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1、第五章第五章 遥感数字图像预处理遥感数字图像预处理 5.1 遥感图像几何校正 5.2 遥感图像辐射校正 5.3 遥感图像增强与变换 5.4 遥感图像中的特征提取 侧视雷达图像几何校正侧视雷达图像几何校正5.1 5.1 遥感图像几何校正遥感图像几何校正 侧视雷达图像不同于其他遥感图像，它是斜射侧视雷达图像不同于其他遥感图像，它是斜射地表从而获得影像，具有其固有的几何特点。地表从而获得影像，具有其固有的几何特点。属于斜距投影，像点斜距算至地面距离为：属于斜距投影，像点斜距算至地面距离为：侧视雷达图像几何校正侧视雷达图像几何校正5.1 5.1 遥感图像几何校正遥感图像几何校正 侧视雷达图像的几何特征
2、：侧视雷达图像的几何特征：1 1、垂直飞行方向比例尺由小变大。、垂直飞行方向比例尺由小变大。侧视雷达图像几何校正侧视雷达图像几何校正5.1 5.1 遥感图像几何校正遥感图像几何校正 侧视雷达图像的几何特征：侧视雷达图像的几何特征：3 3、地形高差产生的投影与中心投影影像投影差、地形高差产生的投影与中心投影影像投影差位移的方向相反，位移也不同。位移的方向相反，位移也不同。侧视雷达图像几何校正侧视雷达图像几何校正5.1 5.1 遥感图像几何校正遥感图像几何校正 合成孔径雷达的构像方程：合成孔径雷达的构像方程：SARSAR图像成像方程的表达主要有两种形式。一是图像成像方程的表达主要有两种形式。一是用
3、距离条件和多普勒条件方程式来表达像点、目标用距离条件和多普勒条件方程式来表达像点、目标点和雷达天线中心三者之间的关系；二是用共线方点和雷达天线中心三者之间的关系；二是用共线方程来表达这种关系。程来表达这种关系。1 1、距离条件和多普勒条件方程式、距离条件和多普勒条件方程式 因雷达侧向扫描平台恒垂直于遥感平台运动的因雷达侧向扫描平台恒垂直于遥感平台运动的速度矢量，则有多普勒条件成立：速度矢量，则有多普勒条件成立：侧视雷达图像几何校正侧视雷达图像几何校正5.1 5.1 遥感图像几何校正遥感图像几何校正 式中：式中：侧视雷达图像几何校正侧视雷达图像几何校正5.1 5.1 遥感图像几何校正遥感图像几何
4、校正 由上两式可得到用坐标表示的多普勒条件方程：由上两式可得到用坐标表示的多普勒条件方程：距离条件是指：距离条件是指：此为用此为用距离条件和多普勒条件距离条件和多普勒条件表示的表示的SARSAR图像的图像的成像方程式。成像方程式。侧视雷达图像几何校正侧视雷达图像几何校正5.1 5.1 遥感图像几何校正遥感图像几何校正 其中，其中，为影像上的扫描延迟，为影像上的扫描延迟，为等效焦为等效焦距。这时天线中心距。这时天线中心 、像点、像点 、地面点、地面点 严严格满足贡献关系，则：格满足贡献关系，则：侧视雷达图像几何校正侧视雷达图像几何校正5.1 5.1 遥感图像几何校正遥感图像几何校正 当地面并不平
5、坦时：当地面并不平坦时：侧视雷达图像几何校正侧视雷达图像几何校正5.1 5.1 遥感图像几何校正遥感图像几何校正 侧视雷达图像的几何校正：侧视雷达图像的几何校正：由侧视雷达图像几何特性可知，如果有地形起由侧视雷达图像几何特性可知，如果有地形起伏，则在图像上存在透视收缩与顶底位移或雷达阴伏，则在图像上存在透视收缩与顶底位移或雷达阴影的现象。校正就是要消除这些位移的过程。影的现象。校正就是要消除这些位移的过程。需要指出的是，需要指出的是，SARSAR图像由于地形起伏引起的图像由于地形起伏引起的像点位移要比中心投影严重的多。因此不能用简单像点位移要比中心投影严重的多。因此不能用简单的多项式校正的方法
6、。目前有两种较为常用的方法：的多项式校正的方法。目前有两种较为常用的方法：侧视雷达图像几何校正侧视雷达图像几何校正5.1 5.1 遥感图像几何校正遥感图像几何校正 二是按照共线方程进行。二是按照共线方程进行。先得到成像参数，对先得到成像参数，对某一地面点，利用共线方程式的第二式作为约束，某一地面点，利用共线方程式的第二式作为约束，计算其像点对应于起始时刻扫描线的影像纵坐标计算其像点对应于起始时刻扫描线的影像纵坐标y y，然后代入第一式求出等效的横坐标，最后由多普，然后代入第一式求出等效的横坐标，最后由多普勒条件方程反算出正确的横坐标。勒条件方程反算出正确的横坐标。一是按照距离和多普勒条件成像方
7、程进行。一是按照距离和多普勒条件成像方程进行。要要么由地面控制点和成像参数建立校正变换公式；要么由地面控制点和成像参数建立校正变换公式；要么由数字高程模型与原始图像进行匹配，建立么由数字高程模型与原始图像进行匹配，建立DEMDEM与原始图像间的变换关系。与原始图像间的变换关系。几何配准和镶嵌几何配准和镶嵌5.1 5.1 遥感图像几何校正遥感图像几何校正 几何配准几何配准是指将同一地区不同时刻的图像或不是指将同一地区不同时刻的图像或不同传感器的图像，同传感器的图像，“匹配匹配”起来，以便于利用各自起来，以便于利用各自的优缺点。的优缺点。相对匹配相对匹配是指将多图像通过几何变换实现重叠；是指将多图
8、像通过几何变换实现重叠；绝对匹配绝对匹配是指将相对匹配后的图像纳入到某一是指将相对匹配后的图像纳入到某一统一的坐标系统。统一的坐标系统。几何校正是实现绝对匹配的有效途径，多项式几何校正是实现绝对匹配的有效途径，多项式和共线方程都可以实现多图像的几何匹配。和共线方程都可以实现多图像的几何匹配。几何配准和镶嵌几何配准和镶嵌5.1 5.1 遥感图像几何校正遥感图像几何校正 图像镶嵌图像镶嵌是指将不同的图像文件拼合成一幅完是指将不同的图像文件拼合成一幅完整的包含感兴趣区域的图像。整的包含感兴趣区域的图像。参与镶嵌的图像可以是不同时间同一传感器获参与镶嵌的图像可以是不同时间同一传感器获取的，也可以是不同
9、时间不同传感器获取的图像，取的，也可以是不同时间不同传感器获取的图像，但同时要求镶嵌的图像之间要有一定的重叠，并校但同时要求镶嵌的图像之间要有一定的重叠，并校正到同一地图坐标系中。正到同一地图坐标系中。图像镶嵌的关键有两步：图像镶嵌的关键有两步：一是通过几何校正将一是通过几何校正将多幅图像拼接在一起；二是通过图像处理手段保证多幅图像拼接在一起；二是通过图像处理手段保证拼接后的图像反差一致，色调相近，没有明显的接拼接后的图像反差一致，色调相近，没有明显的接缝。缝。实习内容：实习内容：a、图像拼接、图像拼接实习目的：实习目的：学会利用学会利用Dataprep模块对遥感图像进行拼模块对遥感图像进行拼
10、 接处理。接处理。实习内容：实习内容：将空间区域相邻的三幅将空间区域相邻的三幅TM图像进行拼接。图像进行拼接。实习步骤：实习步骤：1、同时显示和观察多幅图像、同时显示和观察多幅图像 启动软件。在视窗启动软件。在视窗view#1中点击中点击 图标，在打开图标，在打开的对话框中选择的对话框中选择“Raster Option”栏，如下图所示：栏，如下图所示：继续重复上面的步骤，注意每次都不选择继续重复上面的步骤，注意每次都不选择“Clear Dispay”和和勾选勾选“Back ground Transparent”。分别在同一视窗中打开。分别在同一视窗中打开shi xishuju2124037zu
11、he.tif和和125036.tif。结果如下图所示：。结果如下图所示：124037124036125036 不难看出，不难看出，三景遥感图像三景遥感图像存在明显的重存在明显的重叠区域。叠区域。在针对重叠在针对重叠区域进行研究区域进行研究时，就需要进时，就需要进行图像拼接处行图像拼接处理。理。选择选择EditAdd Images，出现右侧对话框，分别选择，出现右侧对话框，分别选择12036zuhe.tif、12037zuhe.tif和和125036.tif，依次加载三幅，依次加载三幅TM图像。结果如图像。结果如下图所示：下图所示：3、拼接参数设置、拼接参数设置 在左图中选择在左图中选择Edit
12、Color Corrections（右上），出现对话（右上），出现对话框（右下），勾选框（右下），勾选Use Histogram Matching并点击并点击Set，分别选，分别选择择Overlap Areas和和Band by Band，点击，点击OK，回到下图：，回到下图：在左图中选择在左图中选择EditOutput Options （中），出现对话框（右），选择（中），出现对话框（右），选择Union of All Inputs并设置并设置X为为50，Y为为50，点，点 击击ok，又一次回到下图。，又一次回到下图。4、输出拼接图像、输出拼接图像 在左图中选择在左图中选择ProcessRu
13、n Mosaic（右上），出现对话框（右上），出现对话框（右下），确定输出文件的格式（右下），确定输出文件的格式（tif）、路径和名称（）、路径和名称（pinjie），），点击点击ok，输出图像（需要约，输出图像（需要约3分钟）。拼接后的图像如下所示：分钟）。拼接后的图像如下所示：系统辐射校正系统辐射校正5.2 5.2 遥感图像辐射校正遥感图像辐射校正 系统辐射畸变系统辐射畸变主要由于传感器本身产生。由于主要由于传感器本身产生。由于仪器之间存在差异，以及仪器本身存在误差，这就仪器之间存在差异，以及仪器本身存在误差，这就导致了接受图像不均匀，产生条纹和导致了接受图像不均匀，产生条纹和“噪声噪声”
14、。包括：包括：1 1、由光学系统引起的畸变；、由光学系统引起的畸变；2 2、由光电转换引起的畸变；、由光电转换引起的畸变；一般这些畸变在数据生产过程中都已经由生产一般这些畸变在数据生产过程中都已经由生产单位做了辐射校正，不需要用户自行校正。故而此单位做了辐射校正，不需要用户自行校正。故而此处从略。处从略。系统辐射校正系统辐射校正5.2 5.2 遥感图像辐射校正遥感图像辐射校正 系统辐射畸变系统辐射畸变主要由于传感器本身产生。由于主要由于传感器本身产生。由于仪器之间存在差异，以及仪器本身存在误差，这就仪器之间存在差异，以及仪器本身存在误差，这就导致了接受图像不均匀，产生条纹和导致了接受图像不均匀
15、，产生条纹和“噪声噪声”。包括：包括：1 1、由光学系统引起的畸变；、由光学系统引起的畸变；2 2、由光电转换引起的畸变；、由光电转换引起的畸变；3 3、太阳位置引起的畸变；、太阳位置引起的畸变；4 4、地形起伏引起的畸变；、地形起伏引起的畸变；一般这些畸变在数据生产过程中都已经由生产一般这些畸变在数据生产过程中都已经由生产单位做了辐射校正，不需要用户自行校正。故而此单位做了辐射校正，不需要用户自行校正。故而此处从略。处从略。大气辐射校正大气辐射校正5.2 5.2 遥感图像辐射校正遥感图像辐射校正 进入大气的太阳辐射会发生反射、折射、吸收进入大气的太阳辐射会发生反射、折射、吸收散射、透射等现象
16、，其中对传感器影响最大的是吸散射、透射等现象，其中对传感器影响最大的是吸收和散射。收和散射。其中，相当部分的大气散射光未经地物反射，其中，相当部分的大气散射光未经地物反射，通过大气吸收后，直接进入传感器的辐射，通过大气吸收后，直接进入传感器的辐射，称作程称作程辐射，辐射，这种辐射进入传感器的辐射能量影响较大。这种辐射进入传感器的辐射能量影响较大。主要有两种方法进行校正：主要有两种方法进行校正：1 1、基于地面场数据或辅助数据校正、基于地面场数据或辅助数据校正 在成像同时，同步获取成像目标的反射率，或在成像同时，同步获取成像目标的反射率，或通过预先设置已知发射率的目标，把实况数据与图通过预先设置
17、已知发射率的目标，把实况数据与图像数据进行比较，来消除影响。像数据进行比较，来消除影响。大气辐射校正大气辐射校正5.2 5.2 遥感图像辐射校正遥感图像辐射校正 假定实况数据与图像数据之间为线性关系：假定实况数据与图像数据之间为线性关系：即图像中每一像元灰度都减去即图像中每一像元灰度都减去a a，从而获得校，从而获得校正后的图像。此方法仅适用于具有地面实况数据的正后的图像。此方法仅适用于具有地面实况数据的情形。情形。大气辐射校正大气辐射校正5.2 5.2 遥感图像辐射校正遥感图像辐射校正 2 2、利用波段特征进行校正、利用波段特征进行校正 程辐射程度主要与米氏散射有关，即散射主要程辐射程度主要
18、与米氏散射有关，即散射主要发生在短波波长，其散射强度随波长的增大而减小，发生在短波波长，其散射强度随波长的增大而减小，到红外波段基本已经接近于零。到红外波段基本已经接近于零。根据这个原理，可以把红外波段作为无散射影根据这个原理，可以把红外波段作为无散射影响的标准图像，通过对不同波段图像的对比分析来响的标准图像，通过对不同波段图像的对比分析来计算大气影响。有两种方法：计算大气影响。有两种方法：（1 1）直方图最小值去除法）直方图最小值去除法 此法的是在图像中找出某种或某几种发射率接此法的是在图像中找出某种或某几种发射率接近于近于0 0的地物（深海水，高山背阴），这时其反射的地物（深海水，高山背阴
19、），这时其反射直方图的最小亮度应为直方图的最小亮度应为0 0，若不为，若不为0 0，则认为是大气，则认为是大气散射所致。散射所致。大气辐射校正大气辐射校正5.2 5.2 遥感图像辐射校正遥感图像辐射校正 校正时，将每一波段中每个像元的亮度值都减校正时，将每一波段中每个像元的亮度值都减去本波段的最小值：去本波段的最小值：大气辐射校正大气辐射校正5.2 5.2 遥感图像辐射校正遥感图像辐射校正 （2 2）回归分析法）回归分析法 假定某红外波段，程辐射影响接近于零，设为假定某红外波段，程辐射影响接近于零，设为波段波段a a，现在需要找到其他波段相应的亮度最小值，现在需要找到其他波段相应的亮度最小值，这个值一定比这个值一定比a a波段的亮度最小值还要大一些，设波段的亮度最小值还要大一些，设为为b b。分别以分别以a a、b b波段的像元亮度值为坐标，做二维波段的像元亮度值为坐标，做二维光谱空间，两个波段中对应像元在坐标系内用同一光谱空间，两个波段中对应像元在坐标系内用同一个点表示。个点表示。由于波段相关性，通过回归分析在众多点中一由于波段相关性，通过回归分析在众多点中一定能够找到一条直线与波段定能够找到一条直线与波段b b的亮度相交，其回归的亮度相交，其回归方程为：方程为：大气辐射校正大气辐射校正5.2 5.2 遥感图像辐射校正遥感图像辐射校正