遥感图像处理

绪论和第一章 1图像的概念

是以不同形式和手段观测客观世界而获得的可以直接或间接作用于人眼，进而产生视觉的一种实体。

它是对客观对象的一种相似性的描述或写真，它包含了被描述或写真对象的信息 2图像分类

人眼的视觉特点 ：可见图像 不可见图像

图像的明暗程度和空间坐标的连续划分：数字图像(不可见) 模拟(光学)图像 (可见) 波段的数量 ：单波段图像 多波段图像 时间特性 ： 静态图像 动态图像 3图像的数学表达方法

常用的数学表征法有两种：确定性表示和统计性表示。 4遥感数字图像处理主要内容

图像增强、图像校正、信息提取。

1）图像增强：用来改善图像的对比度，突出感兴趣的地物信息，提高图像大的目视解译效果，它包括灰度拉伸、平滑、锐化、滤波、变换（K—L/K—T）、彩色合成、代数运算、融合等。 图像显示：为了理解数字图像中的内容，或对处理结果进行对比。 图像拉伸：为了提高图像的对比度（亮度的最大值与最小值的比值），改善图像的显示效果。

2）图像校正（恢复/复原）：为了去除和压抑成像过程中由各种因素影响而导致的图像失真。 注意：图像校正包括辐射和几何校正，前者通过辐射定标和大气校正等处理将像素值由灰度级改变为辐照度或反射率，后者利用已有的参照系修改像素坐标，使得图像能够与地图匹配或多景图像之间可以相互匹配。

3）信息提取：从校正后的遥感数据中提取各种有用的地物信息。包括图像分割、分类等。 图像分割：用于从背景中分割出感兴趣的地物目标。分割的结果可作为监督分类的训练区。 图像分类：按照特定的分类系统对图像中像素的归属类别进行划分。 5像元的空间和属性特征

数字化器：传感器、数码相机、扫描仪等

大容量存储器： 显示和输出设备： 操作台：

6了解通用遥感图像处理软件

1) ENVI 2)ERDAS 3) PCI 4) ERMAPPER 第二章

7常见遥感平台和传感器 遥感平台：面、航空、航天；

传感器分辨率：空间、光谱、辐射、时间分辨率

8遥感图像成像方式 1）摄影成像:

其传感器主要为摄影机，其基本特点是在快门打开后的一瞬间几乎同时收集目标上所有的反射光，聚焦到胶片上成为一幅影像，并记录下来。

2）扫描成像: 其特点逐点逐行地收集信息。

3）雷达成像

9传感器分辨率

主要有4个：辐射分辨率、光谱分辨率、空间分辨率和时间分辨率。

A. 辐射分辨率：是传感器区分反射或发射的电磁波辐射强度差异的能力。高辐射分辨率意味着可以区分信号 强度的微小差异。在可见、近红外波段用噪声等效反射率表示，在热红外波段用噪声等效温差、最小可探测温差和最小可分辨温差表示。

B. 光谱分辨率：是传感器记录的电磁光谱中特定波长的范围和数量。波长范围越窄，光谱分辨率越高；波段 数越多，光谱分辨率越高。

C. 空间分辨率：是指遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小，即传感器能把两个目标物作为清晰 的实体记录下来的两个目标物之间最小的距离。它是表征图像分辨地面目标细节能力的指标。通常用像素大小、解像力或视场角来表示。 D. 时间分辨率：对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔称为时间分辨率。 10遥感数字图像的数字化

把模拟图像转换成数字图像的过程（A/D） 包括两个过程：采样(空间取样) 和量化(灰度量化)

11遥感图像的存储方式及其特点 遥感数字图像的通用记录方式： （1）BSQ （2）BIL （3）BIP 第三章

12色彩基本属性:亮度（明度）、色调和饱和度 13 三基色及其混色

任何色彩都可以由不同比例的三种独立的基本彩色相混合而得到。这三种相互独立的彩色称为三基色。相加混合法的三基色是红、绿、蓝，它们之间的任意一组混合都可以得到一种新的彩色。

14 直方图的定义及作用 ?????

直方图是影像亮度值频率统计信息的图形表达方式，横坐标为影像某波段亮度值的量化等级，纵坐标代表这些亮度值出现的频率。

是灰度级的函数，描述的是图像中各个灰度级像素的个数。Hi=ni/N

1）直方图反映了图像灰度的分布规律；

2）任一幅特定的图像都有唯一的直方图与之对应，但不同的图像可以有相同的直方图。 3）由于遥感图像数据的随机性，直方图服从或接近正态分布； 应用：根据直方图的形态可以大致推断图像的反差，可通过有目的地改变直方图形态来改善图像的对比度。

15 图像的统计指标 ?????

单波段图像的统计特征：

a) 反映像素值平均信息的统计参数：均值、中值、众数； b) 反映像素值变化信息的统计参数：方差、变差、反差；

2、 多波段图像的统计特征——协方差、相关系数、直方图匹配

第四章

16遥感图像产生几何误差的原因

内部误差由传感器本身的性能引起的误差。如像主点偏移、镜头光学畸变等。

外部误差指传感器本身处在正常工作的条件下，由传感器以外的各因素引起的误差。如大气的密度不均匀、地球的曲率、地形起伏、地球旋转等。

①遥感平台位置和运动状态变化的影响： 航高、航速、俯仰、翻滚、偏航。 ②地形起伏的影响：产生像点位移

③地球表面曲率的影响：一是产生像点位移；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。 ④大气折射的影响：产生像点位移。

17几何配准概念???????

遥感图像的精校正是指消除图像中的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像的过程。同时且要找到新图像中每一像元的亮度值。

也就是利用地面控制点进行的几何校正，即通常所说的配准过程（Registration）。

18几何配准的原理

回避成像的空间几何过程，直接利用地面控制点数据对遥感图像的几何畸变本身进行数学模拟，并且认为遥感图像的总体畸变可以看做是挤压、扭曲、缩放、偏移以及更高次的基本变形的综合作用的结果。

因此，校正前后图像相应点的坐标关系可以用一个适当的数学模型来表示。 19几何配准的主要步骤 选取地面控制点；一个在影像上可以分辨并能在地图上精确定位的地表位置（如：交叉路口）。 ② 依据控制点对数据进行空间坐标变换，也就是在几何位置上校正畸变误差；

③ 取得变换后图像各像元的灰度值，即对图像进行重采样。

1、 几何精纠正又称为几何配准，主要步骤有：准备工作、输入原始数字图像、确定工作范围、选择地面控制点、选择地图投影、匹配地面控制点和像素位置、评估纠正精度、坐标变换、重采样、输出纠正后图像。

20控制点选取方法

◆ 地面控制点在图像上有明显的、清晰的定位识别标志，如道路交叉点、河流叉口、建筑边界等；

◆ 地面控制点的地物不随时间而变化，以保证两幅不同时段的图像或地图几何校正是，可以同时识别出来；

◆ 尽可能满幅均匀选取，特征变化大的地区应多选些地面控制点。 控制点的最少数目为(n+1)(n+2)/2

21重采样方法的原理及比较

◆最邻近内插法：将最邻近的像元的像元值赋予新像元

◆双线性内插法：使用邻近4个点的像元值，按照其距内插点的距离赋予不同的权重，进行线性内插。

◆三次卷积内插法：使用内插点周围的16个像元值，用三次卷积函数进行内插。 方法 优点 缺点 提醒 最邻近法是将最邻近输出图像仍然保持最大可产生半个像元的一般认为最邻近的像元值赋予新像。 原来的像元值（不破位置偏移，可能造成输法有利于保持原坏原始影像的灰度出图像中某些地物的不始图像中的灰级，信息),简单，处理速连贯。 但对图像中的几度快。 何结构损坏较大。双线性内插法是使用具有平均化的滤波计算量增加，破坏了原后两种方法虽然对像元值有所近邻近4个点的像元值，效果，边缘受到平滑来的像元值。 按照其距内插点的距作用，而产生一个比对比度明显的分界线变似，但也在很大程度上保留图像原离赋予不同的权重，进较连贯的输出图像， 得模糊。 有的几何结构，如行线性内插。 三次卷积内插法较为对边缘有所增强，并破坏了原来的像元值，道路网、水系、地物边界等。 复杂，它使用内插点周具有均衡化和清晰且计算量大。 围的16个像元值，用化的效果， 三次卷积函数进行内插。 第五章

22辐射误差产生原因

（1）内部误差（传感器的响应特性） ①光学镜头的非均匀性

②光电转换误差及探测器增益的变化 （2）外部误差 ①大气散射与吸收 ②太阳位置 ③地形起伏

23辐射定标

概念：指建立传感器每个探测元所输出信号的数值量化值（DN）与该探测器对应视场内的实际地物辐射亮度值（ Li ）之间的定量关系。 作用：遥感信息定量化的前提，遥感数据的可靠性及应用的深度和广度在很大程度上取决于遥感器的定标精度。

方法：传感器有三个阶段的定标：仪器实验室定标、机上或星上定标和场地定标。

24大气校正定义、主要方法 大气衰减：散射和吸收导致： 1）地面测量与遥感观测不一致 2）很难使光谱特征进行时空拓展

3）造成影像内部的变化，影响分类精度 绝对大气校正

(1) 基于大气辐射传输模型法 (2)经验线定标法

相对大气校正 (1) 暗目标法

(2) 内部平均相对光谱反射率模型（IARR）： （3）平面场模型（FF）

4地面校正：太阳辐射校正 地形辐射校正 太阳辐射校正

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。校正后的图像f（x，y）与校正之前的图像g（x，y）关系为（θ为太阳高度角）：

地形辐射校正

地形校正就是通过各种变换，将所有像元的辐射亮度变换到某一参考平面上（通常取水平面），从而消除由于地形起伏而引起的影像灰度值（或亮度值）变化，使影像更好的反映地物光谱特征． 第六章

25线性拉伸、直方图均衡化、直方图规定化 对比度增强的方法：线性拉伸-变换函数是线性函数

? 全局线性拉伸

适合直方图高斯分布或接近高斯分布的遥感影像

? 分段线性拉伸

适合双峰或三峰的直方图的遥感影像

非线性拉伸-变换函数是非线性函数

直方图均衡化：将已知灰度概率分布的图像变换为具有均匀灰度概率图像的过程。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，灰度级具有均匀的概率分布，图象看起来更清晰。

直方图均衡化的特点：1、各灰度级中像素出现的频率近似相等； 2、原图像上像素出现频率小的灰度级被合并，实现压 缩；出现频率高的灰度级被拉伸，突出细节信息 3、改变了灰度值与影像结构的关系，因此不宜从均衡处 理后的影像提取纹理货生物物理信息。 直方图规定化

? 均衡化是规定化的特例

? 把直方图已知的图像变换为具有期望直方图图像的过程

? 直方图规定划原理：对两个直方图都作均衡化，变成归一化的均匀直方图。以此均

匀直方图做中介，再对参考图像做均衡化的逆运算。 ? 色彩学基础、伪彩色变换、假彩色合成、彩色变换

彩色增强

? 伪彩色增强 ? 彩色合成 ? 彩色变换

26植被指数:

根据地物光谱反射率的差异作比值运算可以突出图像中植被的特征、提取植被类别或估算绿色生物量，能够提取植被的算法称为植被指数

27主成分变换:是基于变量之间的相关关系，在尽量不丢失信息前提下的一种线性变换的方法，主要用于数据压缩和信息增强。在遥感软件中，主成分变换常被称为K－L变换。 28缨帽变换:旋转坐标空间，但旋转后的坐标轴不是指到主成分的方向，而是指到另外的方向，这些方向与地物有密切的关系，特别是与植物生长过程和土壤有关。

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