5-遥感图像增强解析

ENVI/IDL遥感图像增强刘海新河北工程大学资源学院电话：[phone]ENVI/IDL5.1空间域增强•空间域增强处理是通过直接改变图像中的单个象元及相邻象元的灰度值来增强图像，这种方式是有目的的，如增强图像的线状地物细部部分，或者主干部分。•1、卷积滤波-卷积滤波可以生成一幅输出图像，在该图像上，给定像元处的亮度值是其周围像元亮度值的加权平均函数。用户选择变换核对图像进行卷积滤波可以生成一幅新的空间滤波图像。可以选择变换核的大小和其中元素的值，从而生成不同的滤波器。标准滤波器包括以下类型：高通、低通、拉普拉斯、直通、高斯高通、高斯低通、中值、Sobel、Roberts、用户自定义滤波。ENVI/IDL5.1空间域增强•选择FilterConvolutionsandMorphology。将出现ConvolutionsandMorphologyTool对话框。选择Convolution滤波器类型•通过点击“KernelSize”增减箭头按钮来指定变换核的大小。•注意：一些特别的滤波器（如Sobel和Roberts）有自己的默认值，是不能改变的。•变换核的尺寸被设置为奇数。当用鼠标左键点击“KernelSize”增减箭头按钮时，变换核的尺寸将以2为单位增减；当用鼠标中键点击“KernelSize”增减箭头按钮时，变换核的尺寸将以10为单位增减；当用鼠标右键点击“KernelSize”增减箭头按钮时，变换核的尺寸将恢复为默认尺寸3×3。变换核被默认设置为正方形。要将变换核变为非正方形变换核，选择OptionSquareKernel:No。•注意：中值滤波的变换核始终为正方形。ENVI/IDL5.1空间域增强•在“ImageAddBack(0-100%)”文本框中，输入一个加回值（addback）值。将原始图像中的一部分“加回”到卷积滤波结果图像上有助于保持图像的空间连续性，该方法经常用于图像锐化。“加回”值是原始图像在结果输出图像中所占的百分比。例如：如果为“加回”值输入40%，那么40%的原始图像将被“加回”到卷积滤波结果图像上，并生成最终的结果图像。•editablekernal卷积核中各项的值，在文本框中双击可以修改，也可以通过file菜单下的保存和加载卷积核。ENVI/IDL5.1空间域增强•（1）高通滤波器-高通滤波在保持高频信息（localvariation）的同时，消除了图像中的低频成分。它可以用来增强不同区域之间的边缘，就如同图像锐化。高通滤波通过运用一个具有高中心值的变换核来完成（周围通常是负值权重）。ENVI默认的高通滤波器使用3×3的变换核（中心值为“8”，周围像元值为“-1”），高通滤波变换核的维数必须是奇数。•（2）低通滤波器-低频滤波保存了图像中的低频成分，这将使图像平滑。ENVI默认的低通滤波器使用3×3的变换核，每个变换核中的元素包含相同的权重，使用外围值的均值来代替中心像元值。ENVI/IDL5.1空间域增强•（3）拉普拉斯滤波器-拉普拉斯滤波是第二个派生（asecondderivative）的边缘增强滤波，它的运行不用考虑边缘的方向。拉普拉斯滤波强调图像中的最大值，它通过运用一个具有高中心值的变换核来完成（一般来说，外围南北向与东西向权重均为负值，角落为“0”）。ENVI中默认的拉普拉斯滤波使用一个大小为3x3，中心值为“4”，南北向和东西向均为“-1”的变换核。所有的拉普拉斯滤波变换核的维数都必须是奇数。•（4）方向滤波-方向滤波是第一个派生（afirstderivative）的边缘增强滤波，它有选择性地增强有特定方向成分的（例如：梯度）图像特征。方向滤波变换核元素的总和为0。结果在输出的图像中有相同像元值的区域均为0，不同像元值的区域呈现为较亮的边缘。ENVI/IDL5.1空间域增强•（5）高斯滤波器-高斯滤波通过一个指定大小的高斯卷积函数对图像进行滤波。默认的变换核大小是3×3，且变换核的维数必须是奇数。•（6）中值滤波器-中值滤波在保留大于变换核的边缘的同时，平滑图像，这种方法对于消除椒盐噪声或斑点非常有效。ENVI的中值滤波用一个被滤波器的大小限定的邻近区的中值（不要与平均值混淆）代替每一个中心像元值。默认的变换核大小是3x3。•（7）Sobel滤波器-Sobel滤波器非线性边缘增强滤波，它是使用Sobel函数的近似值的特例，也是一个预先设置变换核为3×3的，非线性边缘增强的算子。滤波器的大小不能更改，也无法对变换核进行编辑。ENVI/IDL5.1空间域增强•（8）Roberts滤波器-Roberts滤波是一个类似于Sobel的非线性边缘探测滤波。它是使用Roberts函数预先设置的2×2近似值的特例，也是一个简单的二维空间差分方法，用于边缘锐化和分离。滤波器的大小不能更改，也无法对变换核进行编辑。•（9）用户自定义卷积滤波-可以通过选择和编辑一个用户变换核，定义常用的卷积变换核（包括矩形或正方形变换核）。ENVI/IDL5.1空间域增强•2、形态学滤波-使用ConvolutionsandMorphology选项对图像数据进行形态学滤波。ENVI中的形态学滤波包括以下类型：填充、侵蚀、开放、封闭滤波。-通过点击“Cycles”增减箭头按钮，选择滤波的重复次数。选择一种滤波器格式：“Binary”（二值的）、“Gray”（灰阶）,或“Value”。选择“Binary”，则输出的像元呈黑色或白色；选择“Gray”保留梯度；选择“Value”表示允许对所选像元的变换核值进行填充或侵蚀。•（1）填充滤波器（DilateFilters）-填充滤波器，一般也被称为“填充”、“膨胀”或“生长”，被用来在二值或灰阶图像中填充比结构元素（变换核）小的孔。•（2）侵蚀滤波器（ErodeFilters）-侵蚀滤波器，一般也被称为“皱缩”或“减小”，被用来在二值或灰阶图像中消除比结构元素（变换核）小的像元。ENVI/IDL5.1空间域增强•（3）开放滤波器（OpeningFilters）-开放滤波器可以用于平滑图像边缘、打破狭窄地峡（breaknarrowisthmuses）、消除孤立像元、锐化图像最大最小值信息。图像的开放滤波被定义为先对图像进行侵蚀滤波，然后再用相同的结构元素（变换核）进行填充滤波。-提示：先对图像进行侵蚀滤波，然后再进行填充滤波可以达到和开放滤波类似的效果。•（4）封闭滤波（ClosingFilters）-封闭滤波器可以用于平滑图像边缘、融合窄缝和长而细的海湾、消除图像中的小孔、填充图像边缘的间隙。图像的封闭滤波被定义为先对图像进行填充滤波，然后再用相同的结构元素（变换核）进行侵蚀滤波。-提示：先对图像进行填充滤波，然后再进行侵蚀滤波可以达到和封闭滤波类似的效果。ENVI/IDL•2、纹理分析•使用Texture选项可以应用基于概率统计或二阶概率统计的纹理滤波。许多图像包含的区域以亮度变化为特征，而不仅仅局限于亮度值。纹理是指图像色调作为等级函数在空间上的变化。被定义为纹理清晰的区域，灰度等级相对于不同纹理的地区一定是比较接近的。ENVI支持几种基于概率统计或二阶概率统计的纹理滤波。•由于纹理分析速度较慢，所以这里不进行演示了。•1）基于概率统计的滤波（ApplyingOccurrence-BasedFilters）-使用OccurrenceMeasures选项可以应用五个不同的基于概率统计的纹理滤波。概率统计滤波可以利用的是数据范围、平均值、方差、熵和偏斜(skewness)。概率统计把处理窗口中每一个灰阶出现的次数用于纹理计算。5.1空间域增强ENVI/IDL•选择FiltersTextureOccurrenceMeasures。将出现TextureInputFile对话框。选择一个输入文件或波段。•选好输入数据以后，点击“OK”。将出现OccurrenceTextureParameters对话框。通过在对话框的“TexturestoCompute”部分纹理类型旁的复选框中点击，选择要创建的纹理图像。•在“Rows”(Y)和“Cols”(X)文本框中，键入处理窗口的大小，设定用于纹理评价的区域。选择输出到“File”或“Memory”。点击“OK”，开始处理。所选的纹理图像将计算出来，并被放置在可用波段列表中。5.1空间域增强ENVI/IDL•2、基于二阶概率统计的滤波（ApplyingCo-occurrence-BasedFilters）•使用Co-occurrenceMeasures选项可以应用八个基于二阶矩阵的纹理滤波，这些滤波包括均值、芳差、协同性、对比度、相异性、熵、二阶矩和相关性。•二阶概率统计用一个灰色调空间相关性矩阵来计算纹理值，这是一个相对频率矩阵，即像元值在两个邻近的由特定的距离和方向分开的处理窗口中的出现频率，该矩阵显示了一个像元和它的特定邻域之间关系的发生数。例如，上图所示的二阶概率矩阵是在一个3x3的窗口中，由每一个像元和它的水平方向的邻域生成的（变换值x=1,y=0）。一个3×3基窗口中的像元和在水平方向变换了一个像元的3×3窗口中的像元被用来生成二阶概率矩阵。二阶概率矩阵基准窗口变换窗口灰阶5.1空间域增强ENVI/IDL•具体操作;-选择FiltersTextureCo-occurrenceMeasures，将出现TextureInputFile对话框。选择一个输入文件或波段-在出现Co-occurrenceTextureParameters对话框中的“TexturestoCompute”部分纹理类型旁的复选框中点击，选择要创建的纹理图像。-在“Rows”(Y)和“Cols”(X)文本框中，键入处理窗口的大小。-键入x、y变换值（co-occurrenceshift）用于计算二阶概率矩阵。-选择灰度量化级别（greyscalequantizationlevel）none、16、32、64。-选择输出到“File”或“Memory”。点击“OK”，开始处理。所选的纹理图像将计算出来，并被放置在可用波段列表中。5.1空间域增强ENVI/IDL5.2辐射增强处理•辐射增强处理是通过对单个象元灰度值进行变换来增强图像质量，如直方图匹配、直方图拉伸、去除条带噪声等•1、交互式直方图拉伸-首先打开并显示一幅图像-在主图像窗口，选择EnhanceInteractivestretching。在交互式对比度拉伸对话框中将显示出一个输入直方图和一个输出直方图，它们表明了当前的输入数据以及分别应用的拉伸。两条垂线（虚线）表明了当前拉伸所用到的最小值和最大值。对于彩色图像来说，直方图的颜色与所选择的波段颜色一致（系统默认显示红色波段）。交互式直方图窗口的底部会列出拉伸类型和直方图来源，或者当前十字指针置顶DN值和置顶DN值的像元数、直方图和累积直方图。-注意：要浏览一幅彩色图像的绿波段和蓝波段的直方图，点击窗口中的“C”、“B”切换按钮。ENVI/IDL•2、直方图匹配•使用HistogramMatching工具可以自动地把一幅显示图像的直方图匹配到另一幅上，从而使两幅图像的亮度分布尽可能地接近。使用该功能以后，在该功能被启动的窗口内，输入直方图将发生变化，以与所选图像显示窗口的当前输出直方图相匹配。在灰阶和彩色图像上，都可以使用该功能，也可以为输入直方图选择来源。5.2辐射增强处理ENVI/IDL•具体操作-打开并显示至少两幅图像-选择EnhanceHistogramMatching。将出现HistogramMatchingInputparameters对话框。在“MatchTo”列表中，选择想匹配的直方图所在的图像显示号。在“InputHistogram”下方，通过选择适当的切换按钮：“Image”，“Scroll”（二次采样数据），“Zoom”，“Band”（所有像元）或一个“ROI”（感兴趣区），来选择输入直方图的来源。-点击“OK”。显示出的拉伸将发生变化，以与所选择的直方图相匹配。-注意：要查看直方图的匹配情况，在应用