁的程度，即光谱中波长段是否窄，频：是色彩纯洁的程度，即光谱中波长段是否窄，频率是否单一的表示。率是否单一的表示。2022-1-24162022-1-24172022-1-24182022-1-24194.2 光学原理与光学处理3 3、颜色立体、颜色立体（1）颜色立体：中间垂直轴代表明度 ；中间

8、水平面的圆周代表色调；圆周上的半径大小代表饱和度。（2）孟赛尔颜色立体：中心轴为无彩色系轴(N)，中心轴下端为黑色（B、BL）0级，上端为白色(W)10级，中间依次为19级的灰色，其中接近0级灰度越深，接近10级灰度越浅。垂直于无彩色系轴(N)，横向平行水平线的为纯度轴。在每个纯度轴上按一定间隔划分成若干纯度等级，其中越靠近无彩色系轴(N)纯度越低，越偏离无彩色系轴(N)纯度越高。2021孟塞尔色立体2022-1-24222 2、加色法与减色法、加色法与减色法（1 1）颜色相加原理）颜色相加原理三原色：三原色：若三种颜色，其中若三种颜色，其中 的任一种都不能由其余二种的任一种都不能由其余二种

9、颜色混合相加产生，这三种颜色按一定比例混颜色混合相加产生，这三种颜色按一定比例混合，可以形成各种色调的颜色，则称之为三原合，可以形成各种色调的颜色，则称之为三原色。红、绿、蓝是最优三原色。色。红、绿、蓝是最优三原色。互补色：互补色：若两种颜色混合产生白色或灰色，这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、绿两种颜色就称为互补色。黄和蓝、红和青、绿和品红。和品红。色度图：色度图：可以直观地表现颜色相加的原理，更可以直观地表现颜色相加的原理，更准确地表现颜色混合的规律。准确地表现颜色混合的规律。23色度图色度图 1931年CIE（国际照明委员会）制定了1个色度图（见下图

10、），用组成某种颜色的三原色的比例来规定这种颜色。1) 色度图中的弧形曲线上的各点是光谱上的各种颜色即光谱轨迹，是光谱各种颜色的色度坐标（不含明度信息）。红色波段在图的右下部，绿色波段在左上角，蓝紫色波段在图的左下部。图下方的直线部分，即连接400nm和700nm的直线，是光谱上所没有的、由紫到红的系列（谱外光轨迹-紫红色）。靠近图中心的C是白色。2) 在色度图中边界上的点代表纯颜色，移向中心表示混合的白光增加而纯度减少。到中心点C处各种光谱能量相等而显为白色，此处纯度为零。某种颜色的纯度一般称为该颜色的饱和度。3) 在色度图中连接任2端点的直线上的各点表示将这2端点所代表的颜色相加可组成的一种

11、颜色。24色度图色度图用途：1) 得到光谱色的互补色，只要从该颜色点过C点作一条直线，求其与对侧光谱曲线的交点，即可得到补色的波长。D的补色为E。2) 确定所选颜色的主波长和纯度。颜色A的主波长，从标准白光点C过A作直线与光谱曲线相交于B（A与B在C的同侧），这样颜色A可以表示为纯色光B和白光C的混合，B就定义了颜色A的主波长。3) 定义一个颜色域。 通过调整混合比例，任意两种颜色： I和J加在一起能够产生它们连线上的颜色 再加入第三种颜色K，就产生三者（I、J和K）构成的三角形区域的颜色。25色度图色度图2022-1-2426（2 2）颜色相减原理）颜色相减原理 减色过程减色过程: :白色光

12、线先后通过两块滤光片的过程白色光线先后通过两块滤光片的过程. . 颜色相减原理颜色相减原理: :当两块滤光片组合产生颜色混合时当两块滤光片组合产生颜色混合时, ,入射入射光通过每一滤光片时都减掉一部分辐射，最后通过的光光通过每一滤光片时都减掉一部分辐射，最后通过的光是经过多次减法的结果。是经过多次减法的结果。 加色法与减色法的区别加色法与减色法的区别: : 减法三原色减法三原色: :黄、品红、青黄、品红、青颜料(黄色+青色)=白色-红色-蓝色=绿色 2022-1-2427（2 2）颜色相减原理）颜色相减原理当品红与黄颜料相混合时，生成红色。当品红与黄颜料相混合时，生成红色。 即：品红即：品红+

13、 +黄黄= =白白 - -（绿（绿+ +蓝）蓝）红。红。 亦即自然光（白光）中分别被品红和黄颜料将其中的绿光和蓝光吸亦即自然光（白光）中分别被品红和黄颜料将其中的绿光和蓝光吸收了，只有红光被混合后的颜料反射出来，因而呈现出红颜色。收了，只有红光被混合后的颜料反射出来，因而呈现出红颜色。同样，青与品红或黄与青颜料相加混合时，同样，青与品红或黄与青颜料相加混合时， 有：青有：青+ +品红品红= =白白 - -（红（红+ +绿）绿）蓝；蓝；当品红、青、黄三种颜料相混合时，即白光中的绿、红、蓝都被吸当品红、青、黄三种颜料相混合时，即白光中的绿、红、蓝都被吸收了，而呈现黑色。收了，而呈现黑色。 即：品红

14、即：品红+ +青青+ +黄黄= =白白 - -（绿（绿+ +红红+ +蓝）蓝）黑。黑。2022-1-24282 2、光学增强处理、光学增强处理图像的光学增强处理方法具有精度高， 反映目标地物更真实，图像目视效果等优点，是遥感图像处理的重要方法之一。计算机图像处理的优点在于速度快、操作简单、效率高等优点，有逐步取代光学方法的趋势。2022-1-24293 3、光学增强处理、光学增强处理1. 彩色合成 加色法彩色合成 减色法彩色合成2. 光学增强处理3. 光学信息的处理 图像的相加和相减 遥感黑白影象的假彩色编码加色法彩色合成加色法彩色合成合成仪法：合成仪法：是将不同波段的黑白透明片分别放入有红、

15、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。 分层曝光法：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。最后冲洗成彩色片。彩色合成效果：彩色合成效果：技术、经验、合成方案减色法彩色合成减色法彩色合成染印法：是一种使用特别浮雕片、接受纸和冲显染印药制作彩色合成影像的方法。印刷法：利用普通胶印设备，直接使用不同波段的遥感底片和黄、品红、青三种油墨，经分色、加网、制版，套印成彩色合成图像。重氮法：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。光学增强处理光学增强处理相关掩膜处理方法：相关掩膜处理方法：把几何位置完全配准的原片，制成不同密度、不同反差的

16、正片或负片，通过它们的各种不同叠加方案改变原有影像的显示效果，达到信息增强目的的方法。改变对比度：改变对比度：使用两张同波段同地区的负片（或正片）进行合成，一张反差适中，另一张反差较小，合成后反差一般加大，从而提高了对比度；显示动态变化：显示动态变化：不同时相同一地区的正负片影像叠合掩膜，当被叠合影像反差相同时，凡密度发生变化的部分就是动态变化的位置。边缘突出：边缘突出：先将两张反差相同的正片和负片叠合，叠合配准后，再沿希望突出的线形特征的垂直方向错位。目的在于突出线形特征。图像的相加和相减图像的相加和相减 （ 光栅滤波法光栅滤波法） 两个图像所发出的光波在空间重叠并且同位相，则图像相加。 如

17、果两列光波在空间重叠且反相，则图像相减。3 3、光学信息处理、光学信息处理遥感黑白影象的假彩色编码1.将黑白图像经过光栅进行依次编码处理，将振幅型编码图像转换成位相型编码图像。2.将位相介质片放入非相干光信息处理系统的输入平面，经过白光照射，在输出平面上获得等密度的假彩色图像。假彩色编码处理卫星图像可以使单波段影像彩色假彩色编码处理卫星图像可以使单波段影像彩色化，实现图像增强效果。化，实现图像增强效果。2022-1-2435分解系统还原系统 加加色色法法彩彩色色合合成成原原理理3 3、光学增强处理、光学增强处理彩色合成彩色合成遥感图像RGB彩色合成的基础。滤光片黑白底片（负片）正片投影仪202

18、2-1-24364.3 数字图像的校正2022-1-24371 1、辐射校正（、辐射校正（Radiometric correctionRadiometric correction）（1 1）辐射校正）辐射校正 辐射失真（辐射畸变）是指遥感传感器在接收来辐射失真（辐射畸变）是指遥感传感器在接收来自地物的电磁披辐射能时，由于电磁波在大气层中传自地物的电磁披辐射能时，由于电磁波在大气层中传输和传感器测量过程中受到输和传感器测量过程中受到遥感传感器本身遥感传感器本身特性、地特性、地物光照条件（地形影响和太阳高度角影响）以及物光照条件（地形影响和太阳高度角影响）以及大气大气作用作用等的影响，而导致的遥感

19、传感器测量值与地物实等的影响，而导致的遥感传感器测量值与地物实际的光谱辐射率的不一致。对这种辐射失真的校正则际的光谱辐射率的不一致。对这种辐射失真的校正则称为辐射校正。称为辐射校正。2022-1-24381 1、辐射校正（、辐射校正（Radiometric correctionRadiometric correction）（1 1）辐射校正）辐射校正 由于辐射畸变的原因，在图像上形成了由于辐射畸变的原因，在图像上形成了“同物异谱同物异谱，异物同谱，异物同谱”现象。图象不能全部真实地反映不同地物现象。图象不能全部真实地反映不同地物地特征，影响了数字图象的质量。因此需要分析辐射畸地特征，影响了数字

20、图象的质量。因此需要分析辐射畸变的原因并进行相应校正。变的原因并进行相应校正。2022-1-2439（2 2）辐射校正方法）辐射校正方法传感器本身的影响：导致图像不均匀，产生条纹和噪音传感器本身的影响：导致图像不均匀，产生条纹和噪音；一般可由数据生产单位根据传感器参数进行校正。通；一般可由数据生产单位根据传感器参数进行校正。通过过辐射定标辐射定标可以部分消除传感器本身影响。可以部分消除传感器本身影响。 示例1：MSS的条带噪声 示例2：dropped line2022-1-2440（2 2）辐射校正方法）辐射校正方法TMTM影像条纹误差的校正影像条纹误差的校正2022-1-2441l大气影响的

21、定量分析大气影响的定量分析 ：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。 大气的影响大气的影响辐射传输过程：太阳-大气-目标-大气-传感器2022-1-2442l实际影像中大气影响的粗略校正：实际影像中大气影响的粗略校正：通过简单的方法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），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。从而改善图像质量。 直方图最小值去除法 回归分析法 基于地面定标点的经验线性法 大气的影响大气的影响l 大气校正的方法大气校正的方法: 利用辐射传递方程进行大气校正；利用辐射传递方程进行大气校正；利

22、用地面实况数据进行大气校正；利用辅助数据进行大利用地面实况数据进行大气校正；利用辅助数据进行大气校正。气校正。2022-1-2443 直方图最小值去除法（暗像元法）直方图最小值去除法（暗像元法）基本思路基本思路: :每幅图像上都有辐射亮度或反射亮度应每幅图像上都有辐射亮度或反射亮度应为为0 0的地区，而事实上并不等于的地区，而事实上并不等于0 0，说明亮度最小值，说明亮度最小值必定是这一地区大气影响的程辐射度增值。必定是这一地区大气影响的程辐射度增值。校正方法校正方法: :将每一波段中每个像元的亮度值都减去本将每一波段中每个像元的亮度值都减去本波段的最小值。使图像亮度动态范围得到改善，对比度波

23、段的最小值。使图像亮度动态范围得到改善，对比度增强，从而提高了图像质量。增强，从而提高了图像质量。2022-1-2444 直方图最小值去除法（暗像元法）直方图最小值去除法（暗像元法） 如果在某一像场中存在亮度值为零的目标地物，地物是平静清洁的如果在某一像场中存在亮度值为零的目标地物，地物是平静清洁的水面或地形阴影区，则任一波段亮度值都应为零。所以只要对选择区域水面或地形阴影区，则任一波段亮度值都应为零。所以只要对选择区域内波段的图像进行灰度统计给出其直方图，则直方图上频率最小的灰度内波段的图像进行灰度统计给出其直方图，则直方图上频率最小的灰度值就是大气改正值。大气校正就是移动直方图的最小值至零

24、值位置。值就是大气改正值。大气校正就是移动直方图的最小值至零值位置。调整前直方图调整后直方图2022-1-2445 回归分析法回归分析法基本原理基本原理 依据：大气散射的选择性，即对短波影依据：大气散射的选择性，即对短波影响大，对长波影响小。响大，对长波影响小。 在遥感图像上大山的阴影区或深大水体区域，各个在遥感图像上大山的阴影区或深大水体区域，各个波段的反射为零。同时，大气散射主要影响短波部分，波段的反射为零。同时，大气散射主要影响短波部分，波长较长的波段几乎不受影响，因此可用其校正其它波波长较长的波段几乎不受影响，因此可用其校正其它波段数据。段数据。2022-1-2446 回归分析法回归分

25、析法校正方法校正方法: : 对红外波段校正后，再校正其它波段。校对红外波段校正后，再校正其它波段。校正的方法是选择可见光和红外波段，建立线性回归方程正的方法是选择可见光和红外波段，建立线性回归方程。将需校正波段中每个像元的亮度值减去回归方程的截。将需校正波段中每个像元的亮度值减去回归方程的截距，来改善图像，去掉程辐射。距，来改善图像，去掉程辐射。 L Lb b：待校正波段的图像亮度值：待校正波段的图像亮度值L La a：不受大气影响波段的图像：不受大气影响波段的图像亮度值亮度值2022-1-2447 回归分析法回归分析法例如：TM图像中，第7波段几乎不受大气辐射的影响，因此可作校正基础，对TM

26、影像的其它波段分别进行校正。7TMbaTMiii怎么求a,b？i-波段号ia-第i波段的校正量2022-1-2448 基于地面定标点的经验线性法基于地面定标点的经验线性法校正方法校正方法: : 在地面选择典型地物点进行光谱测试在地面选择典型地物点进行光谱测试，然后在图像上找到对应的地物位置，读取对应的，然后在图像上找到对应的地物位置，读取对应的灰度，建立两者之间的经验线性关系。灰度，建立两者之间的经验线性关系。iiiibDNaiiiibDNaR什么情况下需要进行大气校正？ 大气透明度差而且不均一 大气中的水汽含量高 低海拔地区应该进行校正，3000米以上的地区可不考虑 相对高差变化大的地形区域

27、 不同时段图像的联合处理No aerosol correctionAerosol correction051015202530350.00200.00400.00600.00800.001000.00NDVI Histogram over China (1600km x 1120km aera)% AreaNDVI x 1000Corrected for aerosolNot corrected for aerosolDifference corrected-uncorrecredSouthern AfricaSurface reflectance - not correctedfor aer

28、osols MODIS图象Southern Africa correctedfor aerosol 2022-1-2453 太阳高度角的影响太阳高度角的影响太阳高度角引起的畸变校正是将太阳光线倾斜照射时获太阳高度角引起的畸变校正是将太阳光线倾斜照射时获取的图像校正为太阳光线垂直照射时获取的图像。取的图像校正为太阳光线垂直照射时获取的图像。太阳高度角的校正是通过调整一幅图像内的平均灰度来太阳高度角的校正是通过调整一幅图像内的平均灰度来实现的。实现的。多光谱图像上的阴影可以通过图像之间的比值予以消除多光谱图像上的阴影可以通过图像之间的比值予以消除。比值图像是用同步获取的相同地区的任意两个波段图像。

29、比值图像是用同步获取的相同地区的任意两个波段图像相除而得到的新图像。相除而得到的新图像。2022-1-2454太阳光线和地表作用以后再反射到传感器的太阳光的辐太阳光线和地表作用以后再反射到传感器的太阳光的辐射亮度和地面倾斜度有关。射亮度和地面倾斜度有关。若处在坡度为若处在坡度为的倾斜面上的地物影像为的倾斜面上的地物影像为g g（x x，y y），），则校正后的图像则校正后的图像f f（x x，y y）为：）为： 地形坡度影响的校正需要有图像对应地区的地形坡度影响的校正需要有图像对应地区的DEMDEM数数据，校正较为麻烦。据，校正较为麻烦。cosyxgyxf， 地形坡度的影响地形坡度的影响202

30、2-1-24552 2、几何校正、几何校正 几何畸变：遥感图像的几何位置上发生变几何畸变：遥感图像的几何位置上发生变化，产生诸如行列不均匀，像元大小与地化，产生诸如行列不均匀，像元大小与地面大小对应不准确，地物形状不规则变化面大小对应不准确，地物形状不规则变化等变形。等变形。 几何畸变是平移、缩放、旋转、偏扭、弯几何畸变是平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲等作用的结果。曲等作用的结果。2022-1-2456（1 1）遥感影像几何变形的原因）遥感影像几何变形的原因遥感平台位置和运动状态变化的影响遥感平台位置和运动状态变化的影响： 航高、航速、俯仰、翻航高、航速、俯仰、翻滚、偏航。滚、偏航。地形起伏的影

31、响地形起伏的影响：产生像点位移。产生像点位移。地球表面曲率的影响地球表面曲率的影响：一是像点位置的移动；二是像元对应于一是像点位置的移动；二是像元对应于地面宽度不等，距星下点愈远畸变愈大，对应地面长度越长。地面宽度不等，距星下点愈远畸变愈大，对应地面长度越长。大气折射的影响大气折射的影响：产生像点位移。产生像点位移。地球自转的影响地球自转的影响：产生影像偏离。产生影像偏离。2022-1-2457 遥感平台位置和运动状态变化的影响遥感平台位置和运动状态变化的影响n航高：当平台运动过程中受到力学因素影响标，或者说卫星运行的轨道本身就是椭圆的。航高始终发生变化，而传感器的扫描视场角不变，从而导致图像

32、扫描行对应的地面长度地面长度发生变化。航高越向高处偏离，图像对应的地面越宽。2022-1-2458 遥感平台位置和运动状态变化的影响遥感平台位置和运动状态变化的影响航速：卫星的椭圆轨道本身就导致了卫星飞行速度的不均匀，其他因素也可导致遥感平台航速的变化。航速快时，扫描带超前，航速慢时，扫描带滞后，由此可导致图像在卫星前进方向上(图像上下方向)的位置错动。俯仰：遥感平台的俯仰变化能引起图像上下方向的变化，即星下点俯时后移，仰时前移，发生行间位置错动.2022-1-2459 遥感平台位置和运动状态变化的影响遥感平台位置和运动状态变化的影响翻滚：遥感平台姿态翻滚是指以前进方向为轴旋转了一个角度。可导

33、致星下点在扫描线方向偏移，使整个图像的行向翻滚角引起偏离的方向错动。偏航：指遥感平台在前进过程中，相对于原前进航向偏转了一个小角度，从而引起扫描行方向的变化，导致图像的倾斜畸变2022-1-2460 地形起伏的影响地形起伏的影响外部因素引起的畸变外部因素引起的畸变n当地形存在起伏时，会产生局部像点的位移,使原本应是地面点的信号被同一位置上某高点的信号代替。由于高差的原因，实际像点P距像幅中心的距离相对于理想像点P0 。距像幅中心的距离移动了r2022-1-2461 地球表面曲率的影响地球表面曲率的影响n 地球是球体，严格说地球是球体，严格说是椭球体，因此地球是椭球体，因此地球表面是曲面。这一曲

34、表面是曲面。这一曲面的影响主要表现在面的影响主要表现在两个方面，一是像点两个方面，一是像点位置的移动，二是像位置的移动，二是像元对应于地面宽度的元对应于地面宽度的不等。不等。2022-1-2462整个大气层不是一个均匀的介质，因此整个大气层不是一个均匀的介质，因此 电磁波在大气层中传播时的折射率也随电磁波在大气层中传播时的折射率也随 高度的变化而变化，使电磁波传播的路高度的变化而变化，使电磁波传播的路 径不是一条直线而变成了曲线，从而引径不是一条直线而变成了曲线，从而引 起像点的位移。起像点的位移。对侧视雷达图像的影响：对侧视雷达图像的影响：侧视雷达是按斜距投影原理成侧视雷达是按斜距投影原理成

35、像的。雷达电磁波在大气中传播时，一方面会因大气折像的。雷达电磁波在大气中传播时，一方面会因大气折射率的变化而产生路径弯曲，使传播路径变长；另一方射率的变化而产生路径弯曲，使传播路径变长；另一方面使电磁波传播速度减慢，传播时间增加。面使电磁波传播速度减慢，传播时间增加。 大气折射的影响大气折射的影响2022-1-2463 地球自转的影响地球自转的影响 卫星前进过程中，传感器对地面扫描获得图像时，地球自转影响较大，会产生影像偏离。因为卫星自北向南运动，这时地球自西向东自转。相对运动的结果，使卫星的星下位置逐渐产生偏离。偏离方向如下图所示，所以卫星图像经过校正后成为图c的形态。2022-1-2464

36、（2 2）遥感影像几何变形的校正）遥感影像几何变形的校正几何粗校正：这种校正是针对引起几何畸变的原因进行几何粗校正：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。气状态、太阳高度角对该幅图像几何畸变进行了校正。 几何粗校正是针对卫星运行和成像过程中引起的几何畸几何粗校正是针对卫星运行和成像过程中引起的几何畸变进行的校正，即卫星姿态不稳、地球自转、地球曲率、变进

37、行的校正，即卫星姿态不稳、地球自转、地球曲率、地形起伏、大气折射等因素引起的变形。地形起伏、大气折射等因素引起的变形。几何精校正：利用地面控制点进行的几何校正称为几何几何精校正：利用地面控制点进行的几何校正称为几何精校正。精校正。几何粗纠正几何精纠正随机畸变遥感图像几何畸变系统畸变2022-1-2465基本原理：基本原理：v利用图像坐标和地面坐标（另一图像坐标、地图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。像间的坐标转换关系实现。（3 3）遥感影像的几何精校正）遥感影像的几何精校正基本环

38、节有两个：基本环节有两个：v一是像素坐标变换；一是像素坐标变换；v二是像素亮度重采样。二是像素亮度重采样。 准准备备 工工作作 输输入入原原始始图图象象 建建立立纠纠正正函函数数 确确定定输输出出图图象象的的范范围围 逐逐个个像像元元进进行行几几何何变变化化 灰灰度度的的重重采采样样 输输出出纠纠正正后后的的图图象象 效效果果 评评价价 2022-1-2466两个基本环节： 像元坐标变换和像元灰度值重采样校正思路(技术流程):2022-1-2467v像素坐标变换像素坐标变换 直接纠正方法直接纠正方法: :从原始图像，依次从原始图像，依次对每个像元根据变对每个像元根据变换函数换函数F F（x,y

39、x,y），），求得它在新图像中求得它在新图像中的位置，并将灰度的位置，并将灰度值赋给新图像的对值赋给新图像的对应位置上。应位置上。 间接纠正法间接纠正法: :从新图像中（空白）依次每个像元，从新图像中（空白）依次每个像元，根据变换函数根据变换函数G(xG(x，y) y) 找到它在原始图像中的位置，并找到它在原始图像中的位置，并将图像的灰度值赋予新图像的像元。将图像的灰度值赋予新图像的像元。2022-1-2468v像素坐标变换像素坐标变换间接纠正法间接纠正法: :一般可采用多项式进行校正一般可采用多项式进行校正，其基本思想是图像的变化规律可以看作，其基本思想是图像的变化规律可以看作是平移、缩放、

40、旋转、仿射、偏扭、弯曲是平移、缩放、旋转、仿射、偏扭、弯曲等形变的合成。等形变的合成。ninjiiijninjiiijYXbyYXax010010 利用有限的控制点的已知坐标，求解多项式的系数，确定变换函数。然后将各个像元带入多项式进行计算，得到纠正后的坐标。2022-1-2469v遥感数字图像的多项式纠正遥感数字图像的多项式纠正 多项式纠正的基本思想：图像的变性规律可以看作是平移、缩放、旋转、仿射、偏扭、弯曲等形变的合成。一般的公式为： .54321022),(iiiiiiiixiYcXcYXcYcXccYXfx.54321022),(iiiiiiiiyiYdXdYXdYdXddYXfy.5

41、4321022),(iiiiiiiixiycxcyxcycxccyxFX.54321022),(iiiiiiiiyiydxdyxdydxddyxFY2) 直接法 1) 间接法 利用有限的控制点的已知坐标，解求多项式的系数，确定变换函数。然后将各个像元带入多项式进行计算，得到纠正后的坐标。2022-1-2470v遥感数字图像的多项式纠正遥感数字图像的多项式纠正 实际计算时常采用二元二次多项式为： 2022201101100020222011011000vbubuvbvbubbyvauauvavauaax 在这个方程组中有12个系数，需列12个方程才能解出，因此需要6个已知的对应点，即这6个点的（

42、u，v)与（x，y）均已知，这些已知坐标的对应点称为控制点（GCP） 6个点只是解算方程组的理论最低数，实际工作中为提高校正精度需大量增加控制点数，这时就有了多余条件，可采用最小二乘法求解。2022-1-2471 控制点控制点控制点的选取控制点的选取数目的确定:控制点数目的最低限是按未知系数的控制点数目的最低限是按未知系数的多少来确定的。求二次多项式有多少来确定的。求二次多项式有1212个系数，需要个系数，需要1212个个方程方程(6(6个控制点个控制点) )。依次类推，三次多项式至少需要。依次类推，三次多项式至少需要1010个控制点，个控制点，n n次多项式，控制点的最少数目为次多项式，控制

43、点的最少数目为(n+1)(n+2)(n+1)(n+2)2 2。当控制点的个数超过多项式的系数个。当控制点的个数超过多项式的系数个数时，采用最小二乘法确定最佳系数。数时，采用最小二乘法确定最佳系数。一次多项式3个以上点；二次多项式6个以上点；三次多项式10个以上点。2022-1-2472 控制点控制点控制点的选取控制点的选取选择的原则易分辨、易定位的特征点，表征空间位置的可靠性：道路的交叉口，水库坝址，河流弯曲点，标志物等；特征变化大的地区应多选些；控制点要尽可能满幅均匀选取；数量应当超过多项式系数的个数（(n+1)*(n+2)/2）。当控制点的个数超过多项式的系数个数时，采用最小2乘法进行系数

44、的确定，使得到的系数最佳。 2022-1-2473 控制点控制点2022-1-2474 控制点控制点2022-1-2475v确定校正后图像的边界 求出四个角点求出四个角点A,B,C,DA,B,C,D的的X,YX,Y坐标。并根据坐标。并根据空间分辨率确定行列数空间分辨率确定行列数N N和和M M。2022-1-2476v确定校正后图像的边界lX1 = min (Xa, Xb, Xc, Xd)lX2 = max (Xa, Xb, Xc, Xd)lY1 = min (Ya, Yb, Yc, YXd)lY2 = max (Ya, Yb,Yc, Yd)v确定新图像的分辨率n新图像的行数新图像的行数 M(

45、Y2-Y1)/Y+1;n新图像的列数新图像的列数 N(X2-X1)/X X+1;n新图像的任意一个像元的坐标由它的行列新图像的任意一个像元的坐标由它的行列号唯一确定。号唯一确定。2022-1-2477v像素亮度重采样像素亮度重采样 根据变换函数，可以得到纠正后新图像的每一个像根据变换函数，可以得到纠正后新图像的每一个像元在原始图像上的位置。元在原始图像上的位置。 如果求得的位置为整数，则该位置处的像元灰度就如果求得的位置为整数，则该位置处的像元灰度就是新图像的灰度值。是新图像的灰度值。 如果位置不为整数，则要进行亮度重采样，采用方如果位置不为整数，则要进行亮度重采样，采用方法有：法有：1)1)

46、最近邻法；最近邻法；2)2)双线性内插法；双线性内插法；3 3）三次卷积法。）三次卷积法。2022-1-2478 最近邻法最近邻法 距离实际位置最近的像元亮度值作为输出图像像元距离实际位置最近的像元亮度值作为输出图像像元的亮度值。的亮度值。 算法简单且保持原算法简单且保持原光谱信息不变；缺点光谱信息不变；缺点是几何精度较差，图是几何精度较差，图像灰度具有不连续性像灰度具有不连续性，边界出现锯齿状。，边界出现锯齿状。2022-1-2479最邻近法纠正效果最邻近法纠正效果原始图像纠正后图像（最邻近插值）80 双线性内插法双线性内插法 取取(x(x，y)y)点周围的点周围的4 4邻点，在邻点，在y

47、y方向方向( (或或x x方向方向) )内插二次，内插二次，再在再在x x方向方向( (或或y y方向方向) )内插一次，得到内插一次，得到(x(x，y)y)点的亮度值点的亮度值f(xf(x，y)y)，该方法称双线性内插法，该方法称双线性内插法. . 对于(i，j+v)有f(i，j+v)=f(i，j+1)-f(i，j)v + f(i，j) 对于(i+1，j+v)有f(i+1，j+v)=f(i+1，j+1) - f(i+1，j)v+f(i+1，j) 对于(i+u,j+v)有f(i+u,j+v)=f(i+1,j+v)-f(i,j+v)u+f(i,j+v)=计算较简单，图像灰度具有连续性且采样精计算

48、较简单，图像灰度具有连续性且采样精度比较精确；缺点是细节丧失。度比较精确；缺点是细节丧失。) 1, 1(), 1()1 () 1, ()1 (), ()1)(1 (jiuvfjifvujivfujifvu2022-1-2481双线性插值效果双线性插值效果原始图像纠正后图像（双线性插值）2022-1-2482 三次卷积法三次卷积法取与投影点邻近的取与投影点邻近的1616个象元灰度值（个象元灰度值（4 44 4） ，计算输出，计算输出象元的灰度值。象元的灰度值。计算量大，图像灰度具有连续性且采样精度比较精确。计算量大，图像灰度具有连续性且采样精度比较精确。取与计算点(x，y)则围相邻的16个点，与

49、双向线性内插类似，可先在在某一入向上内插，如先在x方向上，每4个值依次内插4次，再根据这四个计算结果在y方向上内插，得到f(x，y)。每一组4个样点组成一个连续内插函数。实际上是一种卷积运算，也叫三次卷积内插。2022-1-2483三次卷积法处理效果三次卷积法处理效果原始图像纠正后图像（三次卷积）2022-1-2484几种采样方法的优缺点：几种采样方法的优缺点：1）最近邻法：算法简单且保持原光谱信息不变；缺）最近邻法：算法简单且保持原光谱信息不变；缺点是几何精度较差，图像灰度具有不连续性，边界出点是几何精度较差，图像灰度具有不连续性，边界出现锯齿状。现锯齿状。2) 双线性插值：计算较简单，图像

50、灰度具有连续性双线性插值：计算较简单，图像灰度具有连续性且采样精度比较精确；缺点是细节丧失且采样精度比较精确；缺点是细节丧失。3) 三次卷积法：计算量大，图像灰度具有连续性且三次卷积法：计算量大，图像灰度具有连续性且采样精度比较精确采样精度比较精确。85原始图像（最邻近插值）（双线性插值）（三次卷积插值）三种方法比较方法方法优点优点缺点缺点提醒提醒1 1简单易用，计算量小简单易用，计算量小处理后的图像亮度具有处理后的图像亮度具有不连续性，影响精确度不连续性，影响精确度2 2精度明显提高，特别是对精度明显提高，特别是对亮度不连续现象或线状特亮度不连续现象或线状特征的块状化现象有明显的征的块状化现