數(shù)字圖像處理重點(diǎn)內(nèi)容提要

1、數(shù)字圖像處理重點(diǎn)內(nèi)容提要第一章 概述1.什么是圖像？粗略地講，圖像是某一個(gè)二維或三維景物呈現(xiàn)在人們心目中的影像；確切地講，圖像是光輻射能量照在物體上，經(jīng)過(guò)物體的反射或透射，或由發(fā)光物體本身發(fā)出的光能量，在人的視覺(jué)器官中所重現(xiàn)出的物體的視覺(jué)信息。2.數(shù)字圖像：最小單位，兩個(gè)特征（空間位置特征、屬性特征）數(shù)字圖像：用離散的數(shù)字表示的圖像I=I（r，c）在計(jì)算機(jī)中用二維矩陣來(lái)表示。把圖像按行與列分成m×n個(gè)網(wǎng)格,每個(gè)網(wǎng)格稱(chēng)為圖像的一個(gè)像素。數(shù)字圖像的最小單位是像素（像元）像素（像元）具有空間位置特征和屬性特征【空間分辨率】：指在水平方向和垂直方向上共分為多少格（點(diǎn)），記為M×N。

2、（同一幅圖像，分辨率越高，圖像質(zhì)量越好）【灰度分辨率】：指象元亮度（灰度）層次的多少，常稱(chēng)為灰度級(jí)，記為2n，如28=256個(gè)灰度級(jí)。（顏色數(shù)越多,用以表示顏色的位數(shù)越長(zhǎng),圖像顏色就越逼真。）【空間頻率】：圖象明暗變化的快慢，空間頻率高表征圖象的細(xì)微變化(細(xì)節(jié))，反之則表示圖象中大的物體。本概念是圖象處理中頻域處理的基礎(chǔ)?！緮?shù)字圖像的分類(lèi)】： 按亮度等級(jí)：二值圖像和灰度圖像（二值圖像灰度值僅有0和1組成） 按色調(diào)：黑白圖象和彩色圖象（彩色圖像每一點(diǎn)的灰度值有好幾個(gè)分量構(gòu)成，如R、G、B；然后這幾個(gè)分量的灰度值疊加形成彩色圖像。黑白圖像每一點(diǎn)的灰度值只有一個(gè)） 按內(nèi)容和變化性質(zhì)：靜止圖像和活動(dòng)圖

3、像 按所占空間維數(shù)：二維平面圖像和三維、多維立體圖像等。 從人的視覺(jué)效果分：可見(jiàn)圖像（由可見(jiàn)光形成，能為人的視覺(jué)系統(tǒng)所直接感受）和不可見(jiàn)圖像（不能為人眼所直接感受，但通過(guò)能量轉(zhuǎn)換和相應(yīng)的顯示裝置變換后，可以為人的視覺(jué)所感受。如 X 光透視圖象、紅外電視圖象、微波輻射計(jì)以及 B 型超聲診斷儀上所顯示的圖象等。）3.采樣和量化的定義【模擬圖像數(shù)字化】：包括采樣和量化兩個(gè)過(guò)程【采樣】將空間上連續(xù)的圖像變換成離散點(diǎn)的操作，即位置的離散化。將模擬圖像按縱橫兩方向分割為若干個(gè)形狀、大小相同的像元，各像元的位置由其所在的行和列表示。【量化】將像素灰度轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)值的過(guò)程，即灰度的離散化量化參數(shù)灰度級(jí)數(shù)：一

4、幅數(shù)字圖像中不同灰度值的個(gè)數(shù)稱(chēng)為灰度級(jí)數(shù)，用K表示。一般來(lái)說(shuō)，K=2n。8位灰度圖像，有256個(gè)灰度級(jí)別。除了純黑與純白之外，其他顏色介于黑和白之間的灰色。4.數(shù)字圖像處理過(guò)程的幾個(gè)特點(diǎn)：信息量大、數(shù)據(jù)量大、重復(fù)性運(yùn)算大、處理技術(shù)綜合性強(qiáng)【圖像處理】：為了從圖像中觀察到更多更清晰的信息，得到更好的利用，要對(duì)可能模糊不清或發(fā)生了畸變等等的原始影像進(jìn)行技術(shù)上的處理，這種處理技術(shù)就稱(chēng)為圖像處理。光學(xué)圖像處理，又稱(chēng)為模擬圖像處理。數(shù)字圖像處理，又稱(chēng)為自動(dòng)圖像處理，或計(jì)算機(jī)圖像處理（發(fā)展趨勢(shì)：數(shù)字圖像處理）1) 利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行各種目的的處理2) 將圖像轉(zhuǎn)化為另一種加工的圖像：圖像到圖像的過(guò)程3

5、）將圖像轉(zhuǎn)化為非圖像的表示：分析、識(shí)別與理解的過(guò)程5.什么是遙感？根據(jù)遙感平臺(tái)，可以分為哪幾類(lèi)？【遙感圖像處理】是數(shù)字圖像處理中的特殊分支。數(shù)字圖像處理中的常用處理和分析技術(shù)是遙感圖像處理的基礎(chǔ)。遙感圖像由于其自身成像的特點(diǎn)和特殊的行業(yè)應(yīng)用，又有許多獨(dú)特的處理方法，如輻射校正、幾何校正、融合、鑲嵌和分類(lèi)等?！具b感】遙遠(yuǎn)的感知在遠(yuǎn)離地面的不同運(yùn)載工具上（高塔、氣球、飛機(jī)、火箭、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)等），運(yùn)用探測(cè)儀器（傳感器），對(duì)地表各種物體的電磁波信息進(jìn)行探測(cè)成像，并且經(jīng)過(guò)信息數(shù)據(jù)的傳輸、處理、分析, 對(duì)地球資源與環(huán)境進(jìn)行探測(cè)和監(jiān)控的綜合性技術(shù)?！靖鶕?jù)遙感平臺(tái)分類(lèi)】：遙感中搭載傳感器的工

6、具統(tǒng)稱(chēng)為遙感平臺(tái)。地面平臺(tái)：高度0-50m范圍內(nèi)，包括車(chē)、船、塔三腳架、遙感塔、遙感車(chē)等對(duì)地觀測(cè)，研究中應(yīng)用較少。航空平臺(tái)：高度在100m-10多km，包括低、中、高空飛機(jī)，以及飛艇、氣球等.航天平臺(tái)：高度在150km以上。航天遙感平臺(tái)目前發(fā)展最快，應(yīng)用最廣。根據(jù)航天遙感平臺(tái)的服務(wù)內(nèi)容，可以將其分為氣象衛(wèi)星系列、陸地衛(wèi)星系列和海洋衛(wèi)星系列?！具b感成像原理】：遙感系統(tǒng)組成三要素：目標(biāo)物體、從目標(biāo)物體傳過(guò)來(lái)的光線(xiàn)、感受光線(xiàn)的傳感器【遙感圖像的基本描述】：與采樣相關(guān)： 譜分辨率：遙感器在接收目標(biāo)輻射的光譜時(shí)，實(shí)際能分辨的最小波長(zhǎng)間隔。 頻譜采樣率：遙感器在接收目標(biāo)輻射時(shí)，對(duì)光譜進(jìn)行采樣時(shí)的最小波長(zhǎng)間

7、隔。與量化相關(guān)： 輻射分辨率：傳感器在接收波譜信號(hào)時(shí)，能分辨的最小輻射度差。 輻射采樣率：對(duì)傳感器接收信號(hào)進(jìn)行量化時(shí)，每個(gè)像素所采用的比特?cái)?shù)。第二章 遙感圖像數(shù)據(jù)基礎(chǔ)1.遙感圖像的基本原理：反映地物的平均電磁波輻射水平、數(shù)值大小變化由于地物類(lèi)型變化引起遙感圖像反映了與之相對(duì)應(yīng)的地面某一個(gè)區(qū)域內(nèi)，地物的平均電磁波輻射水平，而地物反射或發(fā)射電磁波能量的大小又直接與地物的類(lèi)型有關(guān)。遙感圖像數(shù)據(jù)數(shù)值的大小及其變化，主要是由地物的類(lèi)型及其變化所引起的。遙感的基本原理就是通過(guò)分析遙感圖像數(shù)據(jù)數(shù)值的大小與變化規(guī)律，來(lái)有效地識(shí)別不同的地物。2.電磁波譜的定義電磁波理論是遙感的物理基礎(chǔ)。遙感中經(jīng)常使用的可見(jiàn)光、

8、微波以及紅外線(xiàn)等都是電磁波?！倦姶挪ㄗV】：不同的電磁波其波長(zhǎng)各不相同，將各種電磁波按照波長(zhǎng)的大小范圍，依次排列成圖譜，這個(gè)圖譜就是所謂的電磁波譜?！倦姶挪ǘ巍浚簩⑦B續(xù)的電磁波譜人為地劃分成若干區(qū)段。波長(zhǎng)由短到長(zhǎng)依次為射線(xiàn)、x射線(xiàn)、紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紅外線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)電波?！咀贤饩€(xiàn)】：大氣吸收強(qiáng)烈，大氣透過(guò)率低，不易于高空遙感；主要用于探測(cè)碳酸鹽分布和油污染監(jiān)測(cè)?？梢?jiàn)光、紅外線(xiàn)、微波是遙感中常用的三大波段?！究梢?jiàn)光】：由紅、橙、黃、綠、青、籃、紫色光組成。遙感的常用波段，作為鑒別物質(zhì)特征的主要波段，既可采用攝影方式也可以用掃描方式記錄地物的特征?！炯t外線(xiàn)】：可分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和超遠(yuǎn)紅外4個(gè)光譜

9、段。用于探測(cè)地物的熱輻射（熱污染、森林火災(zāi)）。紅外線(xiàn)在云、霧、雨中傳播時(shí)，受到嚴(yán)重的衰減，因此紅外遙感不是全天候遙感，不能在云、霧、雨中進(jìn)行，但不受日照條件的限制?！疚⒉ā浚海?mm1mm）由于波長(zhǎng)長(zhǎng)，能穿透云、霧而不受天氣影響，所以能全天侯全天時(shí)的遙感探測(cè)，常被用來(lái)探測(cè)被冰雪、植被、沙土所遮掩的地物?！敬髿鈱?duì)電磁波傳播的影響】： 大氣散射：懸浮在空氣中的粒子（分子、塵埃、煙塵、水滴等直徑不同的粒子），引起電磁波能量方向的改變，干擾了傳感器的接接收。 大氣吸收：主要是水汽、臭氧等有強(qiáng)烈吸收作用，結(jié)果造成遙感圖象暗淡。 大氣反射：電磁波傳播過(guò)程中，若通過(guò)兩種介質(zhì)的交界面，發(fā)生反射現(xiàn)象。地物反射或

10、發(fā)射的電磁波在到達(dá)傳感器之前，必須穿過(guò)大氣層，并受到大氣層的影響。因此，需要選擇能穿過(guò)大氣層的電磁波段。 大氣窗口：電磁波的某些波段幾乎全部或大部分被大氣中各種分子吸收，而一些波段則較少的被大氣所吸收，就像打開(kāi)的窗子。通常把電磁波通過(guò)大氣層時(shí)較少被反射、吸收、散射的，透射率較高的波段稱(chēng)為大氣窗口。對(duì)于傳感器而言，傳感器選擇的探測(cè)波段應(yīng)包含在大氣窗口之內(nèi)。才具有觀測(cè)意義。否則，地物反射、發(fā)射的電磁波在穿越大氣時(shí)就被衰弱了，傳感器根本捕捉不到。3.地物波譜曲線(xiàn)區(qū)分地物的原理【地物波譜的特征】：不同地物由于其結(jié)構(gòu)和成分的差別，其波長(zhǎng)和反射率之間的關(guān)系不同，這種關(guān)系稱(chēng)為地物的反射光譜特征。以波長(zhǎng)為橫坐

11、標(biāo)，反射率為縱坐標(biāo)，繪成的曲線(xiàn)圖稱(chēng)為地物反射波譜曲線(xiàn)。不同地物的波譜曲線(xiàn)形狀不同。相同的地物在不同的波段具有不同的波譜反射率，因此同一地物的波譜曲線(xiàn)隨波長(zhǎng)而起伏變化，常有多個(gè)峰點(diǎn)和谷點(diǎn)。波譜曲線(xiàn)特征的不同正是遙感能夠識(shí)別地物的重要理論前提。不同地物不同波段在遙感圖像上呈現(xiàn)不同的色調(diào)，這就是判讀和識(shí)別各種地物的基礎(chǔ)和依據(jù)；是傳感器波段選擇的重要依據(jù)；成像原理研究的重要基礎(chǔ)資料；圖象處理方法和方案選擇的重要依據(jù)?！境Ｒ?jiàn)地物反射波譜特征】：1、 水的光譜特征：低反射高透射，對(duì)光的主要作用是吸收，故在影象上一般都偏黑。自然界中的水體反射率偏高，是因?yàn)樗缀退袘腋∥镌孱?lèi)及泥沙的影響。雪是一種固態(tài)的水，

12、其反射波譜曲線(xiàn)與水有很大的差異。2、 綠色植物光譜特征：可見(jiàn)光（0.4-0.76m）：可見(jiàn)光綠光波段0.55m附近綠光處有一小反射峰，兩側(cè) 0.45m藍(lán)和0.67m紅是兩個(gè)吸收帶，所以葉片呈現(xiàn)綠色。進(jìn)入近紅外波段（m）紅外反射率急劇上升，在0.8 微米達(dá)到頂峰，這區(qū)間反射率曲線(xiàn)很陡峻，幾乎為近垂直的直線(xiàn)（植被紅外陡坡效應(yīng)），是植被獨(dú)有的特征。到達(dá)頂峰后植被反射率變化平緩（m），形成略有起伏的高平臺(tái)（紅外平臺(tái)）1.4m和1.9m的近紅外處是強(qiáng)烈的水吸收帶，形成低谷。植被雖具有共同的光譜特征，但是不同種屬的植被在實(shí)際光譜曲線(xiàn)值上有差異。不同狀態(tài)下同一類(lèi)植物的光譜特征也會(huì)發(fā)生變化，比如正常綠色植物與

13、衰老或病蟲(chóng)害植物的反射波譜曲線(xiàn)存在一定的差異。3、 土壤的波譜特征：其反射波譜特征受土壤的質(zhì)地、氧化鐵含量、有機(jī)質(zhì)含量、濕度、顆粒大小、礦物成分、鹽分和表土結(jié)構(gòu)等因素影響，變化較大。但反射率總體是上升的。土壤反射特性取決于土壤的組成與表面狀態(tài)（腐殖質(zhì)含量越高，反射率越低，光譜曲線(xiàn)越低平；土壤濕度越大，反射率越低。）4、 城市地物波譜特征：城市建筑主要取決于建筑物頂所使用的材料。城市道路也決定于路面所使用的建筑材料。城市垃圾：包括工業(yè)垃圾和生活垃圾?！镜匚锊ㄗV特征總結(jié)】：時(shí)間效應(yīng)和空間效應(yīng) 時(shí)間效應(yīng)：指同一地區(qū)相同地物，其波譜特征隨時(shí)間變化而產(chǎn)生的變化。 空間效應(yīng)：同一時(shí)刻，同一類(lèi)地物由于其所處

14、的地理位置不同而引起的波譜特征的變化。利用波譜曲線(xiàn)識(shí)別地物：不同地物在相同波段具有不同的光譜反射率；相同的地物在不同的波段具有不同的光譜反射率，因此同一地物的光譜曲線(xiàn)隨波長(zhǎng)而起伏變化，常有多個(gè)峰點(diǎn)和谷點(diǎn)；同類(lèi)地物反射率隨入射波長(zhǎng)變化的規(guī)律是相似的，即反射光譜相似，但是隨著該地物的內(nèi)在差異而有所變化；因而，可以根據(jù)傳感器收到的電磁波反射光譜特征的差異來(lái)識(shí)別不同的地物。4.遙感數(shù)字圖像的三大信息特征：時(shí)間特征、空間特征、光譜特征【黑白圖像】：物體的黑白代表了物體的光反射率的變化?！緦?duì)比度】：反應(yīng)一幅圖像中灰度方差的大小，對(duì)比度=最大灰度值/最小灰度值?！静噬娜匦浴浚海?）亮度：與光亮度以及物體

15、表面的光反射率有直接關(guān)系。（2）色調(diào)：是彩色彼此相互區(qū)分的特征。（3）飽和度-是指彩色的純潔性，單色光飽和度最高?！娟懙匦l(wèi)星】：LANDSAT系列（美國(guó)）、SPOT系列（法國(guó)）、CBERS系列（中國(guó)巴西）、IKONOS（商用，美國(guó)）、QuickBird（商用，美國(guó)）【遙感圖像的分辨率】： 光譜分辨率：傳感器在接收目標(biāo)輻射的波譜時(shí)能分辨的最小波長(zhǎng)間隔，間隔越小，波段數(shù)越多，分辨率越高。 空間分辨率：像元所代表的相應(yīng)地面范圍的大小。表征圖像分辨地面目標(biāo)細(xì)節(jié)能力的指標(biāo)。如MSS圖像的空間分辨率為80m,TM圖像的空間分辨率為30m，spot圖像的空間分辨率為5m。 亮度分辨率：是指在一個(gè)波段中所記錄

16、的代表地物反射電磁波強(qiáng)度（表現(xiàn)為亮度或者灰度）的所有可能的數(shù)值。例如在字節(jié)長(zhǎng)度為8位的文件中，像素的亮度值分為256級(jí)，代表地物亮度的數(shù)值為0-255中的某一個(gè)值。 時(shí)間分辨率：對(duì)同一地點(diǎn)進(jìn)行重復(fù)探測(cè)時(shí)，相鄰兩次探測(cè)的時(shí)間間隔，即重訪(fǎng)周期，能夠提供地物動(dòng)態(tài)變化的信息?！具b感圖像3大信息內(nèi)容】： 波譜信息：不同地物亮度值存在差異，同一地物在不同波段上的輻射值也存在差異，遙感圖象上的這兩種差異就構(gòu)成了波譜特征信息，又稱(chēng)波譜信息。 空間（結(jié)構(gòu)）信息：是亮度在空間上的變化特征，如圖象上的點(diǎn)、線(xiàn)、邊緣、紋理等，它們是地物識(shí)別的輔助標(biāo)志。影響遙感圖象空間信息的重要因素是遙感影象的幾何分辨率，圖象的幾何分辨

17、率越高，圖象的紋理細(xì)節(jié)越清晰，圖象的空間結(jié)構(gòu)信息越豐富。 時(shí)間特征信息：不同時(shí)相遙感圖象特征信息的差異。許多地物具有時(shí)相變化，通常選擇遙感信息表現(xiàn)最好的時(shí)相圖象。不同時(shí)相圖象的處理比較可用來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及作物生長(zhǎng)狀況研究?！綯M圖象的相關(guān)特點(diǎn)】1、相關(guān)分組性l TM1,2,3一組,相關(guān)性較大;l TM5,7 紅外波段 相關(guān)較大,成一組;l TM4 與其它波段相關(guān)性都較小,自成一組;l TM6分辨率低,單獨(dú)一組。2、相關(guān)系數(shù)大小受自然地理?xiàng)l件、氣候等的影響，如波段4與其它波段的相關(guān)系數(shù)，在干旱地區(qū)和山區(qū)要比在其它情況大些。第三章 圖像校正【影響衛(wèi)星圖像的因素大致可分為兩方面】：1、輻射失真：大氣

18、吸收、散射；傳感儀器性能不穩(wěn)；不可避免引入的噪聲都將使圖像的亮度發(fā)生變化，出現(xiàn)條紋、斑點(diǎn)等缺陷。2、幾何失真：衛(wèi)星的姿態(tài)、高度、速度變化及其前進(jìn)運(yùn)動(dòng)；傳感器掃描鏡掃描速度不均，檢測(cè)器采樣延遲誤差，波段間配準(zhǔn)誤差及全景畸變；地球自轉(zhuǎn)、曲率、高程的影響等，圖像幾何位置發(fā)生變化?；兒褪д嬗绊懥诉b感圖像的分析與應(yīng)用，因此，必須進(jìn)行圖像恢復(fù)來(lái)消除影響?！緢D像恢復(fù)】：又叫圖像復(fù)原，是指改正或補(bǔ)償在成像過(guò)程中造成的輻射失真、系統(tǒng)噪聲和隨機(jī)噪聲、幾何畸變以及高頻信息的損失。主要包括：輻射校正、幾何校正、幾何配準(zhǔn)。1.輻射畸變產(chǎn)生的原因：傳感器性能的影響、地物光照條件、大氣對(duì)輻射傳輸?shù)挠绊憽据椛湔`差】：由于傳

19、感器性能的影響、地物光照條件、大氣對(duì)輻射傳輸?shù)挠绊?，使傳感器最后所記錄的輻射信息與目標(biāo)的光譜反射或者輻射信息之間存在一定的差值，稱(chēng)為輻射誤差，從而產(chǎn)生了圖像的畸變。表現(xiàn)為像元值被弱化，或被干擾增強(qiáng)，對(duì)比度減小，使得影像不清楚，或無(wú)法表達(dá)真實(shí)情況等?！据椛湫Ｕ浚簽榱苏_評(píng)價(jià)目標(biāo)的反射和輻射特性，消除圖像中依附在輻射亮度中的各種失真過(guò)程?！据椛湔`差的來(lái)源通常分為三種】： 傳感器靈敏特性引起。A. 由光學(xué)系統(tǒng)特性引起的畸變校正：減光現(xiàn)象：在使用透鏡的光學(xué)系統(tǒng)中，由于鏡頭光學(xué)特性的非均勻性，在其成像平面存在邊緣部分比中間部分暗的現(xiàn)象。利用這一性質(zhì)可以進(jìn)行邊緣減光現(xiàn)象造成的輻射畸變校正。對(duì)于視場(chǎng)較大的

20、成像光譜儀, 掃描角越大時(shí)，光線(xiàn)路徑越長(zhǎng)，大氣衰減越嚴(yán)重。星（機(jī)）下點(diǎn)位置的地物輻射信息的光線(xiàn)路徑最短，大氣衰減所產(chǎn)生的影響也最小,輻射量失真最小。B. 由光電變換系統(tǒng)的特性引起的畸變校正：傳感器收集到的電磁波信號(hào)需經(jīng)光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)變成電信號(hào)記錄，這一過(guò)程也會(huì)引起輻射量誤差。系統(tǒng)靈敏度特性具有很高的重復(fù)性，可以定期在地面測(cè)定其特性，根據(jù)測(cè)定值進(jìn)行校正。C.條帶噪聲：由于檢測(cè)系統(tǒng)某一掃描線(xiàn)上故障造成掃描線(xiàn)脫落，圖像顯示縱向一條黑線(xiàn)，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)分段黑線(xiàn)，這些均稱(chēng)條帶噪聲。去除方法（平均值法、直方圖法、插值法） 因太陽(yáng)位置及地形引起。A.太陽(yáng)位置引起的亮度變化：太陽(yáng)高度角：反射率發(fā)生變化，產(chǎn)生陰影（

21、比如：中午陰影最少）太陽(yáng)方位角：太陽(yáng)方位角隨成像季節(jié)、地理緯度的變化而變化。對(duì)圖像的細(xì)節(jié)特征產(chǎn)生影響 B.地形起伏引起的誤差：當(dāng)?shù)匦蝺A斜時(shí)，經(jīng)過(guò)地表擴(kuò)散、反射再入射到遙感器的太陽(yáng)光的輻射亮度就會(huì)依傾斜度而變化。校正舉例：利用同地區(qū)同分辨率DEM數(shù)據(jù)，建立影像區(qū)地形坡度模型；利用地形坡度角進(jìn)行影像輻射校正。注：由傳感器引起的誤差或由太陽(yáng)高度引起的誤差，一般在數(shù)據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中由生產(chǎn)單位（地面站）根據(jù)遙感器參數(shù)進(jìn)行校正，而不需要用戶(hù)進(jìn)行自行處理。用戶(hù)應(yīng)該考慮大氣影響引起的輻射畸變 大氣影響：進(jìn)入大氣的太陽(yáng)輻射會(huì)發(fā)生反射、折射、吸收、散射和透射。其中影響較大的是吸收和散射，影響因素主要有：A.大氣消光的

22、影響:使得入射到物體的太陽(yáng)光減少B.天空光照射的影響:天空中的散射光直接進(jìn)入傳感器，或者經(jīng)過(guò)物體反射進(jìn)入傳感器C.由于路徑輻射（程輻射）的影響:相當(dāng)部分的散射光向上通過(guò)大氣直接進(jìn)入傳感器大氣粗略校正一般有三種方法：1）公式計(jì)算法：需知道具體天氣條件下大氣路徑輻射率等參數(shù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)方法的理論公式進(jìn)行推導(dǎo)2）野外波譜測(cè)試回歸分析法：需要到野外進(jìn)行與陸地衛(wèi)星同步的一致測(cè)試，將地面測(cè)量結(jié)果與衛(wèi)星影像對(duì)應(yīng)像元亮度值進(jìn)行回歸分析3）多波段圖像對(duì)比法：直方圖最小值去除法、回歸分析法2.幾何畸變產(chǎn)生的原因：傳感器內(nèi)部畸變、遙感平臺(tái)位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化、地球本身對(duì)遙感影像的影響【遙感圖像的校正】：遙感影像的幾何變

23、形總體表現(xiàn)（相對(duì)于地面真實(shí)形態(tài)而言）為平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、偏扭、彎曲等。產(chǎn)生畸變的圖像給定量分析及位置配準(zhǔn)造成困難。接收部門(mén)根據(jù)遙感平臺(tái)、地球、傳感器等參數(shù)進(jìn)行校正處理。用戶(hù)拿到這種產(chǎn)品后，由于使用目的不同或投影及比例尺的不同，仍舊需要作進(jìn)一步的幾何校正?！緦?duì)幾何變形糾正的重要性】：1、對(duì)遙感原始圖像幾何變形改正后，才能對(duì)圖像信息進(jìn)行各種分析，制作滿(mǎn)足量測(cè)和定位要求的各類(lèi)地球資源及環(huán)境的遙感專(zhuān)題圖。2、當(dāng)應(yīng)用不同傳感方式、不同光譜范圍以及不同成像時(shí)間的各種同一地域復(fù)合圖像數(shù)據(jù)，來(lái)進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類(lèi)、地物特征的變化監(jiān)測(cè)或其他應(yīng)用處理時(shí)，必須進(jìn)行圖像間的幾何配準(zhǔn)，保證各不同圖像間的幾何一致性。3、利

24、用遙感圖像進(jìn)行地形圖測(cè)圖或更新時(shí)，對(duì)遙感圖像的幾何糾正提出了更嚴(yán)格的要求?！具b感影像幾何變形的原因】：1、傳感器的內(nèi)部畸變：由遙感器結(jié)構(gòu)引起的畸變，如傳感器掃描運(yùn)動(dòng)中的非直線(xiàn)性等A.掃描時(shí)間的影響：掃描器在掃過(guò)一個(gè)視場(chǎng)角的過(guò)程中需要一定的時(shí)間(如：MSS約73.42ms)，在這段時(shí)間內(nèi)衛(wèi)星已向前飛行了一段距離, 使得這一行結(jié)束時(shí)比開(kāi)始時(shí)超前了一些而偏離了原來(lái)的掃描方向（如：MSS約200米)其它：如掃描鏡速度不均勻，造成掃描時(shí)地面距離的非線(xiàn)性增長(zhǎng)。像元點(diǎn)對(duì)應(yīng)地面長(zhǎng)寬不一樣的采樣間隔也會(huì)造成誤差B.全景畸變由于掃描角度較大，盡管取樣間隔是等角的，但掃描鏡振動(dòng)離中心越遠(yuǎn)，它所掃描到的對(duì)應(yīng)地面就越寬

25、，即邊緣像元對(duì)應(yīng)的地面寬度越大。而圖像像元大小一樣，這樣勢(shì)必造成邊緣處的景物在顯示時(shí)被壓縮，圖像上出現(xiàn) s 形彎曲現(xiàn)象。2、遙感平臺(tái)位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的影響：由于平臺(tái)的高度變化、速度變化、軌道偏移及姿態(tài)變化引起的圖像畸變A.航高的變化：衛(wèi)星運(yùn)行的軌道本身就是橢圓的。航高始終發(fā)生變化，而傳感器的掃描視場(chǎng)角不變，從而導(dǎo)致圖像掃描行對(duì)應(yīng)的地面長(zhǎng)度發(fā)生變化。航高越向高處偏離，圖像對(duì)應(yīng)的地面越寬。B.航速的變化：衛(wèi)星的橢圓軌道本身就導(dǎo)致了衛(wèi)星飛行速度的不均勻，其他因素也可導(dǎo)致遙感平臺(tái)航速的變化。航速快時(shí)，掃描帶超前，航速慢時(shí)，掃描帶滯后，由此可導(dǎo)致影像在衛(wèi)星前進(jìn)方向上（影像上下方向）的位置錯(cuò)動(dòng)。C.俯仰

26、的影響：遙感平臺(tái)的俯仰變化能引起影像上下方向的變化，即星下點(diǎn)俯時(shí)后移，仰時(shí)前移，發(fā)生行間位置錯(cuò)動(dòng)。D.翻滾的影響：遙感平臺(tái)姿態(tài)翻滾是指以前進(jìn)方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度?？蓪?dǎo)致星下點(diǎn)在掃描線(xiàn)方向偏移，使整個(gè)影像的行向翻滾角引起偏離的方向錯(cuò)動(dòng)。E.偏航的影響：指遙感平臺(tái)在前進(jìn)過(guò)程中，相對(duì)于原前進(jìn)航向偏轉(zhuǎn)了一個(gè)小角度，從而引起掃描行方向的變化，導(dǎo)致影像的傾斜畸變。3、地球本身對(duì)遙感影像的影響：地形起伏的影響、地球表面曲率的影響、地球自轉(zhuǎn)的影響、大氣折射的影響A. 地形起伏的影響：當(dāng)?shù)匦未嬖谄鸱鼤r(shí)，會(huì)產(chǎn)生局部像點(diǎn)的位移，使原來(lái)本應(yīng)是地面點(diǎn)的信號(hào)被同一位置上某高點(diǎn)的信號(hào)代替。由于高差的原因，實(shí)際像點(diǎn)P距像幅

27、中心的距離，相對(duì)于理想像點(diǎn)P0距像幅中心的距離移動(dòng)了r。B.地表曲率的影響：像元對(duì)應(yīng)于地面寬度的不等由于傳感器通過(guò)掃描取得數(shù)據(jù)，在掃描過(guò)程中每一次取樣間隔是星下視場(chǎng)角的等分間隔。如果地面無(wú)彎曲，在地面瞬時(shí)視場(chǎng)寬度不大的清況下，L1，L2，L3， L4的差別不大。但由于地球表面曲率的存在，對(duì)應(yīng)于地面的P1，P2，P3，P4，顯然P4-P1 L4-L1，距星下點(diǎn)越遠(yuǎn)畸變?cè)酱?，?duì)應(yīng)地面長(zhǎng)度越長(zhǎng)。C. 地球自轉(zhuǎn)的影響：多數(shù)衛(wèi)星在前降段接收影像；衛(wèi)星由北向南；地球由西向東；使衛(wèi)星的星下位置逐漸產(chǎn)生偏離。D.大氣折射的影響：大氣對(duì)輻射的傳播產(chǎn)生折射。由于大氣的密度分布從下向上越來(lái)越小，折射率不斷變化，因此

28、折射后的輻射傳播不再是直線(xiàn)而是一條曲線(xiàn)，從而導(dǎo)致傳感器接收的像點(diǎn)發(fā)生位移。3.幾何校正的兩個(gè)方法：系統(tǒng)幾何校正、幾何精校正【幾何校正】：是指從具有幾何畸變的圖像中消除畸變的過(guò)程。定量地確定圖像上像元坐標(biāo)（圖像坐標(biāo)）與目標(biāo)物的地理坐標(biāo)（地圖坐標(biāo)等）的對(duì)應(yīng)關(guān)系【校正方法】：1.系統(tǒng)性校正（幾何粗校正）2.非系統(tǒng)校正（幾何精校正）1、系統(tǒng)性校正：根據(jù)引起幾何畸變的原因，推導(dǎo)出理論校正公式。把該式中所含的與遙感器構(gòu)造有關(guān)的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)（焦距等）及遙感器的位置、姿態(tài)等的測(cè)量值代入到理論校正式中進(jìn)行幾何校正。然而在很多情況下，遙感器的位置及姿態(tài)的測(cè)量值精度不高，所以外部畸變的校正精度也不高。2、幾何精校正：不

29、考慮引起畸變的原因。建立畸變圖像空間與標(biāo)準(zhǔn)參照空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。利用數(shù)學(xué)模型來(lái)近似描述成像的幾何畸變過(guò)程4.地面控制點(diǎn)GCP的選取標(biāo)準(zhǔn)【控制點(diǎn)】：控制點(diǎn)以地面坐標(biāo)為匹配標(biāo)準(zhǔn)，叫做地面控制點(diǎn)（GCP）。原始圖像空間與標(biāo)準(zhǔn)空間上的同名點(diǎn)?！究刂泣c(diǎn)選擇標(biāo)準(zhǔn)】： 圖像上易分辨且較精細(xì)的特征點(diǎn)：如道路交叉點(diǎn)，標(biāo)志物，水域的邊界，山頂，小島中心，機(jī)場(chǎng)等。 不隨時(shí)間變化的區(qū)域。數(shù)量要有保證 控制點(diǎn)要在圖像上均勻分布，盡可能滿(mǎn)幅均勻選取。邊緣部分也要選取【參考影像】：已經(jīng)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的圖像，如地形圖，航空相片，和經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的TM、SPOT等影像，GPS定點(diǎn)測(cè)量等?？刂泣c(diǎn)幫助確定校正前圖像和參考影像的對(duì)應(yīng)關(guān)系。利用對(duì)應(yīng)

30、關(guān)系把畸變空間中的全部像元變換到標(biāo)準(zhǔn)空間中?！竞诵沫h(huán)節(jié)】1、幾何位置轉(zhuǎn)換（確定坐標(biāo)）：畸變圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像像元位置的變換；2、亮度值的重新確定（確定灰度）：畸變圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖像像元亮度值的計(jì)算【幾何精校正灰度值變換】：第四章 圖像增強(qiáng)1.圖象增強(qiáng)的目的和意義：對(duì)圖像的某些特征進(jìn)行強(qiáng)調(diào)或尖銳化，以便于顯示、觀察和進(jìn)一步分析處理【圖象增強(qiáng)】是指對(duì)圖像的某些特征，如邊緣、輪廓、對(duì)比度進(jìn)行強(qiáng)調(diào)或尖銳化，以便于顯示、觀察或進(jìn)一步地分析與處理。不以圖像保真度為原則，不增加圖像數(shù)據(jù)中的相關(guān)信息。有選擇的突出某些對(duì)人或機(jī)器分析感興趣的信息，抑制一些無(wú)用信息，以提高圖像的使用價(jià)值。針對(duì)圖像退化的一般性質(zhì)加以修正，改

31、進(jìn)圖像的平均質(zhì)量。2.點(diǎn)運(yùn)算的特點(diǎn)：針對(duì)孤立象元點(diǎn)的運(yùn)算，人為地改善圖像的灰度和對(duì)比度【空間域】：圖像平面所在的二維空間；【空間域增強(qiáng)】：在圖像平面上直接針對(duì)一個(gè)一個(gè)像元點(diǎn)進(jìn)行處理（點(diǎn)運(yùn)算），或者對(duì)一個(gè)像元周?chē)男^(qū)域進(jìn)行處理（局部運(yùn)算），處理后像元的亮度變化而位置不變【點(diǎn)運(yùn)算增強(qiáng)】：點(diǎn)運(yùn)算是把圖像中的每一像元值，按照特定的數(shù)學(xué)變換模式轉(zhuǎn)換成輸出圖像的一個(gè)新的亮度值。3.點(diǎn)運(yùn)算的兩個(gè)方法包括：灰度變換、直方圖變換點(diǎn)運(yùn)算變換方法包括：灰度變換法、直方圖調(diào)整法【直方圖】：直方圖是灰度級(jí)的函數(shù)，描述的是圖像中各個(gè)灰度級(jí)像素的個(gè)數(shù)。表示方法：橫坐標(biāo)：表示灰度級(jí)，根據(jù)像元的灰度范圍，以適當(dāng)間隔作為單位長(zhǎng)

32、；縱坐標(biāo)：表示像素統(tǒng)計(jì)值，代表每一個(gè)灰度級(jí)像素?cái)?shù)出現(xiàn)的數(shù)目，或者該像素占總像素的比例值?！局狈綀D特點(diǎn)與作用】：直方圖代表了圖像中亮度值（像元值）的分布情況，但是并不反映像元的空間位置關(guān)系，不同的圖像可能具有相同的直方圖?？梢詮膱D像的直方圖的形態(tài)大致判斷出圖像質(zhì)量的好壞?！痉e累直方圖】：統(tǒng)計(jì)某一灰度值和這一灰度值以下的所有像元的數(shù)目根據(jù)積累直方圖也可以分析圖像的質(zhì)量：對(duì)于偏暗的圖像，在灰度小的部分像元數(shù)增長(zhǎng)快；對(duì)于偏亮的圖像，在灰度大的部分像元數(shù)增長(zhǎng)快積累直方圖更重要的利用是在圖像增強(qiáng)時(shí)作為變換函數(shù)?！净叶茸儞Q法】：通過(guò)變換函數(shù)使圖像的灰度值發(fā)生變化，調(diào)整圖像的灰度動(dòng)態(tài)范圍或圖像對(duì)比度，是圖像增

33、強(qiáng)的重要手段之一任一像素灰度為r s=T(r)（線(xiàn)性變換、對(duì)數(shù)變換、指數(shù)變換） 同一像素灰度變?yōu)閟【線(xiàn)性變換】：將灰度范圍線(xiàn)性擴(kuò)展原因：當(dāng)圖象成象時(shí)曝光不足或過(guò)度, 或由于成象設(shè)備的非線(xiàn)性和圖象記錄設(shè)備動(dòng)態(tài)范圍太窄等因素，都會(huì)產(chǎn)生對(duì)比度不足的弊病，使圖象中的細(xì)節(jié)分辨不清。將原始圖像各像元亮度值按線(xiàn)性關(guān)系，在0-255的任意指定范圍內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)大或者縮小，來(lái)改變像元值的分布。當(dāng)直線(xiàn)與橫軸夾角大于45°，圖像拉伸（像素值范圍擴(kuò)大）；當(dāng)直線(xiàn)與橫軸夾角等于45°，圖像不變（像素值范圍不變）；當(dāng)直線(xiàn)與橫軸夾角小于45°，圖像壓縮（像素值范圍減?。??！痉侄尉€(xiàn)性變換】：不同范圍的像

34、元值采用不同的比例進(jìn)行擴(kuò)大和縮小。在進(jìn)行變換的整個(gè)區(qū)間里，取n個(gè)間斷點(diǎn)，每相鄰兩個(gè)間斷點(diǎn)之間是一段線(xiàn)性變換的線(xiàn)段，每段的直線(xiàn)方程不同，可以拉伸，也可以壓縮。通過(guò)調(diào)整折線(xiàn)拐點(diǎn)的位置及分段直線(xiàn)的斜率可以對(duì)任一亮度區(qū)間進(jìn)行擴(kuò)展或者壓縮?！痉蔷€(xiàn)性變換】：當(dāng)用某些非線(xiàn)性函數(shù)如對(duì)數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等，作為映射函數(shù)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)圖像灰度的非線(xiàn)性變換。對(duì)數(shù)變換：對(duì)數(shù)變換主要用于增強(qiáng)圖象暗的部分，即拉伸灰度值低的部分。指數(shù)變換：指數(shù)變換主要突出圖像亮區(qū)的差異，即圖像灰度值高的部分?！局狈綀D均衡化】：將原圖象的直方圖通過(guò)變換函數(shù)修正為均勻的直方圖，即各種灰度出現(xiàn)的概率是近似均勻的直方圖。自動(dòng)調(diào)節(jié)圖像對(duì)比質(zhì)量，產(chǎn)生唯一結(jié)

35、果圖象均衡化處理后，圖象的直方圖是平直的，即各灰度級(jí)具有相同的出現(xiàn)頻數(shù)，那么由于灰度級(jí)具有均勻的概率分布，圖象看起來(lái)就更清晰了。直方圖均衡化變換函數(shù)：可以證明，這個(gè)特殊的變換函數(shù)就是原圖象的積累直方圖曲線(xiàn)統(tǒng)計(jì)某一灰度值和這一灰度值以下的所有像元的數(shù)目或者占總像元數(shù)的比值做出的直方圖。在均衡過(guò)程中，原來(lái)直方圖上頻數(shù)較小的灰度級(jí)被歸入很少幾個(gè)或一個(gè)灰度級(jí)內(nèi)，故得不到增強(qiáng)。若這些灰度級(jí)所構(gòu)成的圖象細(xì)節(jié)比較重要，則需采用局部區(qū)域直方圖均衡。在某些情況下，并不一定需要具有均勻直方圖的圖像，有時(shí)需要具有特定的直方圖的圖像，以便能夠增強(qiáng)圖像中某些灰度級(jí)。修改一幅圖象的直方圖，使得它與另一幅圖象的直方圖匹配或

36、具有一種預(yù)先規(guī)定的函數(shù)形狀。目標(biāo)：突出我們感興趣的灰度范圍，使圖象質(zhì)量改善。它是對(duì)直方圖均衡化處理的一種有效的擴(kuò)展。直方圖均衡化處理是直方圖規(guī)定化的一個(gè)特例。直方圖匹配也叫直方圖規(guī)定化。4.空域模板濾波增強(qiáng)的特點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)與周?chē)噜徬裨c(diǎn)的關(guān)系，對(duì)圖像進(jìn)行平滑或銳化平滑濾波器：鈍化圖像、去除噪音銳化濾波器：邊緣增強(qiáng)、邊緣提取【局部增強(qiáng)方法一】：【平滑】圖象在傳輸過(guò)程中，由于傳輸信道、采樣系統(tǒng)質(zhì)量較差，或受各種干擾的影響，而造成圖象毛糙，此時(shí)，就需對(duì)圖象進(jìn)行平滑處理。平滑方法包括：均值濾波、中值濾波1、均值平滑：可見(jiàn)均值平滑就是將每個(gè)像元點(diǎn)為中心的鄰域內(nèi)各像元亮度的平均值來(lái)代替該像元的亮度值，達(dá)到去

37、除噪聲平滑圖像的目的。平滑的目的是去除噪音，但是在去除噪音的同時(shí)，也鈍化了圖像的邊緣與尖銳的細(xì)節(jié)。平滑的結(jié)果與模板的大小直接相關(guān)，模板越大，平滑效果越好，但是模板過(guò)大，會(huì)使邊緣信息損失的越大，從而使輸出的圖像變得模糊，因此需要合理的選擇模板大小2、中值濾波：將像元點(diǎn)為中心的M×N鄰域范圍內(nèi)的灰度值按大小排序，取中間的值來(lái)代替中心像元的值。它在抑制隨機(jī)噪聲的同時(shí)，有效保護(hù)邊緣銳度和圖像細(xì)節(jié)。適合去除椒鹽噪聲。當(dāng)領(lǐng)域內(nèi)的像元數(shù)為奇數(shù)時(shí)，取排序后的中間像元值；當(dāng)領(lǐng)域內(nèi)的像元數(shù)為偶數(shù)時(shí)，取排序后的中間兩像元的平均值。中值濾波強(qiáng)迫突出的亮點(diǎn)（暗點(diǎn)）更像它周?chē)闹?，以消除孤立的亮點(diǎn)（暗點(diǎn)）。其突

38、出優(yōu)點(diǎn)是在消除噪聲的同時(shí)，還能防止邊緣模糊。【局部增強(qiáng)方法二】：【銳化】：在圖像的識(shí)別中常需要突出邊緣和輪廓信息。圖象銳化目的：加強(qiáng)圖象輪廓，使圖象看起來(lái)比較清晰。平滑通過(guò)積分使圖像邊緣模糊，銳化則通過(guò)微分使圖像邊緣突出、清晰。銳化處理可以用空間微分來(lái)完成.。微分算子的響應(yīng)強(qiáng)度與圖像在該點(diǎn)的突變程度有關(guān)圖像微分增強(qiáng)了邊緣和其他突變(如噪聲)而消弱了灰度變化緩慢的區(qū)域。一階微分和二階微分的區(qū)別:一階微分處理通常會(huì)產(chǎn)生較寬的邊緣、二階微分處理對(duì)細(xì)節(jié)有較強(qiáng)的響應(yīng),如細(xì)線(xiàn)和孤立點(diǎn)、一階微分處理一般對(duì)灰度階梯有較強(qiáng)的響應(yīng)、二階微分處理對(duì)灰度級(jí)階梯變化產(chǎn)生雙響應(yīng)。大多數(shù)應(yīng)用中,對(duì)圖像增強(qiáng)來(lái)說(shuō)，一階微分處理

39、主要用于提取邊緣。二階微分處理比一階微分好,因?yàn)樾纬杉?xì)節(jié)的能力更強(qiáng)。基于一階微分的圖像增強(qiáng)：梯度法【定向邊緣檢測(cè)】：有目的地檢測(cè)某一方向的邊、線(xiàn)或紋理特征時(shí)，可以選擇特定的方向模板，做卷積運(yùn)算。所謂方向模板是一個(gè)元素的大小按一定規(guī)律取值因而對(duì)特定方向敏感的數(shù)學(xué)矩陣，當(dāng)它與圖象的線(xiàn)性地物匹配時(shí)，卷積結(jié)果具有較大的值，反之結(jié)果具有較小的值，從而能突出線(xiàn)性地物的信息5.頻域增強(qiáng)：傅立葉變換（空域-頻域），保留高頻或低頻【頻率域增強(qiáng)】：高通濾波、低通濾波、同態(tài)濾波【頻率】：一幅圖像上的亮度分布大致存在著亮度漸變和亮度突變兩種情況；把圖像中的這種亮度隨位置變化的頻繁程度表示為一種頻率；【對(duì)于亮度突變的地

40、類(lèi)】：邊緣、線(xiàn)性地物及噪聲：如溝壑、河溪、湖泊邊界、海岸線(xiàn)等。集中在高頻區(qū)，屬于高頻率特性【對(duì)于亮度漸變的地類(lèi)】：粗糙的結(jié)構(gòu)、較大面積的同類(lèi)作物區(qū)：如平原、沙漠、海面等。特征穩(wěn)定，屬于低頻率特性突出主要的大的地類(lèi)：在頻域中可以衰減高頻分量而保存低頻分量。這就是頻域的平滑處理相反，當(dāng)要突出邊緣和線(xiàn)性地物：在頻域中衰減低頻分量而保存高頻分量。這就是頻域的銳化處理。【傅立葉變化】：任何一條復(fù)雜的曲線(xiàn)，經(jīng)傅立葉變換，可以分解成若干條簡(jiǎn)單曲線(xiàn)頻譜的圖像顯示：把振幅譜|F(u,v)|作為亮度顯示在屏幕上頻譜的頻域移中：常用的傅里葉正反變換公式其中心最亮點(diǎn)將分布在四角，這和我們正常的習(xí)慣不同，因此，需要把這

41、個(gè)圖像的零點(diǎn)移到顯示的中心。一般圖像能量集中低頻區(qū)域。變換之后的圖像中間部分是低頻，最亮，能量大?！靖盗⑷~變換的物理意義】：一幅圖象在付氏變換以前的空間稱(chēng)為空域，而付氏變換后的空間叫頻域。傅立葉變換是將圖象轉(zhuǎn)換到頻率域灰度分布函數(shù)（圖象的頻率分布函數(shù)）【低通濾波(平滑)】：圖像從空間域變換到頻率域后，其低頻分量對(duì)應(yīng)圖像中灰度值變化比較緩慢的區(qū)域，高頻分量則表征圖像中物體的邊緣和隨機(jī)噪聲等信息。低通濾波是指保留低頻分量，而通過(guò)濾波器函數(shù)H(u，v)減弱或抑制高頻分量的過(guò)程。低通濾波與空域中的平滑濾波器一樣可以消除圖像中的隨機(jī)噪聲，減弱邊緣效應(yīng)，起到平滑圖像的作用。常用的頻率域低通濾波器H(u,v

42、)有四種:理想低通濾波器、Butterworth低通濾波器、指數(shù)低通濾波器、梯形低通濾波器【理想低通濾波器的缺陷】：理想低通濾波器平滑處理的概念是清楚的，但它在處理中會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的模糊和振鈴現(xiàn)象。由于高頻成分包含有大量的邊緣信息，因此采用該濾波器在去噪聲的同時(shí)將會(huì)導(dǎo)致邊緣信息損失而使圖像模糊，同時(shí)有振鈴效應(yīng)。正是由于理想低通濾波器存在振鈴模糊現(xiàn)象，使其平滑效果下降。【巴特沃思低通濾波器】又稱(chēng)為最大平坦濾波器：它的特性是連續(xù)性衰減，而不像理想濾波器那樣陡峭變化。采用該濾波器濾波在抑制噪聲的同時(shí)，圖像邊緣的模糊程度大大減小，沒(méi)有振鈴效應(yīng)產(chǎn)生。Butterworth低通濾波器振鈴現(xiàn)象隨著階數(shù)的增加而

43、明顯【指數(shù)低通濾波器】：該濾波器在抑制噪聲的同時(shí)，圖像邊緣的模糊程度較用Butterworth濾波產(chǎn)生的大些，無(wú)明顯的振鈴效應(yīng)。指數(shù)低通濾波器從通過(guò)頻率到截止頻率之間沒(méi)有明顯的不連續(xù)性，而是存在一個(gè)平滑的過(guò)渡帶。指數(shù)低通濾波器實(shí)用效果比Butterworth低通濾波器稍差，仍無(wú)明顯的振鈴現(xiàn)象。【梯形低通濾波器】：梯形低通濾波器介于理想低通濾波器和指數(shù)濾波器之間，濾波的圖像有一定的模糊和振鈴效應(yīng)?！靖咄V波】：圖像中的邊緣或線(xiàn)條與圖像頻譜中的高頻成分相對(duì)應(yīng)。采用高通濾波器讓高頻順利通過(guò)，使圖像的邊緣或線(xiàn)條變得清楚，實(shí)現(xiàn)圖像的銳化常用的高通濾波器：理想高通濾波器、Butterworth高通濾波器、

44、指數(shù)濾波器、梯形濾波器【理想高通濾波器】：D0仍為截止頻率，當(dāng)比D0大時(shí)全部通過(guò)，否則全部阻止?！景吞匚炙几咄V波器】：Butterworth高通濾波效果較好，但計(jì)算復(fù)雜，其優(yōu)點(diǎn)是有少量低頻通過(guò)，H(u，v)是漸變的，振鈴現(xiàn)象不明顯【指數(shù)高通濾波器】：指數(shù)高通效果比Butterworth差些，振鈴現(xiàn)象不明顯；【提醒高通濾波器】：梯形高通會(huì)產(chǎn)生微振鈴效應(yīng)，但計(jì)算簡(jiǎn)單，較常用四種高通濾波器的比較：理想高通有明顯振鈴，圖像的邊緣模糊不清。Butterworth高通效果較好，振鈴不明顯，但計(jì)算復(fù)雜。 指數(shù)高通效果比Butterworth差些，但振鈴也不明顯。梯形高通的效果是微有振鈴、但計(jì)算簡(jiǎn)單，故較常

45、用。【同臺(tái)濾波】：同態(tài)濾波的目的：消除不均勻照度的影響而又不損失圖象細(xì)節(jié)依據(jù):反射分量反映圖象內(nèi)容，隨圖象細(xì)節(jié)不同在空間上作快速變化。反射分量的頻譜落在空間高頻區(qū)域；入射分量在空間上通常均具有緩慢變化的性質(zhì)。入射分量的頻譜落在空間低頻區(qū)域.這樣同態(tài)濾波函數(shù)就可以分別作用在這兩個(gè)分量上。同態(tài)濾波方法就是利用上式的形式將圖像中的照明分量和反射分量分開(kāi)。這樣同態(tài)濾波函數(shù)就可以分別作用在這兩個(gè)分量上。6.假彩色合成方法對(duì)于分量圖像的要求：信息量最大，相關(guān)性最小【彩色增強(qiáng)技術(shù)的定義】：利用人眼的視覺(jué)特性，將灰度圖像變成彩色圖像，或著改變彩色圖像已有的彩色分布，改善圖像的可分辨性?！静噬鰪?qiáng)相關(guān)方法】：偽

46、彩色增強(qiáng)Pseudo-color（單波段）、假彩色增強(qiáng)False-color（多波段）、彩色變換【彩色合成相關(guān)原理】：三基色原理：紅、綠、藍(lán)，其中任何一色都不能由三基色中另外兩種基色合成。以三基色中兩種以上色光按一定比例混合，產(chǎn)生其它色彩。彩色合成方法：加色法【偽彩色增強(qiáng)】：將一個(gè)波段或者單一的黑白圖像變換成彩色圖像，從而把人眼不能區(qū)分的微小的灰度差別顯示為明顯的色彩差異。常用方法：方法1：密度分割法；方法2：灰度變換法方法1：密度分割法(Intensity Slicing)：將單一波段或經(jīng)過(guò)處理的單一分量圖象，針對(duì)其象元灰度值的大小進(jìn)行分割，并給每個(gè)灰度區(qū)間賦予不同顏色（紅、綠、藍(lán)）的方法。

47、密度分割中的彩色是人為賦予的，與地物的真實(shí)色彩毫無(wú)關(guān)系，因此稱(chēng)為偽彩色。密度分割法相關(guān)處理技術(shù)：線(xiàn)性分割：對(duì)所研究的亮度范圍進(jìn)行均勻分割非線(xiàn)性分割：對(duì)所研究范圍進(jìn)行非均勻分割，感興趣的亮度范圍細(xì)分，不感興趣的亮度范圍粗分根據(jù)實(shí)際情況確定分割級(jí)數(shù)和分割點(diǎn)：根據(jù)研究區(qū)域直方圖峰點(diǎn)和谷點(diǎn)的數(shù)目及具體值來(lái)確定分割級(jí)數(shù)和分割點(diǎn)方法2：灰度變換法（color transformation）：將原圖像f(x,y)中每一個(gè)像元的灰度值分別經(jīng)過(guò)紅、綠、藍(lán)三種獨(dú)立變換，變成三基色分量圖像IR(x,y) 、 IG(x,y)、IB(x,y) ，然后用它們分別去合成一幅彩色圖像?！緜尾噬鰪?qiáng)對(duì)于遙感圖像處理的意義】：區(qū)

48、分出地物的類(lèi)別【真彩色合成】：當(dāng)三幅影像的工作波段分別為紅、綠、藍(lán)時(shí)，對(duì)應(yīng)分別賦予紅色、綠色、藍(lán)色，合成后的影像十分接近自然界的色彩，稱(chēng)為真彩色合成。【假彩色合成】：各工作波段被賦予的顏色，與波段所代表的真實(shí)顏色不同，合成色不是地物真實(shí)的顏色，因此這種合成叫做假彩色合成。【假彩色增強(qiáng)】：對(duì)多個(gè)波段的遙感圖像，根據(jù)加色法原理，選擇某三個(gè)波段分別賦予紅、綠、藍(lán)三種原色，合成彩色圖像由于三原色的選擇與原波段所代表的真實(shí)顏色不同，生成的合成色不是地物真實(shí)的顏色，因此這種合成叫做假彩色合成方案選擇的重要性：實(shí)際工作中，為了突出某一方面的信息或顯示較豐富的地物信息，獲得最好的目視效果，需要根據(jù)不同的研究目

49、的，反復(fù)試驗(yàn)，尋找最佳合成方案【幾個(gè)問(wèn)題】1.為了使假彩色合成的影象信息豐富，常需要選擇最佳合成方案，既要考慮每個(gè)單波段圖象的信息量，也要考慮它們之間的相關(guān)性。以合成后的信息量最大和波段之間的信息相關(guān)最小作為合成的最佳目標(biāo)。2.針對(duì)TM影像的7個(gè)波段，4、3、2波段分別賦予紅、綠、藍(lán)色時(shí)，這一合成方案稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成7.彩色變換的兩種方法：HIS變換和RGB變換【兩種彩色空間】：RGB空間：由紅（Red）、綠（Green）、藍(lán)（Blue） 三原色組成HSI空間：由色調(diào)（Hue）、飽和度（Saturation）以及亮度（Intensity）構(gòu)成【彩色變換】?jī)煞N色彩模式的相互轉(zhuǎn)換（兩種坐標(biāo)系的變

50、換）：通常把由RGB向HSI變換稱(chēng)為HSI變換；由HSI向RGB變換稱(chēng)為RGB變換1、RGB彩色空間：RGB空間是圖像處理中最常用的彩色空間。坐標(biāo)原點(diǎn)代表黑色，(1, 1, 1) 代表白色，落在坐標(biāo)軸上的頂點(diǎn)代表三個(gè)基色。2、HSI彩色空間：可以分別通過(guò)色調(diào)、飽和度和亮度來(lái)定量調(diào)整圖像。色調(diào)：表示顏色的類(lèi)別。飽和度：對(duì)于同一色調(diào)的彩色光，飽和度越深，顏色越鮮明，相反則越淡。亮度：同一物體因受光不同，會(huì)產(chǎn)生亮度上的變化。照射的光越強(qiáng)，反射光也越強(qiáng)，看起來(lái)越亮。【對(duì)比分析】RGB彩色空間比較簡(jiǎn)單有效，但存在一些不足：1、色彩難于用準(zhǔn)確的數(shù)值表示，并進(jìn)行定量分析；2、色彩分量之間有一定的相關(guān)性，具有

51、冗余信息；3、合成圖象的飽和度偏低，色調(diào)變化不大，視覺(jué)效果較差；4、人眼不能直接感受紅綠藍(lán)三色的比例，對(duì)圖象彩色增強(qiáng)處理結(jié)果難于控制。HSI色彩空間的優(yōu)點(diǎn)：它比RGB色彩空間更符合人的視覺(jué)特性；大量算法都可在HSI色彩空間中方便地使用；HSI系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確定量地描述顏色特征，在HSI色彩空間可以大大簡(jiǎn)化圖像分析和處理的工作量。因此在遙感數(shù)字圖象處理中，常常要把RGB轉(zhuǎn)換為HSI。【HSI變換】：將圖像轉(zhuǎn)換到HSI空間對(duì)指定色調(diào)值H進(jìn)行處理H=H+/-h對(duì)指定飽和度值S進(jìn)行處理S=S* S對(duì)指定亮度值I進(jìn)行處理I=I* I實(shí)際的圖象處理中，不僅僅只是簡(jiǎn)單的HSI變換，通常的作法是：1）先把H 、S

52、分別進(jìn)行反差增強(qiáng)，再與I一起作彩色合成（因?yàn)?I 的動(dòng)態(tài)變換范圍大，而S、H變換范圍小）。2）用I和經(jīng)適當(dāng)反差增強(qiáng)的 S、H 一起作RGB變換返回RGB 空間 。3）用I與其它波段或組分圖象進(jìn)行假彩色合成。8.差值法增強(qiáng)的兩個(gè)作用：利用光譜差異區(qū)分地物類(lèi)別、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)【代數(shù)運(yùn)算】：對(duì)兩幅或兩幅以上影像的對(duì)應(yīng)像元逐個(gè)進(jìn)行和、差、積、商的代數(shù)運(yùn)算，產(chǎn)生具有信息增強(qiáng)效果的影像。差值運(yùn)算、比值運(yùn)算【差值運(yùn)算】：同一景圖像不同時(shí)間的影像；同一景圖像不同波段的影像；配準(zhǔn)之后，對(duì)應(yīng)像元的灰度值相減差值運(yùn)算的作用：根據(jù)光譜差異區(qū)分某些地類(lèi)；確定某一時(shí)間內(nèi)的變化，進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)（如森林火災(zāi)或皆伐前后的變化）【比值運(yùn)

53、算】：同一景的兩個(gè)不同波段的影像；配準(zhǔn)后對(duì)應(yīng)像元灰度值相除的運(yùn)算叫比值運(yùn)算比值法的主要作用：消除地形起伏造成的陰影和云影等的影響；利用比值運(yùn)算可使各類(lèi)地物均值拉開(kāi)，有利于區(qū)分各類(lèi)地物。利用比值運(yùn)算突出某類(lèi)地物，削弱另一類(lèi)地物，從而提取目標(biāo)信息9.植被指數(shù)的定義【植被指數(shù)（NDVI）】：利用不同波段探測(cè)數(shù)據(jù)組合的比值，能反映植物生長(zhǎng)狀況的指數(shù) 植被指數(shù)的作用：綠色植被在近紅外處為高反射，紅光處為低反射，使得近紅外/紅外這一比值很高通常認(rèn)為多光譜圖像中這一比值與植被有定量關(guān)系，可以用來(lái)估算綠色生物量當(dāng)綠色生物量很高達(dá)到飽和時(shí)，在植被區(qū)域呈現(xiàn)高亮度，從而提取出植被信息補(bǔ)充：【多光譜變換增強(qiáng)】：針對(duì)多光譜圖像各波段之間的相關(guān)性，設(shè)法減少各種信息之間的冗余度，從而保留主要信息，降低數(shù)據(jù)量，同時(shí)，通過(guò)變換，還可以使