《環(huán)境遙感技術及應用(田靜毅)第四章遙感圖象處理》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《環(huán)境遙感技術及應用(田靜毅)第四章遙感圖象處理（38頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 l 消 除 圖 像 數(shù) 據(jù) 中 依 附 在 輻 射 亮 度 中 的 各 種失 真 的 過 程 稱 為 輻 射 量 校 正 。 利 用 傳 感 器 觀 測 目 標 的 反 射 或 輻 射 能 量時 ， 傳 感 器 得 到 的 測 量 值 與 目 標 的 光 譜 反射 率 或 光 譜 輻 射 亮 度 等 物 理 量 是 不 一 致 的 ，這 是 因 為 測 量 值 中 包 含 了 由 于 太 陽 位 置 和角 度 以 及 薄 霧 等 大 氣 條 件 所 引 起 的 失 真 以及 傳 感 器 本 身 的 偏 差 。 為 了 正 確 評 價 目 標的 反 射 或 輻 射 特 性 ， 也 必 須 消

2、除 這 些 失 真 。 引 起 輻 射 畸 變 的 原 因 蘭 要 有 兩 個 ： 傳 感 器 儀 器本 身 產 生 的 誤 差 和 大 氣 對 輻 射 的 影 響 。 相 應 地 ，輻 射 校 正 也 包 括 兩 種 類 型 ：（ 1） 裝 飾 性 修 正 對 數(shù) 據(jù) 錯 誤 進 行 補 償 性 修 復 ；（ 2） 大 氣 校 正 校 正 由 于 大 氣 和 輻 射 參 數(shù) 帶 來 的 誤 差 ， 如 薄 霧 、太 陽 角 、 天 空 光 等 。 周 期 性 掃 描 線 丟 失 現(xiàn) 象 產 生 的 原 因 是 傳 感 器 中的 一 個 探 測 元 件 出 現(xiàn) 了 問 題 ， 因 此 記 錄

3、了 錯 誤 的信 息 或 者 停 止 記 錄 。 例 如 Landsat/ TM除 熱 紅 外波 段 外 ， 其 他 波 段 都 有 16個 探 測 元 件 。 如 果 其 中一 個 探 測 元 件 出 現(xiàn) 故 障 ， 則 每 16個 掃 描 線 中 就 有一 個 掃 描 線 的 數(shù) 據(jù) 為 零 ， 在 影 像 上 就 表 現(xiàn) 為 一 條黑 線 。 對 于 Landsat MSS， 上 述 問 題 將 導 致 其 每 6個 掃 描 線 中 有 一 個 數(shù) 據(jù) 為 零 的 掃 描 線 。 進 入 傳 感 器 的 輻 射 強 度 反 映 在 圖 像 上 就 是 亮 度值 （ 灰 度 值 ） 。 輻

4、 射 強 度 越 大 ， 亮 度 值 越 大 。 圖像 每 個 像 元 的 亮 度 值 要 受 兩 個 物 理 量 的 影 響 ： 一是 太 陽 輻 射 照 射 到 地 面 的 輻 射 強 度 ； 二 是 地 物 的 反 射 光 譜 。 當 太 陽 輻 射 強 度 相 同 時 ， 圖 像 像 元 亮 度 值 的 差異 就 直 接 反 映 了 地 物 目 標 光 譜 反 射 率 的 差 異 。 但 實 際 測 量 中 ， 輻 射 強 度 值 還 受 到 其 他 因 素 的影 響 而 發(fā) 生 變 化 。 這 一 改 變 的 部 分 就 是 圖 像 輻 射校 正 需 要 校 正 的 部 分 。 第

5、一 步 要 計 算 整 景 影 像 每 個 掃 描 線 的 平均 DN值 和 整 景 影 像 的 平 均 DN值 (灰 度 值 ， 然 后 將 每 個 掃 描 線 的平 均 DN值 與 整 景 影 像 的 平 均 DN值 比 較 。 如 果 某 掃 描 線 的 平 均 DN值與 整 景 影 像 的 平 均 DN值 相 比 ， 其 偏 差 超 過 指 定 的 限 值 ， 則 可 確 定該 條 掃 描 線 存 在 缺 陷 。 在 地 面 覆 被 非 常 復 雜 的 區(qū) 域 ， 為 了 獲 得 較好 的 效 果 ， 要 考 慮 影 像 的 直 方 圖 ， 進 一 步 劃 分 子 區(qū) ， 然 后 對

6、子 區(qū)分 別 處 理 。 對 于 一 個 有 缺 陷 的 掃 描 線 ， 其 每 個 像 元 的DN值 取 該 掃 描 線 前 后 兩 個 掃 描 線 相 應 像 元 的 DN值 的 平 均 值 。 這 樣 ，影 像 的 質 量 就 得 到 很 大 的 改 善 盡 管 每 16個 掃 描 線 （ 對 于LandsatMSS數(shù) 據(jù) ， 為 每 6個 掃 描 線 ） 中 有 一 個 人 工 處 理 的 數(shù) 據(jù) 行 。 2） 線 狀 條 帶 現(xiàn) 象 相 比 于 掃 描 線 的 丟 失 ， 存 在 線 狀 條 帶 現(xiàn)象 在 影 像 中 就 更 加 普 遍 了 。 線 狀 條 帶 現(xiàn) 象 的產 生 時

7、常 是 由 于 探 測 元 件 的 不 統(tǒng) 一 引 起 的 。在 衛(wèi) 星 發(fā) 射 前 ， 傳 感 器 中 所 有 的 探 測 元 件 都進 行 了 認 真 仔 細 的 參 數(shù) 率 定 和 配 準 。 但 一 段時 間 后 ， 某 些 探 測 元 件 的 測 量 結 果 可 能 會 向高 或 向 低 偏 移 。 結 果 ， 發(fā) 生 偏 移 的 探 測 元 件所 記 錄 的 掃 描 線 與 其 他 線 相 比 會 更 亮 或 更 暗 ，出 現(xiàn) 線 狀 條 帶 現(xiàn) 象 。 對 于 帶 有 線 狀 條 帶 現(xiàn) 象 的 影 像 ， 存 在 缺 陷 的 掃描 線 中 的 數(shù) 據(jù) 還 是 有 效 的 ， 要

8、 做 的 只 是 對 其 進 行修 正 以 與 整 景 影 像 匹 配 。 對 于 這 種 缺 陷 的 處 理 ，有 很 多 方 法 ， 最 常 用 的 是 直 方 圖 匹 配 法 。 直 方 圖 匹 配 法 是 針 對 每 個 探 測 元 件 的 記 錄 ， 建立 獨 立 的 直 方 圖 ， 并 進 行 匹 配 ， 將 一 個 記 錄 行 作為 標 準 ， 對 其 余 探 測 元 件 的 記 錄 進 行 適 當 的 調 整 ，然 后 計 算 出 每 個 像 元 的 新 DN值 。 這 樣 就 得 到 了 一個 去 條 帶 后 的 影 像 。 上 述 周 期 性 掃 描 線 丟 失 和 線 狀

9、 條 帶 現(xiàn) 象 是 由 于非 隨 機 的 噪 聲 引 起 的 ， 因 此 可 以 通 過 簡 單 的 方 法進 行 識 別 和 修 正 。 l 3） 尖 峰 噪 聲 對 于 隨 機 的 噪 聲 ， 就 需 要 有 比 較 復 雜 的 方 法進 行 修 正 ， 比 如 數(shù) 字 過 濾 法 等 。尖 峰 噪 聲 的 產 生 可 能 是 由 于 數(shù) 據(jù) 傳 輸 中 的 錯 誤 或 者一 個 短 暫 的 擾 動 。 因 此 某 些 像 元 的 DN值 顯 著 高 于或 低 于 周 圍 像 元 的 DN值 。 在 這 樣 的 影 像 中 ， 這 些 像 元 表 現(xiàn) 為 明 亮 和 暗 淡點 ， 它 們

10、 將 會 影 響 遙 感 影 像 中 信 息 的 提 取 。 校 正 前 的 影 像 看 起 來 是 由 行 列 整 齊 的 等間 距 像 元 點 組 成 的 ， 但 實 際 上 ， 由 于 某 種幾 何 畸 變 ， 影 像 中 像 元 點 間 所 對 應 的 地 面距 離 并 不 相 等 （ 圖 a） 。 校 正 后 的 影 像 亦 是由 等 間 距 的 網 格 點 組 成 的 ， 且 以 地 面 為 標準 ， 符 合 某 種 投 影 的 均 勻 分 布 （ 圖 b） 。 校正 的 最 終 目 的 是 確 定 校 正 后 影 像 的 行 列 數(shù)值 ， 然 后 找 到 新 影 像 中 每 一

11、像 元 的 亮 度 值 。 幾 何 粗 校 正 ： 這 種 校 正 是 針 對 引 起 幾 何 畸 變 的 原因 進 行 的 ， 地 面 接 收 站 在 提 供 給 用 戶 資 料 前 ， 已按 常 規(guī) 處 理 方 案 與 圖 像 同 時 接 收 到 的 有 關 運 行 姿態(tài) 、 傳 感 器 性 能 指 標 、 大 氣 狀 態(tài) 、 太 陽 高 度 角 對該 幅 圖 像 幾 何 畸 變 進 行 了 校 正 。 幾 何 精 校 正 ： 利 用 地 面 控 制 點 進 行 的 幾 何 校 正 稱為 幾 何 精 校 正 。 l 幾 何 精 校 正 就 是 利 用 地 面 控 制 點 ( Ground

12、Cont rol Point , 簡 稱 GCP)對 各 種 因 素 引 起 的 遙 感 圖 像 幾何 畸 變 進 行 糾 正 。 其 原 理 是 用 GCP 數(shù) 據(jù) 對 原 始 衛(wèi)星 圖 像 的 幾 何 畸 變 過 程 進 行 數(shù) 學 模 擬 ,建 立 原 始的 畸 變 圖 像 空 間 與 地 理 制 圖 用 標 準 空 間 之 間 的 某種 對 應 關 系 ,利 用 這 種 對 應 關 系 把 畸 變 空 間 中 的全 部 元 素 變 換 到 糾 正 糾 正 圖 像 空 間 中 去 ,從 而 實現(xiàn) 幾 何 精 糾 正 。 用 重 采 樣 法 實 現(xiàn) 兩 個 空 間 的 灰 度轉 換 。l

13、影 像 幾 何 精 校 正 可 歸 納 為 以 下 步 驟 : (1) 選 取 合 適 的 地 理 參 考 ,建 立 原 始 圖 像 與 標 準 圖 像 的坐 標 系 。 地 理 參 考 是 將 地 圖 坐 標 系 統(tǒng) 賦 予 圖 像 數(shù)據(jù) 的 過 程 。 由 于 所 有 地 圖 投 影 系 統(tǒng) 都 遵 從 于 一 定的 地 圖 坐 標 系 統(tǒng) ,所 以 幾 何 校 正 包 含 了 地 理 參 考 。(2) 確 定 GCP,是 根 據(jù) 控 制 點 對 利 用 最 小 二 乘 法 來 求 取轉 換 矩 陣 。 地 面 控 制 點 要 求 在 整 幅 影 像 中 呈 均 勻分 布 ,一 般 選 取

14、 明 顯 地 物 點 ,線 狀 地 物 的 交 叉 點 ;控制 點 的 個 數(shù) 根 據(jù) 實 際 影 像 的 大 小 和 多 項 式 系 數(shù) 的個 數(shù) 來 確 定 。 控 制 點 對 實 際 上 就 是 同 名 點 對 。 事實 上 ,任 何 的 同 名 點 對 都 可 以 作 為 控 制 點 對 來 反 求轉 換 矩 陣 ,而 非 僅 僅 是 那 些 明 顯 的 地 物 點 只 要 能 夠確 定 同 名 點 ,就 可 以 把 它 們 作 為 控 制 點 來 進 行 幾 何糾 正 。 （ 3） 多 項 式 擬 合 法 是 利 用 地 面 控 制 點 來 建 立 遙 感影 像 與 地 圖 之 間

15、相 應 點 的 變 換 關 系 ,是 實 踐 中 常用 的 一 種 方 法 ,其 原 理 比 較 直 觀 ,計 算 也 較 簡 單 ,特 別 是 對 平 坦 地 區(qū) 具 有 足 夠 好 的 糾 正 精 度 。 該 方法 的 基 本 思 想 是 回 避 成 像 的 空 間 幾 何 過 程 ,而 直接 對 影 像 變 形 的 本 身 進 行 數(shù) 學 模 擬 ,它 認 為 遙 感圖 像 的 總 體 變 形 可 看 作 是 平 移 、 縮 放 、 仿 射 、 偏扭 、 彎 曲 以 及 更 高 次 的 基 本 變 形 的 綜 合 作 用 結 果 。l 多 項 式 糾 正 法 的 原 理 是 回 避 遙

16、感 圖 像 成 像 幾 何 過程 ,而 直 接 對 圖 像 變 形 本 身 進 行 數(shù) 學 模 擬 。 因 而糾 正 前 后 圖 像 相 應 點 之 間 的 坐 標 關 系 ,可 以 用 一個 適 當 的 多 項 式 來 表 達 。 常 用 的 多 項 式 有 二 次 多項 式 和 三 次 多 項 式 l 多 項 式 糾 正 法 由 于 未 按 傳 感 器 構 像 的 數(shù) 學 模 型進 行 糾 正 ,而 是 直 接 對 圖 像 變 形 規(guī) 律 進 行 數(shù) 學 模擬 ,故 該 法 適 用 于 各 類 航 天 傳 感 器 圖 像 的 幾 何 糾正 和 幾 何 配 準 。l 在 調 用 多 項 式

17、模 型 時 ， 需 要 確 定 多 項 式 的 次 方數(shù) ， 通 常 整 景 圖 像 選 擇 3次 方 。 次 方 數(shù) 和 控 制 點是 相 關 的 ， 最 少 控 制 點 的 計 算 公 式 （ t+1） *（ t+2） /21次 方 是 至 少 3個 控 制 點2次 方 是 至 少 6個 控 制 點3次 方 是 至 少 10個 控 制 點 原 始 影 像 位 置 以 ( x ,y) 表 示 , x 為 行 號 , y 為 列 號 , 校 正 影 像 位 置 以 ( X , Y)表 示 l 找 到 一 種 數(shù) 學 關 系 ， 建 立 變 換 前 影 像 坐 標 （ x，y） 與 變 換 后

18、影 像 坐 標 （ u， v） 的 關 系 ， 通 過 每一 個 變 換 后 影 像 像 元 的 中 心 位 置 （ u代 表 行 數(shù) ，v代 表 列 數(shù) ， 均 為 整 數(shù) ） 計 算 出 變 換 前 對 應 的 影像 坐 標 點 （ x， y） 。 分 析 得 知 ， 整 數(shù) （ u， v）的 像 元 點 在 原 影 像 坐 標 系 中 一 般 不 在 整 數(shù) （ x，y） 點 上 ， 即 不 在 原 影 像 像 元 的 中 心 。l 計 算 校 正 后 影 像 中 的 每 一 點 所 對 應 原 圖 中 的 位置 （ x， y） 。 計 算 時 按 行 逐 點 計 算 ， 每 行 結 束

19、后 進 入 下 一 行 計 算 ， 直 到 全 圖 結 束 。 l 圖 像 重 采 樣 方 法 , ERDAS IMAGINE 提 供 了 3 種 最 常 用 的 重 采 樣 方 法 :最 鄰 近 點 插 值 法 ,即 將 最 鄰 近 像 元 值 直 接 賦 予 輸 出 像 元 ;雙 線 性 插 值 法 ,用 雙 線 性 方 程 和 2 2 窗 口 計 算 輸 出 像元 值 ;立 方 卷 積 插 值 法 ,用 三 次 方 程 和 4 4窗 口 計 算 輸出 像 元 值 。 三 種 重 采 樣 方 法 優(yōu) 缺 點 : 最 鄰 近 法 簡 單 易 行 , 在 幾 何 位 置 上 的 精 度 為 0

20、. 5個 像元 ,不 破 壞 原 來 的 像 元 值 ,處 理 速 度 快 ,但 易 產 生 “ 鋸 齒 ”效 應 ,從 而 影 響 了 精 確 度 ; 雙 線 性 內 插 法 對 亮 度 不 連 續(xù) 現(xiàn) 象 或 線 性 特 征 的 塊 狀 化 現(xiàn)象 有 明 顯 的 改 善 ,但 這 種 方 法 具 有 平 均 化 濾 波 效 果 ,從 而使 對 比 度 明 顯 的 分 界 線 變 得 模 糊 ,一 些 數(shù) 據(jù) 文 件 值 的 極值 會 丟 失 ; 3次 卷 積 法 可 得 到 較 高 的 圖 像 質 量 ,但 數(shù) 據(jù) 處 理 量 大 , 處 理 速 度 慢 ,效 率 不 高 。 RMS 誤 差l RMS 誤 差 (即 均 方 根 ) 是 GCP 的 輸 入 位 置和 逆 轉 換 的 (輸 出 ) 位 置 之 間 的 距 離 。 準備工作 輸 入 原 始數(shù) 字 圖 像 選 取 地 面 控制 點 確 定 地 圖 投 影匹 配 地 面 控制 點 與 象 元的 位 置像 素 亮 度值 重 采 樣輸 出 糾 正后 的 圖 像 選 擇 糾正 函 數(shù)和 參 數(shù) 拼接縫的強制改正