第5章 图像校正与增强.ppt

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1、1)(1)(d yYYId xXXJba1第五章第五章 图像校正与增强图像校正与增强图像校正图像校正辐射校正辐射校正几何校正几何校正原因:原因:辐射校正辐射校正由于遥感检测系统、大气散射和吸收由于遥感检测系统、大气散射和吸收等原因引起的图像模糊失真、分辩率和对比度下降等原因引起的图像模糊失真、分辩率和对比度下降等辐射失真;等辐射失真;几何校正几何校正是由于搭载传感器的遥感平台飞行资是由于搭载传感器的遥感平台飞行资态变化、地球自传、地球曲率等原因引起的图像几态变化、地球自传、地球曲率等原因引起的图像几何益畸变。何益畸变。1)(1)(d yYYId xXXJba27.1 数字图像基础知识数字图像基

2、础知识一、数字图像和图像数字化一、数字图像和图像数字化(一)数字图像的概念(一)数字图像的概念 早期的遥感技术通过摄影成像方法得到的像片早期的遥感技术通过摄影成像方法得到的像片称之为称之为光学图像。光学图像。能在计算机里存储、运算、显示和输出的图像能在计算机里存储、运算、显示和输出的图像称为称为数字图像。数字图像。光学图像可以看成是由无数个很小的单元点子光学图像可以看成是由无数个很小的单元点子(像元)组成的,每个单元点子的明暗程度记录了(像元)组成的,每个单元点子的明暗程度记录了成像瞬间对应的物体的反射光强度成像瞬间对应的物体的反射光强度(灰度)(灰度),在遥,在遥感图像其实质就是探测范围内感

3、图像其实质就是探测范围内电磁辐能量电磁辐能量分布图。分布图。1)(1)(d yYYId xXXJba3数字方法表示图像:数字方法表示图像:O图像图像xy(x,y)表示像元的位置;表示像元的位置;f(x,y)表示(表示(x,y)位置上的对应地物电磁辐射强度。位置上的对应地物电磁辐射强度。对于模拟图像对于模拟图像,x,y,f(x,y)的取值是连续的。的取值是连续的。1)(1)(d yYYId xXXJba4O图像图像xy1234213456Pixel 要经过要经过“离散化离散化”取样才能变成计算机可存储和取样才能变成计算机可存储和运算的数字图像。运算的数字图像。函数函数f(x,y)的取值:的取值:

4、离散整数取样是根据需要,将离散整数取样是根据需要,将灰度空间分成灰度空间分成2n级(目前级(目前n的取值有的取值有1、4、7、8,甚至,甚至更多),然后根据方格内电磁辐射强弱取其平均值整更多),然后根据方格内电磁辐射强弱取其平均值整数作为函数数作为函数f(x,y)的值。的值。1)(1)(d yYYId xXXJba5一幅模拟图像表示为数字图像其实质是一个数字一幅模拟图像表示为数字图像其实质是一个数字矩阵。矩阵。离表示邻点到投影点的距重为邻近点对投影点的权i iiid dpp,/1 数字矩阵可以计算机里进行存储和运算。数字矩阵可以计算机里进行存储和运算。1)(1)(d yYYId xXXJba6

5、(二)图像数字化(二)图像数字化 一幅光学图像经过上述离散取样,转化为数字图像一幅光学图像经过上述离散取样,转化为数字图像的过程即的过程即图像数字化。图像数字化。图像的数字化内容:图像的数字化内容:(1)图像空间位置的数字化图像空间位置的数字化,即图像的空间取样。,即图像的空间取样。(2)图像灰度的数字化图像灰度的数字化,即指从图像灰度的连续,即指从图像灰度的连续变化中进行离散的采样,目前经常使用的灰度量度有变化中进行离散的采样,目前经常使用的灰度量度有2级,级,64级,级,128级,级,256级。级。除光学图像可以数字化为数字图像外,更多的遥除光学图像可以数字化为数字图像外,更多的遥感图像源

6、于传感器获得后直接的数字产品,如感图像源于传感器获得后直接的数字产品,如SPOT,MSS,TM,ETM等航天遥感数字。等航天遥感数字。1)(1)(d yYYId xXXJba7(三)灰度直方图(三)灰度直方图用平面直角坐标系表示一幅灰度范围为用平面直角坐标系表示一幅灰度范围为0-n数字数字图像像元灰度分布状态。图像像元灰度分布状态。为输出像元灰度值 y xg横轴表示横轴表示灰度级灰度级,纵轴(纵轴(Pi=mi/M)表示灰度级为表示灰度级为gi的的像元个数像元个数mi占像占像元总数的百分元总数的百分比。将比。将2n个个Pi绘于绘于图上,所形成的图上,所形成的统计直方图叫统计直方图叫灰灰度直方图。

7、度直方图。1)(1)(d yYYId xXXJba84141432144332211 iiiiiy xpgpppppgpgpgpgpg通过灰度直方图可以直观地了解通过灰度直方图可以直观地了解图像增强图像增强的效果。的效果。1)(1)(d yYYId xXXJba9161161iiiiiyxpgPg二、图像处理系统与处理内容二、图像处理系统与处理内容(一)图像处理系统(一)图像处理系统1)(1)(d yYYId xXXJba10(二)遥感图像计算机处理的主要内容(二)遥感图像计算机处理的主要内容 .图像校正图像校正:辐射校正、几何校正等;:辐射校正、几何校正等;2.增强处理增强处理:彩色增强、直

8、方图增强、图像:彩色增强、直方图增强、图像运算、多信息融合等;运算、多信息融合等;3.图像变换:图像变换:消除干扰、滤掉噪声、提高图消除干扰、滤掉噪声、提高图像的质量,如变换等;像的质量,如变换等;4.计算机信息提取计算机信息提取:非监督分类、监督分类、:非监督分类、监督分类、神经网络分类、模糊分类、空间信息撮等。神经网络分类、模糊分类、空间信息撮等。1)(1)(d yYYId xXXJba117.2 图像辐射校正图像辐射校正一、系统辐射校正一、系统辐射校正(一)光学摄影机内部辐射误差校正(一)光学摄影机内部辐射误差校正 光学摄影机内部辐射误差主要是由镜头中心和边缘光学摄影机内部辐射误差主要是

9、由镜头中心和边缘的透射光的强度不一致造成的,它使得在图像上不同位的透射光的强度不一致造成的,它使得在图像上不同位置的同一类地物有不同的灰度值。设原始图像灰度值置的同一类地物有不同的灰度值。设原始图像灰度值g,校正的图像灰度校正的图像灰度g,则有则有g=g/cos 为像点成像时光线与主光轴夹角。为像点成像时光线与主光轴夹角。(二)光电扫描仪内部辐射误差的校正(二)光电扫描仪内部辐射误差的校正 两类误差:两类误差:(1)光电转换误差;()光电转换误差;(2)探测器增)探测器增益变化引起的误差。益变化引起的误差。1)(1)(d yYYId xXXJba12消除方法:消除方法:楔校准处理方法;楔校准处

10、理方法;二、大气校正二、大气校正定义:定义:指消除主要由大气散射引起的辐射误差的处理指消除主要由大气散射引起的辐射误差的处理过程。过程。(一)公式法(一)公式法 与卫星扫描同步进行野外波谱测试,将地面测量结果与卫星扫描同步进行野外波谱测试,将地面测量结果与卫星影像对应像元亮度值进行回归分析,回归方程与卫星影像对应像元亮度值进行回归分析,回归方程为:为:)()()(3928273625423210YbXYbYXbXbYbXYbXbYbXbby式中,式中,LAi为卫星观测值;为卫星观测值;Ri为地面反射率;为地面反射率;a和和b为回归系数;为回归系数;1)(1)(d yYYId xXXJba13系

11、数系数a为大气散射引起对辐射的干扰部分为大气散射引起对辐射的干扰部分a=SiLBi 式中,式中,Si为系统增益因素;为系统增益因素;Lbi为大气路径辐射率;为大气路径辐射率;)()()(3928273625123210YaXYaYXaXaYaXYaXaYaXaaxb表示辐射率表示辐射率Lai随地面反射率随地面反射率Ri递增而增长的程度大小;递增而增长的程度大小;Ti为大气透射率;为大气透射率;Hi为太阳辐照度;为太阳辐照度;为太阳天顶角;为太阳天顶角;由于这个公式计算方法是对于各个波段分别进行的,由于这个公式计算方法是对于各个波段分别进行的,所以以上各参数都带有所以以上各参数都带有i,代表各波

12、段的序号。将上式,代表各波段的序号。将上式代入可得:代入可得:1)(1)(d yYYId xXXJba14b上式说明决定上式说明决定Lai的因素比较复杂,用这一公式计算的因素比较复杂,用这一公式计算Lai时需要获得当时具体气象参数。时需要获得当时具体气象参数。由前面的公式可得:由前面的公式可得:)/(minmaxminmaxggggkk为斜率bkggijij式中,式中,LAi即为校正后图像灰度值;即为校正后图像灰度值;a为大气附加辐射为大气附加辐射部分。部分。1)(1)(d yYYId xXXJba15(二)回归分析法(二)回归分析法 用长波数据来校正短波数。用长波数据来校正短波数。作法:作法

13、:在不受大气影响的波段(如在不受大气影响的波段(如TM5)和待校正)和待校正的某一波段图像中,选择由最亮至最暗的一系列目标,的某一波段图像中,选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灰度值提取出来进行将每一目标的两个待比较的波段灰度值提取出来进行回归分析。回归分析。例如例如:ijg式中式中,ijg为为TM5波段的亮度均值;波段的亮度均值;10100 ijijkgg b为为TM1亮度均值;亮度均值;1)(1)(d yYYId xXXJba16a1,b1计算如下:计算如下:109.4ijijgg9.452/255)/()(minmaxminmaxggggkT1、T5表示表示TM1

14、与与TM5波段灰度值,波段灰度值,为TM1波段校正后的灰度值。1)(1)(d yYYId xXXJba17辐射回归分析图:辐射回归分析图:1)(1)(d yYYId xXXJba18(三)直方图校正法(三)直方图校正法 通过灰度直方图对比找出校正量。通过灰度直方图对比找出校正量。1)(1)(d yYYId xXXJba19辐射校正一、遥感图像的辐射误差主要有三个因素一、遥感图像的辐射误差主要有三个因素v传感器的光电变换传感器的光电变换()v大气的影响大气的影响()光照条件光照条件()地物(目标物)的辐射(反射)经过大气层时,地物(目标物)的辐射(反射)经过大气层时,与大气层发生散射作用和吸收作

15、用。吸收作用直接与大气层发生散射作用和吸收作用。吸收作用直接降低地物的辐射能量,引起辐射畸变。散射作用除降低地物的辐射能量,引起辐射畸变。散射作用除降低地物的辐射能量外,大气散射的部分辐射还会降低地物的辐射能量外,大气散射的部分辐射还会进入传感器,直接叠加在目标地物的辐射能量之中,进入传感器,直接叠加在目标地物的辐射能量之中,成为目标地物的噪声,降低了图像的质量。成为目标地物的噪声,降低了图像的质量。光照条件的不同也会引起辐射畸变,如太阳高光照条件的不同也会引起辐射畸变,如太阳高度角、地面坡度等,都会引起辐射的畸变。度角、地面坡度等,都会引起辐射的畸变。1)(1)(d yYYId xXXJba

16、20 Ep=E0 cos4 NoImage辐射校正1)(1)(d yYYId xXXJba21三、光电变换的辐射误差校正三、光电变换的辐射误差校正 光电变换的扫描仪,辐射误差主要有两类:光电变换的扫描仪,辐射误差主要有两类:(1)(1)光电转换误差;光电转换误差;(2)(2)探测器增益变化引起的误差。探测器增益变化引起的误差。对于该两项误差,卫星接收站地面处理系统通常采用楔对于该两项误差,卫星接收站地面处理系统通常采用楔校准模型和增益校准模型,对卫星图像进行处理,消除校准模型和增益校准模型,对卫星图像进行处理,消除传感器的光电转变辐射误差和增益变化的误差。传感器的光电转变辐射误差和增益变化的误

17、差。辐射校正1)(1)(d yYYId xXXJba22 以陆地卫星(以陆地卫星(Landsat)可见光波段为例,校准模型为)可见光波段为例,校准模型为:式中:式中:Vr为未校正的输入亮度值;为未校正的输入亮度值;Vc为校准后的输为校准后的输出亮度值;出亮度值;为回归分析所决定的系数,反映了传感为回归分析所决定的系数,反映了传感器传输特性的增益;器传输特性的增益;K为太阳角校正系数。为太阳角校正系数。NoImageNoImageNoImage1)(1)(d yYYId xXXJba23 对于对于LandsatLandsat卫星的卫星的MSSMSS图像和图像和TMTM图像按下式进行图像按下式进行

18、增益变化校正:增益变化校正:式中:式中:V 已校正过的数据;已校正过的数据;Dmax 校正系数,对于校正系数,对于MSS为为127,对,对TM为为255;Rmax 探测器能够输出的最大辐射亮度;探测器能够输出的最大辐射亮度;Rmin 探测器能够输出的最小辐射亮度;探测器能够输出的最小辐射亮度;R 传感器输出的未校正辐射亮度。传感器输出的未校正辐射亮度。NoImage1)(1)(d yYYId xXXJba24 MSS的 Rmax 和Rmin 波段 Rmax 和Rmin Landsat-2Landsat-3Landsat-4Landsat-540.08/2.630.04/2.500.04/2.3

19、80.04/2.3850.06/1.760.03/2.000.04/1.640.04/1.6460.06/1.520.03/1.650.05/1.420.05/1.42 7 0.11/3.91 0.03/4.50 0.12/3.49 0.12/3.49 1)(1)(d yYYId xXXJba25TM的Rmax 和Rmin波段 Rmax 和Rmin 1-0.009 9/1.0042-0.022 7/2.4043-0.008 3/1.4104-0.019 4/2.6605-0.007 99/0.587 36-0.003 75/0.359 570.153 4/1.896 1)(1)(d yYYId

20、 xXXJba26四、辐射值校准流程图四、辐射值校准流程图CCT回归计算滤波处理校准处理CCT 辐射校正1)(1)(d yYYId xXXJba27五、大气散射校正五、大气散射校正 大气校正就是指消除由大气散射引起的辐射误差的大气校正就是指消除由大气散射引起的辐射误差的处理过程处理过程。大气校正的方法大气校正的方法:v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;v利用地面实况数据进行大气校正利用地面实况数据进行大气校正;v利用辅助数据进行大气校正。利用辅助数据进行大气校正。实际像场大气的校正:实际像场大气的校正:v野外现场波谱测试(回归分析法);野外现场波谱测试(回归分析法);

21、v大气参数测量;大气参数测量;v波段对比分析(直方图法)。波段对比分析(直方图法)。辐射校正1)(1)(d yYYId xXXJba28回归分析法 回归分析校正法回归分析校正法1)(1)(d yYYId xXXJba29直方图法 v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

22、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。NoImage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/%/%1)(1)(d yYYId xXXJba30六、太阳高度角的辐射误差校正六、太阳高度角的辐射误差校正v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。v太阳的高度角太阳的高度角可根据成像时刻的时间、季节和地理位可根据成像时刻的时间、季节和地理位置

23、来确定,即:置来确定,即:v sin=sin sincos coscost v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。辐射校正1)(1)(d yYYId xXXJba31七、地形坡度辐射误差校正七、地形坡度辐射误差校正v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

24、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。v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(x,y),则),则校正后的图像校正后的图像f(x,y)为:)为:由上式看出,地形坡度引起的辐射校正方法需要有图像由上式看出,地形坡度引起的辐射校正方法需要有图像对应地区的对应地区的DEM数据,校正较为麻烦,一般情况下对数据,校正较为麻烦,一般情况下对地形坡度引起的误差不做校正。地形坡度引起的误差不做校正。NoImage辐射校正1)(1)(d yYYId xXXJba32几何校正 一、遥感图像的几何变形有两层含义一、遥感图像的几何变形有两层含义 一是指

25、卫星在运行过程中,由于姿态、地球曲率、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、以及传感器自身地形起伏、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。性能所引起的几何位置偏差。二是指图像上像元的坐标与地图坐标系统中相应坐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。标之间的差异。1)(1)(d yYYId xXXJba33二、几何变形的校正二、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,已按常规处理方的,地面接收站在提供给用户资料前,已按

26、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、案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。大气状态、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。几何校正1

27、)(1)(d yYYId xXXJba34三、卫星姿态引起的图像变形三、卫星姿态引起的图像变形NoImage位移变化位移变化高度变化高度变化速度变化速度变化偏航变化偏航变化俯仰变化俯仰变化侧翻变化侧翻变化(d)(d)(d )1)(1)(d yYYId xXXJba35四、动态扫描图像的变形四、动态扫描图像的变形NoImage几何校正1)(1)(d yYYId xXXJba36五、地球曲率五、地球曲率 地球曲率引起的像点位移类似于地形起伏引起的地球曲率引起的像点位移类似于地形起伏引起的像点位移。像点位移。h看作是一种系统的地形起伏,就看作是一种系统的地形起伏,就可以利用像点位移公式来估计地球曲率

28、所引起的可以利用像点位移公式来估计地球曲率所引起的像点位移。像点位移。地球曲率的变形图示(地球曲率的变形图示(to be continued)。几何校正1)(1)(d yYYId xXXJba37地球曲率的变形图示地球曲率的变形图示几何校正1)(1)(d yYYId xXXJba38六、大气折射六、大气折射 整个大气层不是一个均匀的介质,因此电磁波在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高度的变化而变化,大气层中传播时的折射率也随高度的变化而变化,使电磁波传播的路径不是一条直线而变成了曲线,使电磁波传播的路径不是一条直线而变成了曲线,从而引起像点的位移,这种像点移

29、位就是大气折从而引起像点的位移,这种像点移位就是大气折光差(参见下一页示图)。光差(参见下一页示图)。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像的。侧视雷达是按斜距投影原理成像的。雷达电磁波在大气中传播时,一方面会因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;另一方面使电磁波传播速度播路径变长;另一方面使电磁波传播速度减慢,传播时间增加。减慢,传播时间增加。几何校正1)(1)(d yYYId xXXJba39NoImage大气折光差示图 1)(1)(d yYYId xXXJba40七、

30、遥感图像几何校正方法七、遥感图像几何校正方法 系统几何校正(系统几何校正()。数字图像几何校正也称图像纠正,其目的是改正数字图像几何校正也称图像纠正,其目的是改正原始影像的几何变形,产生一幅符合某种地图投原始影像的几何变形,产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像。影或图形表达要求的新图像。基本环节有两个:基本环节有两个:v一是像素坐标变换;一是像素坐标变换;二是像素亮度重采样。二是像素亮度重采样。几何校正1)(1)(d yYYId xXXJba41数字图像纠正的处理过程框图 准准备备工工作作输入原输入原始数字始数字图像图像建立纠正建立纠正变换函数变换函数影像范围影像范围确定输出确定输出

31、逐个像素逐个像素的几何位的几何位置变换置变换像素亮度像素亮度值重采样值重采样输出纠正输出纠正后的图像后的图像1)(1)(d yYYId xXXJba42直接法和间接法纠正方案1)(1)(d yYYId xXXJba437.3 几何校正的原理与方法几何校正的原理与方法几何畸变:几何畸变:遥感图像在获取过程中由于多种原因导遥感图像在获取过程中由于多种原因导致景物中目标物相对位置的坐标关系图像中发生变致景物中目标物相对位置的坐标关系图像中发生变化。化。一、遥感图像几何畸变来源一、遥感图像几何畸变来源(一)传感器成像几何形态影响(一)传感器成像几何形态影响传感器一般的成像几何形态有中心投影、全影投影、

32、斜传感器一般的成像几何形态有中心投影、全影投影、斜距投影以及平行投影等几种不同类型。距投影以及平行投影等几种不同类型。1、全景投变形、全景投变形)()(nsrnscaVbKV红外机械扫描仪、红外机械扫描仪、CCD线阵推帚式传线阵推帚式传感器。感器。1)(1)(d yYYId xXXJba442、斜距投影变形、斜距投影变形侧视雷达属斜距投影,其成像变形规律如图侧视雷达属斜距投影,其成像变形规律如图niiiniiiVDbVCa11)(nsb1)(1)(d yYYId xXXJba45(二)传感器外方位元素变化畸变(二)传感器外方位元素变化畸变minminmaxmax)(RRRRDV1)(1)(d

33、yYYId xXXJba46(三)地球自转的影响(三)地球自转的影响地球自转对于瞬时光学成像遥感方式没有影响,对于扫地球自转对于瞬时光学成像遥感方式没有影响,对于扫描成像则造成图像平行错动。描成像则造成图像平行错动。cosyx gyx f,为图像错动量;为图像错动量;扫描整景图像时间;扫描整景图像时间;该纬度的地球自转该纬度的地球自转线速度;线速度;图幅地面长度;图幅地面长度;地球平均半径地球平均半径6378KM;卫星运行平均角卫星运行平均角速度;速度;1)(1)(d yYYId xXXJba47(四)地球曲率影响(四)地球曲率影响1、在星下点视场、在星下点视场角较小,曲率影角较小,曲率影响可

34、忽略。响可忽略。2、产生的误差原、产生的误差原理与航空像片像理与航空像片像点位移相同。点位移相同。1)(1)(d yYYId xXXJba48二、遥感图像几何校正原理二、遥感图像几何校正原理 遥感图像几何校正包括遥感图像几何校正包括光学校正光学校正和和数字纠正数字纠正两种方法。两种方法。数字纠正数字纠正是通过计算机对图像每个像元逐个地解析纠是通过计算机对图像每个像元逐个地解析纠正处理完成的,其包括两方面:一是正处理完成的,其包括两方面:一是像元坐标变换;像元坐标变换;二二是是像元灰度值重新计算(重采样)。像元灰度值重新计算(重采样)。(一)坐标变换的两种方案(一)坐标变换的两种方案 首先要确定

35、原始图像和纠正后图像之间的坐标变换关首先要确定原始图像和纠正后图像之间的坐标变换关系。对其包括:系。对其包括:直接法:直接法:从原始图像阵列出发,依次对其中每一个像从原始图像阵列出发,依次对其中每一个像元分别计算其在输出(纠正后)图像的坐标,即:元分别计算其在输出(纠正后)图像的坐标,即:NoImage1)(1)(d yYYId xXXJba49式中,式中,x,y为为P点原始图像的行数和列数;点原始图像的行数和列数;X,Y为为P在新图在新图像中的坐标(即地面坐标系),并把像中的坐标(即地面坐标系),并把P(x,y)的灰度值重新的灰度值重新计算后送到计算后送到P(X,Y)位置上去。)位置上去。间

36、接法:间接法:从空白图像阵列出发,依次计算每个像元从空白图像阵列出发,依次计算每个像元P(X,Y)在原始图像中的位置)在原始图像中的位置P(x,y),然后把该点),然后把该点的灰度值计算后返送给的灰度值计算后返送给P(X,Y)。其纠正公式为:。其纠正公式为:NoImage1)(1)(d yYYId xXXJba50(二)输出图像的边界大小二)输出图像的边界大小输出图像边界的输出图像边界的地面坐标值地面坐标值是由包括纠正后图像在内的是由包括纠正后图像在内的最小长方形范围来确定的。最小长方形范围来确定的。1)(1)(d yYYId xXXJba511、把原始图像的、把原始图像的4个角点按公式:个角

37、点按公式:NoImage投影到输出坐标投影到输出坐标系中来。系中来。2、获取各自的最大和最小值(、获取各自的最大和最小值(Xb、Yb和和Xa、Ya););3、令地面上坐标(、令地面上坐标(Yb、Xa)和)和(Ya、Yb)的点(图像左上的点(图像左上角点)为输出图像的第一行第一列像元,以角点)为输出图像的第一行第一列像元,以dx和和dy划分网划分网格,每个网格代表输出图像的一个像元,在它输出图像阵格,每个网格代表输出图像的一个像元,在它输出图像阵列中的位置为:列中的位置为:NoImage式中,式中,X,Y为地面某网格中为地面某网格中心的坐标值;心的坐标值;I,J为该网格为该网格位于输出图像阵列中

38、的行列位于输出图像阵列中的行列序号;序号;dx,dy为输出图像阵列为输出图像阵列像元的地面尺寸;像元的地面尺寸;1)(1)(d yYYId xXXJba52(三)数字图像灰度值的(三)数字图像灰度值的重采样重采样 校正前后图像的分辨率变化、像元点位置相对变化引校正前后图像的分辨率变化、像元点位置相对变化引起输出图像阵列中的同名点灰度值变化。起输出图像阵列中的同名点灰度值变化。重采样:重采样:P的灰度值取决于周围列阵点上像元的灰度的灰度值取决于周围列阵点上像元的灰度值对其所作的贡献,这就是值对其所作的贡献,这就是灰度值重采样灰度值重采样1)(1)(d yYYId xXXJba531、最近邻法、最

39、近邻法 用距离投影点最近像元灰度值代替输出像元灰度值。用距离投影点最近像元灰度值代替输出像元灰度值。2、双线性内插法、双线性内插法 投影点周围投影点周围4个相邻像元灰度值,并根据各自权重计个相邻像元灰度值,并根据各自权重计算输出像元灰度值,公式简述为:算输出像元灰度值,公式简述为:NoImageNoImageNoImageNoImage1)(1)(d yYYId xXXJba543、双三次卷积法、双三次卷积法 获取与投影点邻近的获取与投影点邻近的16个像元灰度值计算输出像个像元灰度值计算输出像元灰度值,公式为:元灰度值,公式为:NoImageNoImageNoImageNoImage1)(1)

40、(d yYYId xXXJba55三、数字图像几何校正方法三、数字图像几何校正方法数字图像几何校正方法有数字图像几何校正方法有多项式纠正法多项式纠正法和和共线方程纠正共线方程纠正法。前者常用。法。前者常用。多项式纠正法多项式纠正法的基本思想:回避成像的空间几何过程,的基本思想:回避成像的空间几何过程,而真接对图像变形的本身进行数学模拟。常用的二元齐而真接对图像变形的本身进行数学模拟。常用的二元齐次多项式纠正变换方程为:次多项式纠正变换方程为:NoImageNoImage式中,式中,x,y为某像元的原始图像坐标;为某像元的原始图像坐标;X,Y为纠正后同为纠正后同名点的地面(或地图)坐示;名点的地

41、面(或地图)坐示;ai,bi为多项式系为多项式系(i=0,1,21)(1)(d yYYId xXXJba56 实际工作中,多项式系数求出后,根据上述公式可实际工作中,多项式系数求出后,根据上述公式可以求解原始图像任一像元的坐标,并对图像灰度进行内以求解原始图像任一像元的坐标,并对图像灰度进行内插,获取某种投影的纠正图像。插,获取某种投影的纠正图像。一般选择最小控制点的数量为一般选择最小控制点的数量为:(n+1)(n+2)/2,为多项为多项式次数。式次数。四、遥感图像数字镶嵌四、遥感图像数字镶嵌 数字镶嵌在理论和方法上与几何校正类似,有几点注数字镶嵌在理论和方法上与几何校正类似,有几点注意:意:

42、1、镶嵌要有足够宽的重叠区,最好不少于图像的、镶嵌要有足够宽的重叠区,最好不少于图像的1/5。2、相邻的图像色调或灰度值应一致(通过、相邻的图像色调或灰度值应一致(通过“直方图匹直方图匹配配”等方法);等方法);3、最好依据地图投影方式先分幅校正,后镶嵌,以保、最好依据地图投影方式先分幅校正,后镶嵌,以保证较高的精度。证较高的精度。1)(1)(d yYYId xXXJba57五、多图像几何配准五、多图像几何配准 在实际应用过程经常需要将同一地区的不同类型传在实际应用过程经常需要将同一地区的不同类型传感器获得的各种遥感数据感器获得的各种遥感数据“匹配匹配”起来,以期利用各自起来,以期利用各自优点

43、,这种作法称为优点,这种作法称为多图像几何配准多图像几何配准。7.4 遥感图像增强处理遥感图像增强处理一、彩色增强处理一、彩色增强处理假彩色合成假彩色合成原理:原理:选取同一目选取同一目标的三个标的三个多光谱数多光谱数据据合成一幅彩色图合成一幅彩色图像。像。1)(1)(d yYYId xXXJba58二、空间域增强处理二、空间域增强处理定义:空间域定义:空间域指图像平面所在的二维空间,指图像平面所在的二维空间,空间域图像空间域图像增强增强是指在图像平面上应用某种数学模型,通过改变图是指在图像平面上应用某种数学模型,通过改变图像像元灰度值达到增强效果。(这种增强并不改变像元像像元灰度值达到增强效

44、果。(这种增强并不改变像元的位置)的位置)q 反差增强反差增强 反差增强反差增强又称对比度增强或点增强。又称对比度增强或点增强。主要通过改变图主要通过改变图像灰度分布态势,扩展灰度分布区间,达到增加反差的像灰度分布态势,扩展灰度分布区间,达到增加反差的目的。目的。线性增强线性增强 若增强前后灰度函数关系符合以下线性关系式,则若增强前后灰度函数关系符合以下线性关系式,则称为线性增强,也称称为线性增强,也称“线性拉伸线性拉伸”:NoImage1)(1)(d yYYId xXXJba59NoImageNoImageNoImageNoImage为增强后灰度值;为增强后灰度值;为增强前灰度值;为增强前灰度值;为常数;为常数;NoImage此变换过程此变换过程和结果可用和结果可用图表示:图表示:1)(1)(d yYYId xXXJba60举例:举例:某地某地TM图像,增强前灰度最大值为图像,增强前灰度最大值为62,最,最小值为小值为10,选择,选择0-256灰度级进行线性变换,则变换灰度级进行线性变换,则变换函数为:函数为:NoImageNoImageNoImage其中:其中:1)(1)(d yYYId xXXJba61

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