第5章图像校正与增强

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1、1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。27.1 数字图像基础知识数字图像基础知识一、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（

2、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。3数字方法表

3、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。4O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：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

4、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。5一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。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。6（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

5、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。7（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。

6、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。度直方图。8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。9二、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10（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

7、、直方图增强、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。117.2 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由镜头中心和边缘的透射光的强度不一致

8、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。12消除方法：消除方法：楔校准处理方法；楔校准处理方法；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

9、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：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；13系数系数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；b表示辐射率表示辐射率Lai随

10、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：14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： 式中，式中，LAi即为校正后图像灰

11、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。15（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：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：式中式中，为为TM5波段的亮度均值；波段的亮度均值；为为TM1亮度均值；亮度均值；16a1,b1计算如下：计算如下：T1、T5表示表示T