遙感圖像基本處理第1頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月2第八章遙感圖像的基本處理遙感圖像的基本處理數(shù)字圖像校正數(shù)字圖像增強多源信息復(fù)合數(shù)字圖像輻射校正幾何校正第2頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月38.1.1模擬圖像與數(shù)字圖像光學(xué)圖像（模擬圖像）——連續(xù)圖像——照片二維的連續(xù)的光密度函數(shù)。圖像上的光密度隨坐標(biāo)x,y變化而變化，如果取一個方向的圖像，則密度隨空間變化，是一條連續(xù)的曲線。數(shù)字圖像——離散圖像——計算機存儲指能夠被計算機存儲、處理和使用的圖像。數(shù)字圖像可以理解為多維數(shù)組。

模擬圖像與數(shù)字圖像之間可通過模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換。第3頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月4照片照片上的手指QuickBird（校園）局部放大數(shù)字圖像：指能夠被計算機存儲、處理和使用的圖像?！半x散化”、二維矩陣：每個元素的取值是圖像連續(xù)變化的灰度的離散整數(shù)值。第4頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月51、離散化的單元——像元值的涵義？代表什么？2、在計算機內(nèi)是如何存儲的（以什么數(shù)據(jù)類型）？3、圖像所占存儲空間如何計算？

模擬圖像

（灰度、顏色的連續(xù)分布）

采樣像元號

像元

第5頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月6不同反差特征的圖像圖像直方圖

用平面直角坐標(biāo)系表示一幅灰度范圍為0-n的數(shù)字圖像像元灰度分布狀態(tài)，橫軸表示灰度級，縱軸表示某一灰度級（或范圍）的像元個數(shù)占像元總數(shù)的百分比。通過直方圖可以直觀地了解圖像特征，以確定圖像增強方案并了解圖像增強后效果。第6頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月7遙感圖像處理系統(tǒng)遙感圖像處理的主要內(nèi)容：校正、增強、變換及信息提取

--磁帶機、數(shù)字化器等；打印機、繪圖儀、激光圖像記錄儀

--圖像計算機、陣列處理機

--磁盤、磁帶、光盤

--系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件（圖像處理軟件）第7頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月88.1.2遙感圖像的輻射校正由于傳感器響應(yīng)特性和大氣的吸收、散射及其它隨機因素影響，導(dǎo)致圖像模糊失真，造成圖像分辨率和對比度相對下降。這些都需要通過輻射校正復(fù)原。包括：系統(tǒng)輻射校正、大氣校正第8頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月9一、系統(tǒng)輻射校正（一）光學(xué)攝影機內(nèi)部輻射誤差校正

光學(xué)攝影機內(nèi)部輻射誤差主要是由鏡頭中心和邊緣的透射光的強度不一致造成的，它使得在圖像上不同位置的同一類地物有不同的灰度值。設(shè)原始圖像灰度值g，校正的圖像灰度g’,則有g(shù)’=g/cos

為像點成像時光線與主光軸夾角。（二）光電掃描儀內(nèi)部輻射誤差的校正兩類誤差：（1）光電轉(zhuǎn)換誤差；（2）探測器增益變化引起的誤差。第9頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月10二、大氣校正定義：指消除主要由大氣散射引起的輻射誤差的處理過程。（一）公式法與衛(wèi)星掃描同步進行野外波譜測試，將地面測量結(jié)果與衛(wèi)星影像對應(yīng)像元亮度值進行回歸分析，回歸方程為：式中，LAi為衛(wèi)星觀測值；Ri為地面反射率；

a和b為回歸系數(shù)；

系數(shù)a為大氣散射引起對輻射的干擾部分

a=SiLBi（式中，Si為系統(tǒng)增益因素；Lbi為大氣路徑輻射率）第10頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月b表示輻射率Lai隨地面反射率Ri遞增而增長的程度大小；Ti為大氣透射率；Hi為太陽輻照度；θ為太陽天頂角；由于這個公式計算方法是對于各個波段分別進行的，所以以上各參數(shù)都帶有i，代表各波段的序號。將上式代入可得：上式說明決定Lai的因素比較復(fù)雜，用這一公式計算Lai時需要獲得當(dāng)時具體氣象參數(shù)。由前面的公式可得：式中，L’Ai即為校正后圖像灰度值；a為大氣附加輻射部分。第11頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月12（二）回歸分析法用長波數(shù)據(jù)來校正短波數(shù)。作法：在不受大氣影響的波段（如TM5）和待校正的某一波段圖像中，選擇由最亮至最暗的一系列目標(biāo)，將每一目標(biāo)的兩個待比較的波段灰度值提取出來進行回歸分析。例如：式中，為TM5波段的亮度均值；為TM1亮度均值；第12頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月13a1,b1計算如下：T1、T5表示TM1與TM5波段灰度值，為TM1波段校正后的灰度值。第13頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月14（三）直方圖校正法:通過灰度直方圖對比找出校正量從圖像像元亮度值中減去一個輻射偏置量（LP），輻射偏置量等于圖像直方圖中最小的輻射亮度值。前提（假設(shè)）：水體（或陰影）等物體的灰度值為0，大氣散射導(dǎo)致圖像上這些物體的灰度值不為0（輻射偏置量）

暗物體法（Dark-objectmethod）第14頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月15補充知識1：大氣影響的定量分析地面上單位面積的輻照度為

假定地表面是朗伯體，其表面為漫反射，則某方向物體的亮度為

系統(tǒng)增益系數(shù)因子，進入傳感器的亮度值

無大氣影響狀況第15頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月16補充知識1：大氣影響的定量分析受入射方向透過率和反射方向透過率的影響，進入傳感器的亮度值為：漫入射輻照度為ED，反射后進入傳感器的亮度值為：散射光直接進入傳感器的輻射（程輻射亮度LP）①②③第16頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月17補充知識1：大氣影響的定量分析大氣的影響主要是減少了圖像的對比度，使原始信號和背景信號都增加了因子。第17頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月18補充知識1：大氣影響的粗略校正

通過比較簡便的方法去掉上式中的LP，從而改善圖像質(zhì)量。

問題：精確校正？？第18頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月19補充知識1：絕對校正示意圖第19頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月20補充知識1：常用大氣輻射校正模型第20頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月21

地球旋轉(zhuǎn)

地球曲率

傳感介質(zhì)的不均勻

地形起伏

傳感器姿態(tài)變化

成像投影方式

8.1.3遙感影像變形的原因第21頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月22遙感影像變形的原因側(cè)視雷達(dá)屬斜距投影，其成像變形規(guī)律紅外機械全景掃描，其成像變形規(guī)律（一）傳感器成像幾何形態(tài)影響傳感器一般的成像幾何形態(tài)有中心投影、全影投影、斜距投影以及平行投影等幾種不同類型。第22頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月23遙感影像變形的原因（二）傳感器外方位元素變化畸變第23頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月24（三）地球自轉(zhuǎn)的影響地球自轉(zhuǎn)對于瞬時光學(xué)成像遙感方式?jīng)]有影響，對于掃描成像則造成圖像平行錯動。為圖像錯動量；圖幅地面長度；地球平均半徑6378KM；衛(wèi)星運行平均角速度；第24頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月25遙感影像變形的原因（四）地球表面曲率的影響像點位置的移動像元對應(yīng)于地面寬度的不等第25頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月26遙感影像變形的原因（五）地形起伏影響第26頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月27遙感影像變形的原因（六）大氣折射的影響第27頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月28二、遙感圖像幾何校正原理遙感圖像幾何校正包括光學(xué)校正和數(shù)字糾正兩種方法。

數(shù)字糾正是通過計算機對圖像每個像元逐個地解析糾正處理完成的，其包括兩方面：一是像元坐標(biāo)變換；二是像元灰度值重新計算（重采樣）。（一）坐標(biāo)變換的兩種方案首先要確定原始圖像和糾正后圖像之間的坐標(biāo)變換關(guān)系。對其包括：

直接法：從原始圖像陣列出發(fā)，依次對其中每一個像元分別計算其在輸出（糾正后）圖像的坐標(biāo)，即：第28頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月29式中，x,y為P點原始圖像的行數(shù)和列數(shù)；X，Y為P在新圖像中的坐標(biāo)（即地面坐標(biāo)系），并把P（x,y)的灰度值重新計算后送到P（X，Y）位置上去。間接法：從空白圖像陣列出發(fā)，依次計算每個像元P（X，Y）在原始圖像中的位置P（x,y），然后把該點的灰度值計算后返送給P(X,Y)。其糾正公式為：第29頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月30數(shù)字圖像幾何糾正的主要處理過程準(zhǔn)備工作輸入原始數(shù)字影像建立糾正變換函數(shù)確定輸出影像范圍像元坐標(biāo)變換像元亮度值重采樣輸出糾正后的圖像準(zhǔn)備工作：圖像、地圖、大地測量資料、平臺軌道參數(shù)、傳感器參數(shù)、控制點的選擇；（具體內(nèi)容可選）糾正變換函數(shù)建立：輸入和輸出圖像間的坐標(biāo)變換關(guān)系；如多項式法、共線方程法等。第30頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月31(二）輸出圖像的邊界大小輸出圖像邊界的地面坐標(biāo)值是由包括糾正后圖像在內(nèi)的最小長方形范圍來確定的。第31頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月321、把原始圖像的4個角點按公式：投影到輸出坐標(biāo)系中來。2、獲取各自的最大和最小值（Xb、Yb和Xa、Ya）；3、令地面上坐標(biāo)（Yb、Xa）和(Ya、Yb)的點（圖像左上角點）為輸出圖像的第一行第一列像元，以dx和dy劃分網(wǎng)格，每個網(wǎng)格代表輸出圖像的一個像元，在它輸出圖像陣列中的位置為：式中，X，Y為地面某網(wǎng)格中心的坐標(biāo)值；I，J為該網(wǎng)格位于輸出圖像陣列中的行列序號；dx,dy為輸出圖像陣列像元的地面尺寸；第32頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月33（三）數(shù)字圖像灰度值的重采樣校正前后圖像的分辨率變化、像元點位置相對變化引起輸出圖像陣列中的同名點灰度值變化。

重采樣：P’的灰度值取決于周圍列陣點上像元的灰度值對其所作的貢獻(xiàn)，這就是灰度值重采樣三種插值方法：最鄰近法、雙線性法、三次卷積法第33頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月341、最近鄰法用距離投影點最近像元灰度值代替輸出像元灰度值。2、雙線性內(nèi)插法投影點周圍4個相鄰像元灰度值，并根據(jù)各自權(quán)重計算輸出像元灰度值，公式簡述為：第34頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月353、雙三次卷積法獲取與投影點鄰近的16個像元灰度值計算輸出像元灰度值，公式為：第35頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月36最鄰近采樣法（Nearestneighbour）第36頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月37原始圖像糾正后圖像（最鄰近插值）第37頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月38雙線性內(nèi)插采樣法第38頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月39雙線性插值原始圖像糾正（雙線性插值）第39頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月40立方體卷積采樣法第40頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月41原始圖像幾何糾正（三次卷積）第41頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月42三、數(shù)字圖像幾何校正方法數(shù)字圖像幾何校正方法有多項式糾正法和共線方程糾正法。前者常用。多項式糾正法的基本思想：回避成像的空間幾何過程，而真接對圖像變形的本身進行數(shù)學(xué)模擬。常用的二元齊次多項式糾正變換方程為：式中，x,y為某像元的原始圖像坐標(biāo)；X,Y為糾正后同名點的地面（或地圖）坐示；ai,bi為多項式系（i=0,1,2…第42頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月43數(shù)字圖像幾何校正方法(函數(shù)的建立)多項式糾正法：常用的方法基本原理：不考慮成像的空間幾何過程，而直接對圖像變形的本身進行數(shù)學(xué)模擬。把遙感圖像的總體變形看作是平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、仿射、偏扭、彎曲及更高次的基本變形的綜合作用結(jié)果，因此，將糾正前后圖像相應(yīng)點間的坐標(biāo)關(guān)系用一適當(dāng)?shù)亩囗検奖磉_(dá)。一般取2次，可以滿足精度要求需要地面控制點：分布、數(shù)量第43頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月44控制點的選擇地面控制點（GCP，GroundControlPoint）:一些特定的像元，其地圖坐標(biāo)或其它輸出坐標(biāo)為已知人工地物線性地物交叉點不易隨時間變化的目標(biāo)大比例尺的圖像：道路交叉點、機場跑道、建筑物小比例尺的圖像：城區(qū)、一些線性地物交叉點（河流、道路）分布：較均勻分布與圖像范圍內(nèi)，保證足夠數(shù)量第44頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月45控制點的選擇注意問題：1.多項式糾正法的精度與地面控制點（GCP）的精度、分布、數(shù)量及糾正范圍有關(guān)；GCP的位置精度越高，則幾何糾正的精度越高；GCP的個數(shù)不少于多項式的系數(shù)個數(shù)；適當(dāng)增加GCP的個數(shù)，可以提高幾何糾正的精度。20-30個GCP，一般可以滿足需求2.GCP分布應(yīng)盡可能在整幅圖像內(nèi)均勻分布，否則在GCP密集區(qū)精度較高，在GCP分布稀疏區(qū)出現(xiàn)較大誤差3.最小控制點的數(shù)量為:(n+1)(n+2)/2,為多項式次數(shù)。第45頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月46四、遙感圖像配準(zhǔn)第46頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月47

影像配準(zhǔn)

(Matching)是將同一地區(qū)的不同特性的相關(guān)影像(如不同傳感器，不同日期，不同波段或傳感器在不同位置獲取的同一地區(qū)地物)在幾何上互相匹配，即實現(xiàn)影像與影像間地理坐標(biāo)及像元空間分辨率上的統(tǒng)一。

概念相對配準(zhǔn)

選擇某一衛(wèi)星數(shù)據(jù)作為參考圖象，將其他衛(wèi)星數(shù)據(jù)與之配準(zhǔn)，簡稱圖像對圖像的配準(zhǔn)。

絕對配準(zhǔn)

將所有的圖像分別校正到地圖坐標(biāo)系下。第47頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月48精糾正后SPOT配準(zhǔn)后TMDRGSPOT與TM影像的配準(zhǔn)第48頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月49已有高精度糾正結(jié)果時：在對已有糾正圖像進一步檢查的基礎(chǔ)上，以糾正好的、幾何精度高的數(shù)據(jù)為底圖，進行配準(zhǔn)糾正。監(jiān)測范圍較小時：高幾何分辨率全色SPOT先幾何校正到地圖坐標(biāo)系，再將TM配準(zhǔn)到全色SPOT上。

監(jiān)測范圍較大時：先將高質(zhì)量的某一時相TM數(shù)據(jù)進行幾何糾正，象元采樣成10米的地面分辨率，作為標(biāo)準(zhǔn)影象地圖；再將其余衛(wèi)星數(shù)據(jù)以景為單元與其進行相對配準(zhǔn)。配準(zhǔn)模式第49頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月50影像配準(zhǔn)或校正配準(zhǔn)精度檢查加密控制點選取控制點滿足配準(zhǔn)結(jié)束不滿足滿足要求嗎？配準(zhǔn)流程第50頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月51同名點的選取

人工目視相關(guān)運算

采用的方法一般多項式擬合法圖像配準(zhǔn)中誤差一般地區(qū)不大于0.5個像元，平原地區(qū)嚴(yán)格控制在0.5個像元以內(nèi)，山區(qū)適當(dāng)放寬。第51頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月52配準(zhǔn)點的選取第52頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月53快速融合結(jié)果局部放大對配準(zhǔn)后數(shù)據(jù)進行快速融合處理，目視檢查融合圖是否有重影現(xiàn)象。配準(zhǔn)精度檢查第53頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月54配準(zhǔn)不合格，有重影的影像配準(zhǔn)精度檢查第54頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月55透明疊加檢查利用圖像處理軟件的連接和分層交互顯示功能目視檢查數(shù)據(jù)配準(zhǔn)精度。配準(zhǔn)精度檢查第55頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月56五、圖像鑲嵌第56頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2