第四章遥感数字图像处理.

14.1.1颜色视觉——光和颜色•电磁波谱中0.38-0.76m的波段能引起人的视觉，称为可见光,简称光•可见光加上紫外和红外部分来自原子和分子的发光辐射，称为光学辐射•-----光学遥感•光与色有什么不同？•光是色的源泉，色是光的表现。“五光十色”24.1.1颜色视觉(一)——亮度对比•亮度对比：视场中对象与背景的亮度差与背景亮度之比C=（L对象-L背景）/L背景•选择适宜的对象及背景的亮度，可以提高对比，从而提高视觉效果。•两个或多个对象间的对比，即C=L对象/L对象3亮度对比例子高度对比度合适亮度对比度过量44.1.1颜色视觉（一）——颜色对比•颜色对比：在视场中，相邻区域的不同颜色相互影响。受视觉影响很大•(所有颜色都是对某段波长有选择地反射而对其它波长吸收的结果)•两种颜色互相影响的结果，使每种颜色向其影响色的补色变化。两种颜色的边界，对比现象更加明显•在色度学中，当两种颜色混合产生白色或灰色时，这两种颜色称为互补色。•绿是品红的补色，蓝是黄的补色•人眼能分辨一百多种不同颜色，彩色图象能表现更丰富的信息量5黑白图像彩色图像64.1.1颜色视觉(二)——颜色的性质•颜色描述对遥感图象很重要，颜色变换是遥感图象处理的重要方法。•所有颜色都是对某段波长有选择地反射而对其它波长吸收的结果•颜色的性质由明度、色调、饱和度来描述–明度（Lightness,强度,Intensity）–色调（Hue）–饱和度(Saturation)74.1.1颜色视觉(二)——颜色的性质：明度(Lightness)•明度：是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。与电磁波辐射亮度的概念不同，明度受人的视觉感受性和经验影响。•物体反射率越高，明度就越高。白比灰，黄比红•光源：亮度越大，明度越高•黑白图象：灰度、灰阶8灰度（明度）、灰阶94.1.1颜色视觉(二)——颜色的性质：色调(Hue)色彩彼此间相互区分的特性。可见光波段的不同波长刺激人眼产生了不同色彩（红—紫）的感觉。•从红到紫是可见光谱上存在的颜色，每种颜色对应一个波长值，是光谱色。•有时刺激人眼的光波不是单一波长，而是一些波长的组合，也可构成一些颜色，但它们找不到对应的波长值，不叫光谱色。104.1.1颜色视觉(三)——颜色的性质：饱和度(Saturation)•彩色纯洁的程度，即光谱中波长段是否窄，频率是否单一的表示。对于光源，发出的若是单色光就是最饱和的彩色，如激光。对于物体颜色，如果物体对光谱反射性有很高的选择性，只反射很窄的波段则饱和度高。•如果光源或物体反射光在某种波长中混有许多其它波长的光或混有白光则饱和度变低。•黑白色只用明度描述，不用色调、饱和度描述。11彩色IHS124.1.1颜色视觉（三）——颜色立体（球形）•球形明度-色度-饱和度色彩坐标系•垂直坐标轴代表亮度•圆周代表色度，色度值从红色中点处的0开始，沿着球体圆周的逆时针方向增加•饱和度描述了色彩的纯度134.1.1颜色视觉（三）——颜色立体（锥形）•中间垂直轴代表明度，中间水平面的圆周代表色调、圆周上的半径大小代表饱和度144.1.1颜色视觉（三）——颜色立体(孟赛尔颜色立体)154.1.2加色法与减色法(一)：颜色相加原理•三原色：若三种颜色，其中的任一种都不能由其余二种颜色混合相加产生，三种颜色按一定比例混合，可以形成各种色调的颜色，则称之为三原色。实验证明，红、绿、蓝三种颜色是最优的三原色。•由三原色混合，可以产生其他颜色，称为加色法。互补色：若两种颜色混合产生白色或灰色,这两种颜色就称为互补色。16174.1.2加色法与减色法(二)：色度图•颜色相加的原理可以用色度图来表现，比加色法示意图更接近实际情况。因为每种波长的光都可以用红绿蓝三原色相加产生。•对任何一种颜色的光，当匹配的各波长光谱能量相同（等能光谱）时，都可以推算出其所需要的红绿蓝三原色的数量值。•所有光谱色混合时，即形成等能光谱中的白光，且白光时由相同数量的红绿蓝三原色组成。•设光的总能量为1，则白光由三原色各1/3构成，即红=绿=蓝=1/3白，红+绿+蓝=白•根据上述原理，设计了色度图18•左图代表色度图上的色彩分布•其中，x:红色的比例；y:绿色的比例；蓝色比例可由x+y+z=1导出•弧形曲线代表光谱，线上每一点代表一种波长（nm）和光谱颜色，曲线包围的部分及直线部分代表非光谱色。19•色度图可以粗略推算两种颜色相混合得到的中间色，M和N两种颜色按照一定比例合成，一定能得到MN连线上的中间色K（只要比例合适，MN上其他的点也可得到）•连接C点与色度图曲线内的一点，可得该点的光谱，例如连接C与K，可得K点的光谱色(0.573um)•该点距离C点的远近反映了C点的饱和度•过C点的直线与边缘交于两个点，则两个点对应的颜色一定是互补色，两者混合可产生白光。204.1.2加色法与减色法(三)：减色法•减色法是从自然光（白光）中，减去一种或二种基色光而生成色彩的方法。•颜料本身的色彩是由于本身选择性地吸收了入射自然光中一定波长的光，反射出未被吸收的色光而呈现出本身的色彩。•例如，黄色颜料是由于本身吸收了自然光中的蓝色光，反射出未被吸收的红光和绿光叠加混合的结果；品红颜料是由于吸收了自然光中的绿光，反射出红光和蓝光相加的结果；同样，青颜料是由于吸收了自然光中的红光成分，反射蓝光与绿光的结果。214.1.2加色法与减色法(三)：减法三原色•减法三原色：指加法三原色的补色，即黄、品红和青色。用白光由红、绿、蓝三色组成这种理想模型来理解，可以认为黄色，是减去蓝色的的红绿组合；同样地，品红色是减去绿色的红蓝组合，青色是减去红色的蓝绿组合。这样，黄、品红、青便是减色法的三原色。•将彩色涂料的三色叠加时，由于光线依次通过减红、减绿、减蓝层就成黑色。只有当涂料浓度不够，减色不彻底时才会出现灰白色，但这仍是减色法而不是加色法。22补充：遥感数字图像的表现形式——黑白、彩色•遥感影像常以照片（或数字影像）来表现:•单波段或全色波段表现为黑白图像，•三波段组合表现为彩色影像•彩色：•真彩色(truecolor)：（三波段组合）•假彩色(falsecolor)：（三波段组合）•伪彩色(pseudocolor)–伪彩色(pseudocolor):灰度图像的彩色表示或显示23单波段三波段241.数字图像基础2.图像辐射校正3.几何校正原理与方法4.图像增强处理25数字图像概念：指能够被计算机存储、处理和使用的图像。“离散化”、二维矩阵是数字图像的特点，每个像元的取值是图像连续变化的灰度的离散整数值。26数字图像•数字图像的性质与特点•什么是数字图像？–模拟图像：普通像片那样的灰度级及颜色连续变化的图像–数字图像：而是以数字形式表示的遥感影像。包括把模拟图像分割成同样形状的小单元，以各个小单元的平均亮度值或中心部分的亮度值作为该单元的亮度值进行数字化的图像。把前一部分的空间离散化处理叫采样（sampling），而后一部分的亮度值的离散化处理叫量化（quantization），以上两种过程结合起来叫图像的数字化（digitization）。27•数字图像又称数字化图像，是一种以二维数组（矩阵）形式表示的图像。或者称为相应区域内地物电磁辐射强度的二维分布。•该数组由对连续变化的空间图像作等间距抽样所产生的抽样点——像元（像素）组成。28采样采样的原理29量化量化的概念30•像元的量值，通常为抽样区间内连续变化的景物的均值化量值，一般为亮度值或灰度值，它们的最大、最小值区间代表该数字图像的动态范围。31•0=f(x,y)=G•xbelongto[0,xmax],ybelongto[0,ymax]•式中,G为灰度值的上界.•因此,一幅图像可用M(行)N(列)的矩阵函数表示:•127123456345612•3423235689458•6512645345343423•992334345645675632•在遥感图像处理中,既需要将光学图像转换为数字图像进行计算机处理,也需要将处理后的数字图像变成光学图像输出。光学图像为模拟量，数字图像又称数字量，它们之间的转换称模/数转换，记作A/D,反之称数/模转换，记D/A33•以一景Landsat4或5的TM数字图像为例，共7个波段，其中6个波段有6166行，6166列，代表地面约185kmx185km的范围。每一个波段约有6166x6166=38M个像元，则7个波段共(6x38M)+24M=252M个像元，即需要252M字节存储空间才能存下一景全部的TM数据。34•遥感卫星地面站（气象卫星接受站）提供计算兼容的数字磁带，输入计算机图像处理系统，形成数字图像。记录在胶片上的影像可在专用设备上进行数字化。也可以使用胶片，即透明正片，用一束强度固定的光束扫描，透射光用光电增强管进行量度，通过抽样和量化而成为一连串的数字，可以存储在磁盘上或记录磁带上，成为数字图像文件。35数字图像的性质与特点由于传感器上探测元件的灵敏度直接影响有效量化的级数，因此，不同传感器提供的有效量化的级数是不同的。传感器类型卫星名称有效量化级数信息量/bitMSSLandsat646TMLandsat2568HRV(S)Spot2568HRV(PA)Spot646AVHRRNOAA102410常用的遥感数字图像有效量化级数。36数字图像3738遥感数字图像以数字形式表示的遥感影像；基本单位：像素正（纯）像素：一个像素内只包含一种地物（水体…）混合像素：一个像素内包含多种地物（草地=草+地）像素的空间特征：几何位置及范围——空间位置离散化像素的属性特征：亮度值——灰度值离散化39特点：(与光学图像相比)•便于计算机处理数字存储方式•获取、传输、分发等过程中没有信息损失•抽象性强（表示在计算机里是很抽象的“数据流”）数字形式表示，便于建立分析模型，进行计算机解译和采用遥感图像专家系统。遥感数字图像40遥感数字图像的表示方法二维数组表示：位置隐含（象素坐标），属性用亮度表示；遥感数字图像根据波段分：二值数字图像：[0-1]一个bit存储单波段数字图像：[0-255]一个字节（8位）彩色数字图像：[0-255][0-255][0-255]三个数字层多波段数字图像：[0-255]……[0-255]多个数字层41航空像片的数字化非数字式遥感图像（通常为航空摄影像片），进行数字图像处理、解译前，需转换为数字图像方法：黑白扫描/彩色扫描扫描时需注意：（1）扫描的空间分辨率一般300dpi（像片）/600dpi（负片）可满足要求（2）灰度级：0-255（黑白）/RGB（彩色）42分辨率设置过程:（1）空间采样（2）属性量化如何设置分辨率43例：将一张1:50000的航空图像扫描成分辨率是2米的数字化图(1pix=2m)。1:50000lcm=500m1cm内要有250个pixpix边长=1cm/250pix=0.004cm=0.001575inch(1cm=0.3937inch)635pix/inch44图像直方图用平面直角坐标系表示一幅灰度范围为0-n（0-255）的数字图像像元灰度分布状态，横轴表示灰度级，纵轴表示某一灰度级（或范围）的像元个数占像元总数的百分比。通过灰度直方图可以直观地了解图像特征，以确定图像增强方案并了解图像增强后的效果45数字图像直方图：以每个像元为单位，表示图像中各亮度值或亮度值区间像元出现的频率的分布图。直方图的作用：直观地了解图像的亮度值分布范围、峰值的位置、均值以及亮度值分布的离散程度。直方图的曲线可以反映图像的质量差异。正态分布：反差适中，亮度分布均匀，层次丰富，图像质量高。偏态分布：图像偏亮或偏暗，层次少，质量较差。小结图像直方图是描述图像质量的可视化图表。在图像处理中，可以通过调整图像直方图的形态，改善图像显示的质量，以达到图像增强的目的。47图像校正：包括辐射校正、几何校正。增强处理：增强图像中的有用信息，利于识别分析。包括彩色增强、直方图增强、图像运算、邻域增强、频率域增强、信息融合等。图像变换：消除干扰和滤掉噪声，提高