遥感图像处理ppt课件.ppt

1、编辑课件编辑课件1第四章：遥感图像处理第四章：遥感图像处理本章的主要内容：本章的主要内容： 图象处理的目的是为信息提取奠定基础。包括图象处理的目的是为信息提取奠定基础。包括常规图像处理的处理方法和基于遥感数据特点常规图像处理的处理方法和基于遥感数据特点的方法。处理的结果还不是专题信息。在图像的方法。处理的结果还不是专题信息。在图像处理的基础上，实现地物类型信息和参数信息处理的基础上，实现地物类型信息和参数信息的提取。的提取。一、遥感图像一、遥感图像二、彩色合成（密度分割）二、彩色合成（密度分割）三、图像的校正（几何校正，辐射校正）三、图像的校正（几何校正，辐射校正）四、图像变换和增强四、图像变

2、换和增强五、多波段运算（多平台数据融合）五、多波段运算（多平台数据融合）编辑课件编辑课件2图像处理的目的是提取信息图像处理的目的是提取信息遥感数据处理总体上分为两大类方法，常规数字图像的处理遥感数据处理总体上分为两大类方法，常规数字图像的处理方法（基于目视解译原理的常规处理和基于遥感图像特点的方法（基于目视解译原理的常规处理和基于遥感图像特点的处理方法）；定量遥感包括处理方法）；定量遥感包括BRDF或统计模型的数据处理或统计模型的数据处理影像参数、遥感系统参数和地面参数之间的关系是遥感提取影像参数、遥感系统参数和地面参数之间的关系是遥感提取信息的依据，影像参数是遥感系统参数和地面参数的函数，信

3、息的依据，影像参数是遥感系统参数和地面参数的函数，如遥感系统参数固定，则可以从影像参数反推一些地面参数如遥感系统参数固定，则可以从影像参数反推一些地面参数(包括分类包括分类)。但是一般图像处理和定量遥感模型（特别是。但是一般图像处理和定量遥感模型（特别是BRDF模型）在应用该原理的方法上有重要区别。模型）在应用该原理的方法上有重要区别。基础研究，遥感的基本假设，遥感对象的数学物理规律。如基础研究，遥感的基本假设，遥感对象的数学物理规律。如光学遥感的大气传输、遥感方程、光学遥感的大气传输、遥感方程、 BRDF和反演以及遥感信和反演以及遥感信息模型息模型遥感概括起来就是正反演。地物的辐射亮度在图像

4、上表现为遥感概括起来就是正反演。地物的辐射亮度在图像上表现为灰度值。灰度值灰度值。灰度值 辐射亮度值辐射亮度值 地物参数。理解遥感地物参数。理解遥感的正反演过程。的正反演过程。编辑课件编辑课件3第一节、遥感影像的记录方式第一节、遥感影像的记录方式一、影像记录方式一、影像记录方式-模拟图像模拟图像 主要指摄影乳胶的光学记录方式，它是以感光材料主要指摄影乳胶的光学记录方式，它是以感光材料乳胶作为探测元件，运用光敏胶片表面的化学反应来直乳胶作为探测元件，运用光敏胶片表面的化学反应来直接探测地物能量变化，并记录下来。接探测地物能量变化，并记录下来。二、数字记录方式二、数字记录方式-数字图像数字图像 用

5、电子探测元件将地物的反射或发射能量，经光电转用电子探测元件将地物的反射或发射能量，经光电转换过程，把光的辐射能量差转换为模拟的电压差或电位换过程，把光的辐射能量差转换为模拟的电压差或电位差，在经过模数变换，将模拟量变换为数值，存储于数差，在经过模数变换，将模拟量变换为数值，存储于数字磁带、磁盘、光盘等介质上。字磁带、磁盘、光盘等介质上。本质区别本质区别 ：模拟量是连续变量而数字量是离散变：模拟量是连续变量而数字量是离散变量。量。编辑课件编辑课件4模拟图像转化为数字图像的处理过程，模拟图像转化为数字图像的处理过程，如何在视觉上控制数字图像与原始图像如何在视觉上控制数字图像与原始图像间的相似性。采

6、样主要考虑采样定理，间的相似性。采样主要考虑采样定理，量化主要考虑噪声，如果两种辐射强度量化主要考虑噪声，如果两种辐射强度之差小于噪声，则传感器输出的记录无之差小于噪声，则传感器输出的记录无法分辨这两种信号。辐射分辨率过低无法分辨这两种信号。辐射分辨率过低无疑会降低信号的区分能力，但过高会增疑会降低信号的区分能力，但过高会增加噪声，一般地，每种传感器的数据都加噪声，一般地，每种传感器的数据都可以统计出噪声功率百分数作为辐射灵可以统计出噪声功率百分数作为辐射灵敏度。敏度。编辑课件编辑课件5l便于计算机处理与分析，快捷、准确、客观地提取遥感信息，适应遥感定量化的发展l处理灵活方便l容易与地理信息系

7、统一体化编辑课件编辑课件6lTiff图像的结构图像的结构(该类图像有工业标准该类图像有工业标准)l多波段图像具有空间的位置和光谱的信息。多多波段图像具有空间的位置和光谱的信息。多波段图像的数据格式根据在二维空间的像元配波段图像的数据格式根据在二维空间的像元配置中如何存贮波段的信息而分为以下三类：置中如何存贮波段的信息而分为以下三类：l（l） BSQ方式（方式（band sequential） 各波段的二维图像数据按波段顺序排列。各波段的二维图像数据按波段顺序排列。(（波段顺序，像元行号顺序，列号顺序（波段顺序，像元行号顺序，列号顺序)l（2） BIL方式（方式（band interleaved

8、 by line） 对每一行的数据作为一个记录，各波段同一对每一行的数据作为一个记录，各波段同一扫描行的数据依次排列。扫描行的数据依次排列。 (像元行号顺序，波段顺序，列号顺序）像元行号顺序，波段顺序，列号顺序）l（3） BIP方式（方式（band interleaved by plxel） 每个像元按波段次序进行排列。每个像元按波段次序进行排列。(像元行号顺像元行号顺序，列号顺序，波段顺序序，列号顺序，波段顺序) 编辑课件编辑课件7编辑课件编辑课件8l磁带（磁带库）磁带（磁带库）l磁盘（硬盘、软盘）（磁盘阵列）磁盘（硬盘、软盘）（磁盘阵列）l光盘（只读、可擦写）（光盘库）光盘（只读、可擦写）

9、（光盘库）编辑课件编辑课件9u为了充分利用色彩在遥感图像判读和信为了充分利用色彩在遥感图像判读和信息提取中的优势，常常利用彩色合成的方息提取中的优势，常常利用彩色合成的方法对多光谱图像进行处理，以得到彩色图法对多光谱图像进行处理，以得到彩色图像。根据彩色合成原理进行。单波段图像像。根据彩色合成原理进行。单波段图像显示为黑白图像。显示为黑白图像。 u彩色图像可以分为真彩色图像和假彩色彩色图像可以分为真彩色图像和假彩色图像图像(伪彩色伪彩色)。编辑课件编辑课件10一、真彩色图像一、真彩色图像u真彩色图像上影像的颜色与地物颜色基本一致。真彩色图像上影像的颜色与地物颜色基本一致。u利用数字技术合成真彩

10、色图像时，是把红色波段的影像利用数字技术合成真彩色图像时，是把红色波段的影像作为合成图像中的红色分量、把绿色波段的影像作为合作为合成图像中的红色分量、把绿色波段的影像作为合成图像中的绿色分量、把蓝色波段的影像作为合成图像成图像中的绿色分量、把蓝色波段的影像作为合成图像中的蓝色分量进行合成的结果。中的蓝色分量进行合成的结果。u如如TM321TM321分别用分别用RGBRGB合成的图像。合成的图像。编辑课件编辑课件11二、假彩色图像二、假彩色图像l假彩色图像是指图像上影像的色调与实际地物色调不一假彩色图像是指图像上影像的色调与实际地物色调不一致的图像。致的图像。l遥感中最常见的假彩色图像是彩色红外

11、合成的标准假彩遥感中最常见的假彩色图像是彩色红外合成的标准假彩色图像。它是在彩色合成时，把近红外波段的影像作为色图像。它是在彩色合成时，把近红外波段的影像作为合成图像中的红色分量、把红色波段的影像作为合成图合成图像中的红色分量、把红色波段的影像作为合成图像中的绿色分量、把绿色波段的影像作为合成图像中的像中的绿色分量、把绿色波段的影像作为合成图像中的蓝色分量进行合成的结果。蓝色分量进行合成的结果。l如如TM432用用RGB合成的图像为标准假彩色图像。合成的图像为标准假彩色图像。 编辑课件编辑课件12编辑课件编辑课件13编辑课件编辑课件14TM7,4,1TM5,7,2TM5,4,3TM4,3,2编

12、辑课件编辑课件15波段号波段号波长波长光谱位置光谱位置特点特点10.450.52蓝针对水体；色素吸收谱带。有助于判别水深、水中叶绿素分布、针对水体；色素吸收谱带。有助于判别水深、水中叶绿素分布、水域制图。水域制图。20.520.60绿绿色反射带，辨别绿色植被及对其生长能力的评估；区分林型、绿色反射带，辨别绿色植被及对其生长能力的评估；区分林型、树种等。树种等。30.630.69红在叶绿素吸收范围，用于区分有无植被、植被盖度、植物健康状在叶绿素吸收范围，用于区分有无植被、植被盖度、植物健康状况，广泛应用于地貌、土壤、植被等方面。况，广泛应用于地貌、土壤、植被等方面。40.760.90近红外是活的

13、绿色植物的各种变量与反射率关系最敏感的波段。测定植是活的绿色植物的各种变量与反射率关系最敏感的波段。测定植被类型、生物量、作物长势等。植被通用波段。被类型、生物量、作物长势等。植被通用波段。51.55-1.75中红外是水汽的吸收带之间的反射峰。表示植被或者土壤的湿度，对土是水汽的吸收带之间的反射峰。表示植被或者土壤的湿度，对土壤和绿色植被具有很强的对比。有利于区别雪和云。壤和绿色植被具有很强的对比。有利于区别雪和云。610.412.5热红外（120m）区分地表温度分布，监测与热辐射的热特征，地面不同温度场的区分地表温度分布，监测与热辐射的热特征，地面不同温度场的热绘制图。热绘制图。72.082

14、.35中红外区别矿物或岩石类型，为地质波段，处于水的强吸收带，水体呈区别矿物或岩石类型，为地质波段，处于水的强吸收带，水体呈黑色。区分主要岩石类型，同时对植被信息的提取也有帮助。黑色。区分主要岩石类型，同时对植被信息的提取也有帮助。编辑课件编辑课件16常用的波段组合特 点红绿蓝321真彩色：可见光组成，符合人眼对自然物体的观察真彩色：可见光组成，符合人眼对自然物体的观察习惯。对于水体和人工地物表现突出。习惯。对于水体和人工地物表现突出。432标准假彩色标准假彩色 ：城市地区，植被种类。：城市地区，植被种类。453假彩色：增强对植被的识别假彩色：增强对植被的识别743假彩色：增强对植被的识别，以

15、及矿物、岩石类别假彩色：增强对植被的识别，以及矿物、岩石类别的区分。的区分。编辑课件编辑课件17 密度分割将原始图像的灰度值被分成等间隔的密度分割将原始图像的灰度值被分成等间隔的离散的灰度级（层），每一级有其灰度值。然离散的灰度级（层），每一级有其灰度值。然后对每一灰度级赋新灰度值或颜色，就可以得后对每一灰度级赋新灰度值或颜色，就可以得到一幅密度分割图像。形成的彩色图像成为伪到一幅密度分割图像。形成的彩色图像成为伪彩色图像。彩色图像。 图像密度分割原理可以按如下步骤进行：图像密度分割原理可以按如下步骤进行：（1 1）求图像的极大值）求图像的极大值d dmaxmax和极小值和极小值d dminm

16、in；（2 2）求图像的密度区间）求图像的密度区间D D = = d dmaxmax- -d dminmin（3 3）求分割层的密度差）求分割层的密度差d d = =D Dn n ，其中，其中n n为为需分割的层数；需分割的层数；（4 4）定出各密度层灰度值或颜色。）定出各密度层灰度值或颜色。 编辑课件编辑课件18u辐射校正u几何校正u图像配准u图像镶嵌编辑课件编辑课件19 传感器接收的电磁波能量概括起来包含三部分：l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；l地面本身辐射的能量经大气后进入传感器的能量；l大气散射、反射和辐射的能量。编辑课件编辑课件20传感

17、器传感器大气吸收大气吸收地表云直接射线衍射散射反射可见光近红外热辐射热红外u进入大气的太阳辐射会发生反射折射吸收散射透射,造成衰减;u地面反射的太阳直射光,同样经过大气衰减进入传感器u大气散射光有一部分进入传感器;地面反射的大气散射光也有一部分进去传感器编辑课件编辑课件211） 传感器本身的特性传感器本身的特性2）大气对于电磁辐射的衰减（散射、反射和吸收）大气对于电磁辐射的衰减（散射、反射和吸收）3） 地形因子和其它生态环境因子影响地形因子和其它生态环境因子影响 形成形成“同物异谱，异物同谱同物异谱，异物同谱”现象。现象。 导致图像不能全部真实地反映地物辐射亮度的空导致图像不能全部真实地反映地

18、物辐射亮度的空间分布，影响了数字图象的质量。间分布，影响了数字图象的质量。 编辑课件编辑课件221）传感器本身的性能引起的辐射误差）传感器本身的性能引起的辐射误差 2）地形影响和光照条件的变化引起的辐射误差）地形影响和光照条件的变化引起的辐射误差 3）大气的散射和吸收引起的辐射误差）大气的散射和吸收引起的辐射误差辐射校正是指消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感辐射校正是指消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感器输出的辐射能量中的各种不利影响和噪声的过程。器输出的辐射能量中的各种不利影响和噪声的过程。编辑课件编辑课件23u大气校正u太阳高度u地形坡度辐射误差校正u传感器辐射定标编辑课件编辑课件

19、24大气校正大气校正 大气的影响是指大气对阳光和来自目标的辐射产生吸大气的影响是指大气对阳光和来自目标的辐射产生吸收和散射，消除大气影响的校正过程称为大气校正。收和散射，消除大气影响的校正过程称为大气校正。 编辑课件编辑课件25利用某些波段不受大气影响或影响较小的特性来校正其它波段的大气影响。 一般情况下，散射主要发生在短波图像，对近红外几乎没有影响，如MSS-7几乎不受大气辐射的影响，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A 回归分析法B 直方图法C 辐射传输方程法（第五章）编辑课件编辑课件26l在不受大气影响的波段图像(如红外)和待校正的某一波段图像中，选

20、择由最亮至最暗的一系列目标，将每一目标的两个待比较的波段亮度值进行回归分析。编辑课件编辑课件27l统计一幅图像中灰度值的出现频率图形，横坐标是灰度值，统计一幅图像中灰度值的出现频率图形，横坐标是灰度值，纵坐标是像元的个数或者像元的百分比。纵坐标是像元的个数或者像元的百分比。l反映灰度的总体结构，灰度级的等级分布，不反映空间的反映灰度的总体结构，灰度级的等级分布，不反映空间的分布。分布。 1 1 2 3 3 1 4 5 2 1 3 2 3 2 3 4 1 2 3 4 5 灰度值 5 4 3 2 1 像元数 编辑课件编辑课件28l如果在某一像场中存在亮度值为零的目标地物，地物是如果在某一像场中存在

21、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内波段的图像进行灰度统计为零。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值就是大气给出其直方图，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值位置。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像元数百分比像元数百分比/%/%像元数百分比像元数百分比/%/%编辑课件编辑课件292 2）基于地面场地数据进行辐射校正基于地面场地数据进行辐射校正l在遥感成像

22、的同时，同步获取成像目标的反射率，或通过预先设置已知反射率的目标，把地面实况数据与传感器的输出数据进行比较，来消除大气的影响。l在卫星上传感器观测到的辐射率与地面反射率有线性变化关系，其一般表达式为： Ri=a+bDNi b为回归系数，a为大气辐射引起的对辐射的干扰常数注意和第五章比较。注意和第五章比较。编辑课件编辑课件30地形坡度辐射误差校正地形坡度辐射误差校正u太阳高度角校正，设太阳高度角为u若处在坡度为的倾斜面上的地物影像为g（x，y），则校正后的图像f（x，y）为： u由上式看出，地形坡度引起的辐射校正方法需要有图像对应地区的DEM数据，且方法太简单，没有考虑坡向和高度影响，复杂的校正

23、较为麻烦。cosyxgyxf，sinyxgyxf，编辑课件编辑课件31传感器本身的性能引起的辐射误差校正传感器本身的性能引起的辐射误差校正 绝对定标绝对定标传感器辐射定标传感器辐射定标 相对定标相对定标 1)绝对定标绝对定标:得到目标辐射的绝对值得到目标辐射的绝对值,建立传感器测量的建立传感器测量的数字信号与对应的辐射能量之间的数量关系数字信号与对应的辐射能量之间的数量关系,即定标系数即定标系数.在地面实验场完成。在卫星发射前和运行中定期进行。在地面实验场完成。在卫星发射前和运行中定期进行。 2)相对定标相对定标:校正传感器中各探测元件响应度差异校正传感器中各探测元件响应度差异,而作而作的归一

24、化处理，消除偏移。的归一化处理，消除偏移。 编辑课件编辑课件32编辑课件编辑课件33遥感图像几何变形遥感图像几何变形几何纠正方法几何纠正方法图像配准图像配准图像镶嵌图像镶嵌编辑课件编辑课件34 遥感图像的几何变形有两层含义遥感图像的几何变形有两层含义 u一是指卫星在运行过程中，由于姿态、地球曲率、地一是指卫星在运行过程中，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。所引起的几何位置偏差。u二是指图像上像元的坐标与地图坐标系统中相应坐标二是指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。之间的差异。

25、编辑课件编辑课件35遥感图像在成像时，由于遥感传感器、遥感平台以遥感图像在成像时，由于遥感传感器、遥感平台以及地球本身等方面的原因，在遥感成像时会引起几何及地球本身等方面的原因，在遥感成像时会引起几何畸变。按照畸变的性质划分，几何畸变可分为系统性畸变。按照畸变的性质划分，几何畸变可分为系统性畸变和随机性畸变。系统性畸变有一定的规律性，并畸变和随机性畸变。系统性畸变有一定的规律性，并且其大小事先能够预测，如遥感系统造成的畸变。随且其大小事先能够预测，如遥感系统造成的畸变。随机性畸变是带有随机性质的畸变，其大小不能事先预机性畸变是带有随机性质的畸变，其大小不能事先预测，如地形起伏造成的几何偏差。测

26、，如地形起伏造成的几何偏差。几何校正几何校正 (Geometric Correction)校正成像过程中造校正成像过程中造成的各种几何畸变。几何校正分为两种：几何粗校正成的各种几何畸变。几何校正分为两种：几何粗校正和几何精校正。和几何精校正。编辑课件编辑课件36遥感图像的几何纠正方法遥感图像的几何纠正方法v遥感图像的几何纠正按照处理方式分为光学纠正和遥感图像的几何纠正按照处理方式分为光学纠正和数字纠正。数字纠正。v光学纠正主要用于早期的遥感图像的处理中，现在光学纠正主要用于早期的遥感图像的处理中，现在的应用已经不多。的应用已经不多。除了对框幅式的航空照片（中心投除了对框幅式的航空照片（中心投影

27、）可以进行比较严密的纠正以外，对于大多数动态影）可以进行比较严密的纠正以外，对于大多数动态获得的遥感影像只能进行近似的纠正。获得的遥感影像只能进行近似的纠正。v主要介绍数字图像的几何纠正。主要介绍数字图像的几何纠正。编辑课件编辑课件37遥感图像的粗加工处理遥感图像的粗加工处理u几何粗校正是针对引起畸变原因而进行的校正。一般按几何粗校正是针对引起畸变原因而进行的校正。一般按照相对固定的几何关系进行校正，需要卫星的位置、运照相对固定的几何关系进行校正，需要卫星的位置、运行姿态（外方位元素）和传感器的校准数据，代入理论行姿态（外方位元素）和传感器的校准数据，代入理论公式既可。公式既可。扫描线速不均的

28、校正扫描线速不均的校正卫星高度变化、速度变化、姿态变化的校正卫星高度变化、速度变化、姿态变化的校正地球曲率引起的畸变、地球自转引起的影像纽歪地球曲率引起的畸变、地球自转引起的影像纽歪非连续性畸变的校正，包括波段间或扫描行间的的错位非连续性畸变的校正，包括波段间或扫描行间的的错位全景畸变全景畸变以上内容一般都是由地面站处理。以上内容一般都是由地面站处理。编辑课件编辑课件38l遥感图像的精纠正是指利用地面控制点（Ground Control Point,GCP）建立数学模型近似描述遥感图像畸变过程，进行几何校正，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像。它包括两个环节：l一是像素坐标的变换，

29、即将图像坐标转变为地图或地面坐标；l二是对坐标变换后的像素亮度值进行重采样。编辑课件编辑课件39目前的纠正方法有多项式法，共线方程法和数字微目前的纠正方法有多项式法，共线方程法和数字微分纠正。分纠正。l1.1.根据图像的成像方式确定影像坐标和地面坐标之间的数学根据图像的成像方式确定影像坐标和地面坐标之间的数学模型。模型。l2.2.根据所采用的数字模型确定纠正公式。根据所采用的数字模型确定纠正公式。l3.3.根据地面控制点和对应像点坐标进行平差计算变换参数，根据地面控制点和对应像点坐标进行平差计算变换参数，评定精度。评定精度。l4.4.对原始影像进行几何变换计算，像素亮度值重采样对原始影像进行几

30、何变换计算，像素亮度值重采样。 编辑课件编辑课件401SASASAZZZYYYXXXZYXZZYYXXSASASAfyxcccbbbaaafyxRZYX321321321coscoscossincossinsinsinsincoscossinsincoscossincoscossincossinsinsincossinsinsincoscos321321321cccbbbaaa)()()()()()()()()()()()(33322203331110SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxx)()()(

31、)()()()()()()()()(333222333111SASASASASASASASASASASASAZZcYYbXXaZZcYYbXXafyZZcYYbXXaZZcYYbXXafx共线方程共线方程编辑课件编辑课件41多项式纠正的基本思想：图像的变性规律可以看作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、弯曲等形变的是平移、缩放、旋转、仿射、偏扭、弯曲等形变的合成。是一种近似的思想，多项式可以近似任意函合成。是一种近似的思想，多项式可以近似任意函数。数。不考虑成像的空间几何过程，用一个适当的多项式不考虑成像的空间几何过程，用一个适当的多项式来描述纠正前后图

32、像相应点之间的坐标关系。利用来描述纠正前后图像相应点之间的坐标关系。利用地面控制点的图像坐标和其同名点的地面坐标计算地面控制点的图像坐标和其同名点的地面坐标计算多项式中的系数，然后用该多项式对图像进行纠正。多项式中的系数，然后用该多项式对图像进行纠正。求解多项式的系数，然后将各个像元带入多项式进求解多项式的系数，然后将各个像元带入多项式进行计算，得到纠正后的坐标。行计算，得到纠正后的坐标。编辑课件编辑课件42 回避成像的空间几何过程，直接对图像变形的本身用多项式变换进行数学模拟。将遥感影像的总体变形看作是平移、缩放、旋转、仿射、弯曲以及更高次的变形综合作用的结果。 X,Y：为控制点在参考坐标系

33、中的理论坐标； x, y：为同名控制点对应的原始图象坐标（行列号）；aij,bij: 多项式系数。编辑课件编辑课件43多项式的系数多项式的系数a ai i,b,bi i (i,j=0 (i,j=0，1 1，2 2，（N N1 1）) )一般可利用一般可利用已知控制点的坐标值按最小二乘法原理求解。已知控制点的坐标值按最小二乘法原理求解。根据纠正图像要求的不同选用不同的阶数，当选用一次项纠根据纠正图像要求的不同选用不同的阶数，当选用一次项纠正时，可以纠正图像因平移、旋转、比例尺变化和仿射变形正时，可以纠正图像因平移、旋转、比例尺变化和仿射变形等引起的线性变形。当选用二次项纠正时，则在改正一次项等引

34、起的线性变形。当选用二次项纠正时，则在改正一次项各种变形的基础上，还改正二次非线性变形。如选用三次项各种变形的基础上，还改正二次非线性变形。如选用三次项纠正则改正更高次的非线性变形。纠正则改正更高次的非线性变形。编辑课件编辑课件44 在输出图像边界及其坐标系统确立后，就可以按照在输出图像边界及其坐标系统确立后，就可以按照选定的纠正变换函数把原始数字图像逐个像素变换选定的纠正变换函数把原始数字图像逐个像素变换到图像贮存空间中去。到图像贮存空间中去。直接法方案，是从原始图像阵列出发，按行列的顺直接法方案，是从原始图像阵列出发，按行列的顺序依次对每个原始像素点位求其在地面坐标系（也序依次对每个原始像

35、素点位求其在地面坐标系（也是输出图像坐标系）中的正确位置。是输出图像坐标系）中的正确位置。间接法方案，是从空白的输出图像阵列出发，亦按间接法方案，是从空白的输出图像阵列出发，亦按行列的顺序依次对每个输出像素点位反求原始图像行列的顺序依次对每个输出像素点位反求原始图像坐标中的位置。坐标中的位置。编辑课件编辑课件45这两种方案本质上并无差别，主要不同仅在于所用的纠正变换这两种方案本质上并无差别，主要不同仅在于所用的纠正变换函数不同，互为逆变换；其次，纠正后像素获得的亮度值的办函数不同，互为逆变换；其次，纠正后像素获得的亮度值的办法，对于直接法方案，称为亮度重配置，而对间接法方案，称法，对于直接法方

36、案，称为亮度重配置，而对间接法方案，称为亮度重采样。由于直接法纠正方案要进行像元的重新排列，为亮度重采样。由于直接法纠正方案要进行像元的重新排列，计算时间也长，所以在在实践中通常使用的方案是间接法方案。计算时间也长，所以在在实践中通常使用的方案是间接法方案。编辑课件编辑课件46间接法纠正时，假如输出图像阵列中的任一像素在原始图像间接法纠正时，假如输出图像阵列中的任一像素在原始图像中的投影点位坐标值为整数时，便可简单地将整数点位上的中的投影点位坐标值为整数时，便可简单地将整数点位上的原始图像的已有亮度值直接取出填入输出图像。但若该投影原始图像的已有亮度值直接取出填入输出图像。但若该投影点位的坐标

37、计算值不为整数时，原始图像阵列中该非整数点点位的坐标计算值不为整数时，原始图像阵列中该非整数点位上并无现成的亮度存在，于是就必须采用适当的方法把该位上并无现成的亮度存在，于是就必须采用适当的方法把该点位周围邻近整数点位上亮度值对该点的亮度贡献累积起来，点位周围邻近整数点位上亮度值对该点的亮度贡献累积起来，构成该点位的新亮度值。这个过程即称为数字图像亮度（或构成该点位的新亮度值。这个过程即称为数字图像亮度（或图像灰度）值的重采样。图像灰度）值的重采样。有有3 3种方法：种方法：1) 最近邻法最近邻法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 编辑课件编辑课件47 最近邻法是取距

38、离被采样点最近的已知像素元素的（最近邻法是取距离被采样点最近的已知像素元素的（N N）亮度亮度I IN N作为样亮度采。双线性内插用四个临近的点进行作为样亮度采。双线性内插用四个临近的点进行二维线性内插。三次卷积法是用周围二维线性内插。三次卷积法是用周围1616个点作卷积个点作卷积最邻近像元采样法最简单，辐射保真度较好最邻近像元采样法最简单，辐射保真度较好, , 但亮度不连续几但亮度不连续几何精度较其他两种方法差。双线性内插计算较大，亮度连续但何精度较其他两种方法差。双线性内插计算较大，亮度连续但具有低通滤波性质。三次卷积法亮度连续，几何精度高，保留具有低通滤波性质。三次卷积法亮度连续，几何精

39、度高，保留高频成分，计算量大。高频成分，计算量大。编辑课件编辑课件48l纠正后数字图像的边界范围的确定纠正后数字图像的边界范围的确定 纠正后图像的边界范围，指的是在计算机存贮器中为输出图纠正后图像的边界范围，指的是在计算机存贮器中为输出图像所开出的贮存空间大小，以及该空间边界（首行，首列，像所开出的贮存空间大小，以及该空间边界（首行，首列，末行和末列）的地图（或地面）坐标定义值。末行和末列）的地图（或地面）坐标定义值。编辑课件编辑课件49l（1 1）把原始图像的四个角点）把原始图像的四个角点a a，b b，c c，d d按纠正变换函数投影到地图按纠正变换函数投影到地图坐标系统中去，得到坐标系统

40、中去，得到8 8个坐标值：个坐标值：（Xa,Xa,aa），（），（Xb,Xb,bb），（），（Xc,Xc,cc），（），（Xd,Xd,dd）l（2 2）对这）对这8 8个坐标值按个坐标值按X X和和Y Y两个坐标组分别求其最小值（两个坐标组分别求其最小值（X X1 1，Y Y1 1）和）和最大值（最大值（X X2 2，Y Y2 2）lX1 = min (Xa, Xb, Xc, Xd)lX2 = max (Xa, Xb, Xc, Xd)lY1 = min (Ya, Yb, Yc, YXd)lY2 = max (Ya, Yb,Yc, Yd)并令并令X X1 1，Y Y1 1，X X2 2，Y Y2

41、 2为纠正后图像范围四条边界的地图坐标值。为纠正后图像范围四条边界的地图坐标值。l（3 3）根据精度要求定义输出像素的地面尺寸）根据精度要求定义输出像素的地面尺寸X X和和Y Y。l（4 4）把地面坐标转换为输出图像坐标）把地面坐标转换为输出图像坐标 编辑课件编辑课件50综上所述：综上所述： 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 编辑课件编辑课件51 地形图的准备地形图的准备 地形图结合表地形图结合表

42、坐标系统分析坐标系统分析 跨带分析和处理跨带分析和处理 分块纠正分析分块纠正分析 地形图扫描纠正地形图扫描纠正比例尺的选取比例尺的选取：原则上要求所用地形图的比例尺应大于遥原则上要求所用地形图的比例尺应大于遥感影像制图的比例尺。对感影像制图的比例尺。对5 5米及米及5 5米以上的影像制图，应采米以上的影像制图，应采用用1 1：5 5万的地形图纠正；对万的地形图纠正；对5 5米以下的影像制图，采用米以下的影像制图，采用1 1：1 1万的地形图纠正。万的地形图纠正。编辑课件编辑课件52校正后的图面中误差一般不大于校正后的图面中误差一般不大于0.5mm0.5mm，最大不大于，最大不大于lmmlmm。

43、 选取原则选取原则 均匀分布均匀分布 特征明显特征明显 足够数足够数量量N=（(n+1)*(n+2)/2）。当控制点的个数超过多项式的系数个数）。当控制点的个数超过多项式的系数个数时，采用最小时，采用最小2乘法进行系数的确定，使得到的系数最佳。乘法进行系数的确定，使得到的系数最佳。 选取方法选取方法 固定的地形地物交叉点（道路交叉点、水库坝上的拐角点）固定的地形地物交叉点（道路交叉点、水库坝上的拐角点）GPSGPS野外测点野外测点 对角线选取对角线选取 - - 棋盘方式加密棋盘方式加密 - - 蛇形加密蛇形加密( (主城区和山区主城区和山区) ) 技术指标技术指标编辑课件编辑课件53是将同一地

44、区的不同特性的相关影像是将同一地区的不同特性的相关影像(如不同传如不同传感器，不同日期，不同波段或传感器在不同位置感器，不同日期，不同波段或传感器在不同位置获取的同一地区地物获取的同一地区地物)在几何上互相匹配，即实现在几何上互相匹配，即实现影像与影像间地理坐标及像元空间分辨率上的统影像与影像间地理坐标及像元空间分辨率上的统一。图像配准的实质就是前述的遥感图像的几何一。图像配准的实质就是前述的遥感图像的几何纠正，根据图像的几何畸变特点，采用一种几何纠正，根据图像的几何畸变特点，采用一种几何变换将图像归化到统一的坐标系中。变换将图像归化到统一的坐标系中。编辑课件编辑课件54l图像之间的配准一般有

45、两种方式：l图像间的匹配，即以多源图像中的一幅图像为参考图图像间的匹配，即以多源图像中的一幅图像为参考图像，其他图像与之配准，其坐标系是任意的；像，其他图像与之配准，其坐标系是任意的；l绝对配准，即选择某个地图坐标系，将多源图像变换绝对配准，即选择某个地图坐标系，将多源图像变换到这个地图坐标系以后来实现坐标系的统一。到这个地图坐标系以后来实现坐标系的统一。 相对配准相对配准 选择某一卫星数据作为参考图象，将其他卫星数据与之配准，简称图像对图像的配准。 绝对配准绝对配准 将所有的图像分别校正到地图坐标系下。编辑课件编辑课件55l图像配准通常采用多项式纠正法，直接用一个适当的多项式来模拟两幅图像间

46、的相互变形。配准的过程分两步：l在多源图像上确定分布均匀，足够数量的图像同名点；l通过所选择的图像同名点确定几何变换的多项式系数，从而完成一幅图像对另一幅图像的几何纠正。编辑课件编辑课件56已有高精度纠正结果时已有高精度纠正结果时：在已有纠正图像进一步检查的基础上，以纠正好的几何精度高的数据为底图，进行配准纠正。监测范围较小时监测范围较小时：高几何分辨率全色SPOT 先几何校正到地 图坐标系，再将TM 配准到全色SPOT上。监测范围较大时监测范围较大时：先将高质量的某一时相TM数据进行几何纠 正，作为标准影象地图；再将其余卫星数据以景为单元与其进行相对配准。u配准误差一般地区不大于0.5个像元

47、，平原地区严格控制在0.5个像元以内，山区适当放宽。编辑课件编辑课件57影像配准或校正影像配准或校正配准精度检查配准精度检查加密控制点加密控制点选取控制点选取控制点满足满足配准结束配准结束不满足不满足满足要求吗？满足要求吗？编辑课件编辑课件58影像镶嵌影像镶嵌(Mosaicking)是将两幅或多幅影像拼在一起，构成一幅整体影像的技术过程。 四、影像镶嵌编辑课件编辑课件59（一）数字影像镶嵌原理（一）数字影像镶嵌原理l影像镶嵌的原理是：如何将多幅影像从几何上拼影像镶嵌的原理是：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

48、划到统一的坐标系中，然后对它们正，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。影像装配起来形成一幅大幅面的影像。l数字图像镶嵌的关键是：数字图像镶嵌的关键是：1.如何在几何上将多幅不同的图像连接在一起。如何在几何上将多幅不同的图像连接在一起。2.如何保证拼接后的图像反差一致，色调相近，没如何保证拼接后的图像反差一致，色调相近，没有明显的接缝。有明显的接缝。 编辑课件编辑课件60 1).图像的几何纠正 2).搜索镶嵌边 3).亮度、反差和直方图调整 4).平滑边界线编辑课件编辑课件61

49、先镶嵌后校正先镶嵌后校正 优点：优点：快速、省力，一般适合于相邻图像重叠较大、像元间相对几何精度较高、以平原区为主的遥感图像的镶嵌。相邻图像重叠区选择控制点相对配准相邻图像镶嵌工作区所有图像镶嵌选取控制点生成带地理坐标的镶嵌图镶嵌图几何精校正两种模式：编辑课件编辑课件62先校正后镶嵌先校正后镶嵌 优点：优点：对相邻图像的重叠度要求不高，避免局部地区精度不高对整体精度造成的不利影响。一般适合于涉及山区的SPOT数据的镶嵌。各景影像分别进行几何精校正带地理坐标的镶嵌图 编辑课件编辑课件63一、图像变换一、图像变换l图像变换是图像空间的图像以某种形式转换到图像变换是图像空间的图像以某种形式转换到另外

50、一些空间（如频率域，图像能量集中分布另外一些空间（如频率域，图像能量集中分布在低频率成分上，边缘、线状信息反映在高频在低频率成分上，边缘、线状信息反映在高频率成分上）或称为变换域。率成分上）或称为变换域。l 傅立叶变换傅立叶变换l 统计变换统计变换l 彩色变换彩色变换l图像变换的目的在于：使图像处理问题简化；图像变换的目的在于：使图像处理问题简化；有利于图像特征提取；有助于从概念上加有利于图像特征提取；有助于从概念上加强对图像信息的理解。利用变换域中特有的强对图像信息的理解。利用变换域中特有的性质方便地进行一定的加工，再转换回图像空性质方便地进行一定的加工，再转换回图像空间得到所需的结果。间得