遥感数据为什么图像处理 - CSDN
  • 由于传感器的因素,一些获取的遥感图像中,会出现周期性的噪声,我们必须对其进行消除或减弱方可使用。  (1)除周期性噪声和尖锐性噪声  周期性噪声一般重叠在原图像上,成为周期性的干涉图形,具有不同的幅度...
    
    一.图像预处理
    1.降噪处理 
    由于传感器的因素,一些获取的遥感图像中,会出现周期性的噪声,我们必须对其进行消除或减弱方可使用。 
    (1)除周期性噪声和尖锐性噪声 
    周期性噪声一般重叠在原图像上,成为周期性的干涉图形,具有不同的幅度、频率、和相位。它形成一系列的尖峰或者亮斑,代表在某些空间频率位置最为突出。一般可以用带通或者槽形滤波的方法来消除。 
    消除尖峰噪声,特别是与扫描方向不平行的,一般用傅立叶变换进行滤波处理的方法比较方便。


    图1 消除噪声前


    图2 消除噪声后

    (2)除坏线和条带 
    去除遥感图像中的坏线。遥感图像中通常会出现与扫描方向平行的条带,还有一些与辐射信号无关的条带噪声,一般称为坏线。一般采用傅里叶变换和低通滤波进行消除或减弱。


    图3 去条纹前


    图4 去条纹后


    图5 去条带前

    图6 去条带后

    2.薄云处理 
    由于天气原因,对于有些遥感图形中出现的薄云可以进行减弱处理。 
    3.阴影处理
    由于太阳高度角的原因,有些图像会出现山体阴影,可以采用比值法对其进行消除。




                                                                                           


    二.几何纠正
    通常我们获取的遥感影像一般都是Level2级产品,为使其定位准确,我们在使用遥感图像前,必须对其进行几何精纠正,在地形起伏较大地区,还必须对其进行正射纠正。特殊情况下还须对遥感图像进行大气纠正,此处不做阐述。 
    1.图像配准 
    为同一地区的两种数据源能在同一个地理坐标系中进行叠加显示和数学运算,必须先将其中一种数据源的地理坐标配准到另一种数据源的地理坐标上,这个过程叫做配准。 
    (1)影像对栅格图像的配准 
    将一幅遥感影像配准到相同地区另一幅影像或栅格地图中,使其在空间位置能重合叠加显示。


    图7 图像配准前


    图8 图像配准后

    (2)影像对矢量图形的配准 
    将一幅遥感影像配准到相同地区一幅矢量图形中,使其在空间位置上能进行重合叠加显示。 
    2.几何粗纠正 
    这种校正是针对引起几何畸变的原因进行的,地面接收站在提供给用户资料前,已按常规处理方案与图像同时接收到的有关运行姿态、传感器性能指标、大气状态、太阳高度角对该幅图像几何畸变进行了校正.
    3.几何精纠正 
    为准确对遥感数据进行地理定位,需要将遥感数据准确定位到特定的地理坐标系的,这个过程称为几何精纠正。 
    (1)图像对图像的纠正 
    利用已有准确地理坐标和投影信息的遥感影像,对原始遥感影像进行纠正,使其具有准确的地理坐标和投影信息。 
    (2)图像对地图(栅格或矢量) 
    利用已有准确地理坐标和投影信息的扫描地形图或矢量地形图,对原始遥感影像进行纠正,使其具有准确的地理坐标和投影信息。


    图9 参考地形图


    图10 待纠正影像



    图11 纠正后影像和地形图套和效果

    (3)图像对已知坐标点(地面控制点) 
    利用已有准确地理坐标和投影信息的已知坐标点或地面控制点,对原始遥感影像进行纠正,使其具有准确的地理坐标和投影信息。 
    4.正射纠正 
    利用已有地理参考数据(影像、地形图和控制点等)和数字高程模型数据(DEM、GDEM),对原始遥感影像进行纠正,可消除或减弱地形起伏带来的影像变形,使得遥感影像具有准确的地面坐标和投影信息。 


    图12 数字正射影像图

    三.图像增强
    为使遥感图像所包含的地物信息可读性更强,感兴趣目标更突出,需要对遥感图像进行增强处理。 
    1.彩色合成 
    为了充分利用色彩在遥感图像判读和信息提取中的优势,常常利用彩色合成的方法对多光谱图像进行处理,以得到彩色图像。 
    彩色图像可以分为真彩色图像和假彩色图像。


    图13真彩色合成( TM321)


    图14 假彩色合成(TM432)

    2.直方图变换 
    统计每幅图像的各亮度的像元数而得到的随机分布图,即为该幅图像的直方图。 
    一般来说,包含大量像元的图像,像元的亮度随机分布应是正态分布。直方图为非正态分布,说明图像的亮度分布偏亮、偏暗或亮度过于集中,图像的对比度小,需要调整该直方图到正态分布,以改善图像的质量。


    图15 直方图拉伸前(原图偏暗)


    图16 直方图拉伸后


    图17 直方图拉伸前(原图对比度不强)


    图18 直方图拉伸后(线性拉伸)

    3.密度分割 
    将灰度图像按照像元的灰度值进行分级,再分级赋以不同的颜色,使原有灰度图像变成伪彩色图像,达到图像增强的目的。


    图19 原始图像


    图20 密度分割图像

    4.灰度颠倒 
    灰度颠倒是将图像的灰度范围先拉伸到显示设备的动态范围(如0~255)到饱和状态,然后再进行颠倒,使正像和负像互换。


    图21 灰度颠倒前


    图22 灰度颠倒后

    5.图像间运算 
    两幅或多幅单波段图像,空间配准后可进行算术运算,实现图像的增强。常见的有加法运算、减法运算、比值运算和综合运算。例如: 
    减法运算:可突现出两波段差值大的地物,如红外-红,可突现植被信息。 
    比值运算:常用于计算植被指数、消除地形阴影等。 
    植被指数:NDVI=(IR-R)/(IR+R)


    图23 原始图像


    图24 NDVI植被指数图像

    6.邻域增强 
    又叫滤波处理,是在被处理像元周围的像元参与下进行的运算处理,邻域的范围取决于滤波器的大小,如3×3或5×5等。 
    邻区法处理用于去噪声、图像平滑、锐化和相关运算 。


    图25 原始图像


    图26 拉普拉斯滤波图像(5×5)

    7.主成分分析 
    也叫PCA变换,可以用来消除特征向量中各特征之间的相关性,并进行特征选择。 
    主成分分析算法还可以用来进行高光谱图像数据的压缩和信息融合。例如:对LandsatTM的6个波段的多光谱图像(热红外波段除外)进行主成分分析,然后把得到的第1,2,3主分量图像进行彩色合成,可以获得信息量非常丰富的彩色图像。


    图27 第一主成分


    图28 第二主成分


    图29 第三主成分


    图30 第四主成分


    图31第五主成分


    图32 第六主成分

    8.K-T变换 
    即Kauth-Thomas变换,又称为“缨帽变换”。这种变换着眼点在于农作物生长过程而区别于其他植被覆盖,力争抓住地面景物在多光谱空间中的特征。 
    目前对这个变换的研究主要集中在MSS与TM两种遥感数据的应用分析方面。


    图33 第一主分量(亮度)


    图34 第二主分量(绿度)


    图35第三主分量

    9.图像融合 
    遥感图像信息融合是将多源遥感数据在统一的地理坐标系中,采用一定的算法生成一组新的信息或合成图像的过程。 
    不同的遥感数据具有不同的空间分辨率、波谱分辨率和时相分辨率,如果能将它们各自的优势综合起来,可以弥补单一图像上信息的不足,这样不仅扩大了各自信息的应用范围,而且大大提高了遥感影像分析的精度。


    图36 多光谱影像


    图 37高分辨率影像


    图38 融合影像(HSV融合)

    四.图像裁剪
    在日常遥感应用中,常常只对遥感影像中的一个特定的范围内的信息感兴趣,这就需要将遥感影像裁减成研究范围的大小。


    图39 原始影像

    1.按ROI裁剪 
    根据ROI(感兴趣区域)范围大小对被裁减影像进行裁剪。


    图40 按ROI(行政区)域裁剪

    2.按文件裁剪 
    按照指定影像文件的范围大小对被裁减影像进行裁剪。 
    3.按地图裁剪 
    根据地图的地理坐标或经纬度的范围对被裁减影像进行裁剪。


    图41 按地图坐标范围裁剪

    五.图像镶嵌和匀色
    1.图像镶嵌 
    也叫图像拼接,是将两幅或多幅数字影像(它们有可能是在不同的摄影条件下获取的)拼在一起,构成一幅整体图像的技术过程。 
    通常是先对每幅图像进行几何校正,将它们规划到统一的坐标系中,然后对它们进行裁剪,去掉重叠的部分,再将裁剪后的多幅影像装配起来形成一幅大幅面的影像。


    图42镶嵌左影像


    图43 镶嵌右影像


    图44 镶嵌结果影像

    2.影像匀色 
    在实际应用中,我们用来进行图像镶嵌的遥感影像,经常来源于不同传感器、不同时相的遥感数据,在做图象镶嵌时经常会出现色调不一致,这时就需要结合实际情况和整体协调性对参与镶嵌的影像进行匀色。


    图45 匀色前影像


    图46 匀色后影像

    六.遥感信息提取 
    遥感图像中目标地物的特征是地物电磁波的辐射差异在遥感影像上的反映。依据遥感图像上的地物特征,识别地物类型、性质、空间位置、形状、大小等属性的过程即为遥感信息提取。 
    目前信息提取的方法有:目视判读法和计算机分类法。其中目视判读是最常用的方法。 
    1.目视判读 
    也叫人工解译,即用人工的方法判读遥感影像,对遥感影像上目标地物的范围进行手工勾绘,达到信息提取的目的。


    图47 人工解译水系

    2.图像分类 
    是依据是地物的光谱特征,确定判别函数和相应的判别准则,将图像所有的像元按性质分为若干类别的过程。 
    (1)监督分类 
    在研究区域选有代表性的训练场地作为样本,通过选择特征参数(如亮度的均值、方差等),建立判别函数,对样本进行分类,依据样本的分类特征来识别样本像元的归属类别的方法。


    图48 原图像


    图49 监督分类图像

    (2)非监督分类 
    没有先验的样本类别,根据像元间的相似度大小进行归类,将相似度大的归为一类的方法。 
    (3)其他分类方法
        包括神经网络分类、分形分类、模糊分类等分类方法,以及他数据挖掘方法如模式识别、人工智能等,在这里不做进一步阐述。

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  • 三、实验目的:初步了解Erdas的主要功能模块,在此基础上,掌握视窗操作模块的功能和操作技能,为遥感图像处理的后续实习打基础。 四、实验步骤: 1图像、图形显示操作 二维视窗是显示栅格图像、矢量图形、注记...

    一、实验平台:Erdas 9.1

    二、实验内容:视窗功能简介、图形和图像显示操作、实用菜单操作、显示操作、AOI菜单操作、矢量和栅格菜单、数据的输入输出等。

    三、实验目的:初步了解Erdas的主要功能模块,在此基础上,掌握视窗操作模块的功能和操作技能,为遥感图像处理的后续实习打基础。

    四、实验步骤:

    1图像、图形显示操作

    二维视窗是显示栅格图像、矢量图形、注记文件、AOI等数据层的主要窗口。

    1.1图像显示操作

    启动程序,在视窗菜单中点击File,选择Open,点击Raster Player,打开Select Layer To Add对话框(也可点击视窗上的工具打开),如下图1-1所示:

     

    选择要显示的图像lanier.ing,点击Raster Options,对话框中,Display as:True Color真彩色,但这里实际上是假彩色;选中Clear Display:清除视窗已有图像;选中Fit to Frame:按视窗大小匹配图像显示,如图1-2所示,完成设置后点击OK,图像被加载到视窗中去,如下图1-3所示。

      

    1.2图形显示操作

    在视窗菜单中点击File,选择Open,点击Vector Player,如图1-4所示,选择要显示的图形数据,然后选中Vector Option,解释如下:Use Symbology:定义是否使用符号文件;Clear Display:清除已有信息,如图1-6所示。完成后点击OK,显示的图形如图1-4所示。

     

    2 实用菜单操作

    2.1 光标查询功能(Inquiry Cursor Function

    在视窗中点击Utility,选择Inquiry Cursor,打开对话框,如图1-7所示,在视窗中任意移动十字光标,即可显示出该像素处的信息:坐标、投影、波段灰度值、像元大小直方图等信息。

    2.2量测功能(Measurement Cursor Function

    在视窗菜单条中点击Utility,点击Measure,打开Measurement Tool(图1-8),首先在视窗中设定量测单位和地图单位,然后点击左侧图标(如量测任意一条拆线的长度),可相应量测任意一点,拆线、多边形、矩形等的长度、面积、周长等,也可绘制相应感兴趣图形,保存到文件中。

    2.3 数据叠加显示

    2.3.1 叠加数据准备

    在同一视窗中显示两层数据,下层为lanier.img,上层为inlandc.img,注意在添加上层数据时要将Clear Display前面的勾去掉,加载结果如图1-9所示。

      

    2.3.2 混合显示工具

    在视窗中点击Utility,选择Blend,打开如图1-10所示对话框,用户既可以通过设置Blend/Fade Percentage达到混合显示效果,也可以通过定义Speed和选择Auto Mode混合显示效果。

    2.3.3 卷帘显示工具(Swipe Tool

    在视窗中点击Utility,选择Swipe,打开如图1-12所示对话框,可以设置手动和自动两种方式,混合结果如图1-10所示。

     

    2.3.4 闪烁显示工具

    在视窗中点击Utility,选择Flicker Tool,同样可设置手动和自动闪烁两种方式。

    3 文件信息操作

    3.1 图像信息显示

    在视窗中点击Utility,选择Layer Info,打开如图1-13ImageInfo对话框,在General信息栏反映了该图像文件的一般信息,如文件信息(文件名,波段数等)、数据层信息、统计信息、投影信息等。向右依次为投影栏、直方图栏和像素灰度值栏。

      

    3.2 图像信息编辑

    可用ImageInfo对话框中的Edit菜单命令对图像信息进行编辑,修改或增加。其中的Add/Change Projection命令用于增加或改变投影信息,如图1-14所示。

    4 三维图像操作

    图像与dem叠加可以生成三维透视图,在此基础上可进行多种空间操作。在同一视窗中打开eldodem.img(下层dem)和eldoatm.img(上层图像),显示效果如图1-15所示。

    4.1 三维显示参数设置

    在视窗中点击Utility,点击Image Drape,在Image Drape中点击Utility,选择Option打开Options对话框。可对其中的dem参数、雾气参数和背景进行设置(图1-16)。

      

    4.2 三维视窗信息转储

    Image Drape中点击Utility,选择Dump Contents to Viewer打开一个二维视窗,该视窗中包含有生成三维图像所应用的下层dem与上层图像文件以及定位工具,由Eye和Target组成,可以通过调整Eye与Target,视角等来达到调整三维图像的目的。

    4.3 观测位置参数设置

    在Image Drape中点击Position菜单,选择Current Position打开Position Parameters对话框(图1-17),

    其中Position可设置观测点的X,Y坐标及单位、观测点距平面的高度AGL和距海平面的高度ASL;Direction可以设置视场角FOA、俯视角Pitch、方位角Azimuth和旋转角Roll。

    5 显示菜单操作

    5.1 文件顺序显示(Arrange Layers

    同一个视窗中可打开多个文件,如图像文件、图形文件、AOI文件、注记文件等。如在视窗中依次打开lanier.img、inlandc.img、indem.img、inlakes.img,注意在打开一个图层时不要清除原有的图层。在视窗中点击View菜单,点击Arrange Viewers打开Arrange Layer Viewer对话框,如图1-18所示,可通过拖动对话框中数据层的顺序来实现视窗中数据的上移动。

    5.2 显示比例尺(Display Scale

    在视窗中点击View,选择Scale,其中:Image to window(按视窗大小调整视窗显示比例),Window to image(按照文件大小调整视窗尺寸),Extent(显示文件整体范围),Scale tool(通过比例工具定义显示比例)。

    5.3 显示变换操作(Rotate/Flip/Stretch

    实质是对图像进行仿射变换,介只是显示,并非对文件数据进行操作,变换操作可现时时行缩放、平移、拉伸、旋转等线性变换。在视窗中点击View,选择Rotate/Flip/Stretch,打开如图1-19所示对话框。比例缩放Scale、平移参数Offset、旋转角Rotate angle、旋转方向positive rotate direction等。可根据具体需要进行相应的变换操作。

       

    6 AOI菜单操作

    AOI(感兴趣区)是用户自定义的区域,可以保存为一个文件(.aoi格式)以便以后使用,经常用于监督分类中。一个视窗中只能打开一个AOI,面一个AOI中可以包含若干相AOI。

    6.1 AOI工具

    在视窗中点击菜单栏中的AIO,选择Tool打开如图1-20所示的AIO工具面板。

    6.2 定义AOI显示特性

    在视窗AOI中选择style,打开如图1-21所示的AOI styles对话框,可设置前景、背景、填充颜色等。

      

    6.3 定义AOI种子特性

    在视窗中AOI中点击seed properties,打开如图1-22所示的对话框,其中种子增长方式Neighborhood有四邻域和八邻域,地理约束包括面积约束area和距离distance约束,光谱欧氏距离spectral Euclidean distance,以查询光标为种子增长grow at inquire。点击AOI区域为约束条件set constraint AOI,出现如图1-23所示的对话框,可选择None、Viewer和AOI File。

      

    7 栅格菜单操作

    7.1 图像对比度调整

    7.1.1局部线性拉伸(Piecewise Linear Stretch)

    用于对图像局部区域通过分割LUT表进行增强,通常将LUT表分为低、中、高三段,然后分段调整其亮度和对比度,可增强阴影区域等。

    在视窗菜单条中点击Raster,选择Contrast,点击Piecewise Contrast,打开如图1-24所示的对话框,可对其属性进行相应的调整。

    7.1.2 直方图断点操作

    在视窗菜单条中点击Raster,选择Contrast,点击Breakpoints,打开如图1-25所示的对话框,可对其属性进行相应的调整。

      

    7.2栅格属性编辑

    在视窗中打开两幅具有相同投影坐标系统的图像lanier.img和insoils.img,点击菜单栏中的Raster,选择Attributes,打开如图1-26所示的对话框。可以点击Color栏改变颜色,点击File\new,来增加新的属性栏,点击Opacity来改变图像的透明度等等。

    8图像剖面工具

    8.1光谱剖面曲线

    光谱剖面曲线是分析高光谱数据的基础,通过分析光谱剖面曲线有有助于估计像元内地物的化学组成。在视窗中打开一幅高光谱图像Hyperspectral.img,在视窗中点击raster,点击Profile tools,打开Select Profile Tool对话框(图片-27),选择Spectral点击OK,打开Spectral Profile视窗(图1-28),点击该视窗中的,在图像视窗中任意位置点击即可显示出该像素处的光谱网线(图1-28)。

      

    8.2 空间剖面曲线

    点击Select Profile Tool对话框中的spatial,打开如图1-30所示的空间曲线光谱视窗,选中该视窗上的按钮,在图像视窗中任意位置画曲线即可显示像素点间的空间剖面曲线(图1-31)。

      

    8.3 三维空间剖面

    点击Select Profile Tool对话框中的surface,打开如图31所示的surface profile视窗,点击该视窗中的按钮,在图像视窗中画方框,即可    

    9 矢量菜单操作

    9.1 矢量工具面板

    在视窗中加载一矢量文件,点击视窗中的vector\tools,打开如图1-33所示的矢量工具面板,该面板中包含了矢量菜单操作命令和矢量要素编辑命令。

        

    9.2 矢量文件生成与编辑

    9.2.1创建图形文件

    打开数据xs_truecolor_sub.img,在视窗中点击File\new\Vector Layer,打开Create a new layer对话框(图片-34),确定文件名:shiliang,类型:Arc Coverage,点击OK,打开New Arc Coverage layer option对话框(图1-35),选择单精度:single precision,点击OK完成图形文件创建,如图1-36所示。

    9.2.2 绘制图形要素

    点击矢量工具面板中的图标,如,在视窗中绘制矢量要素,如图1-37。点击vector\reshape,点击工具面板中的选中要编辑的矢量要素,选中的要素呈高亮度显示,然后调整矢量要素;在视窗中点击file\save\AOI layers as保存矢量文件。

      

    9.2.3 编辑矢量属性特征

    在视窗菜单条中点击vector\attributes,打开attributes for视窗(图-38)点击edit\column attributes\new用来增加字段,设置相应的项即可,还可点击column栏下的delete来删除字段,如图1-39所示。

    9.3 数据输出

    在erdas图标面板上点击main\import/export(也可直接点击面板上的import/export图板)打开如图1-40的对话框。

      

    10.二进制图像输入

    10.1 输入单波段数据

    在Erdas图标面板上点击main\import/export,输入二进制文件band1.bat,输出为band1.img,点击OK。出现如图1-42的对话框,选择数据格式BSQ,数据类型:unsigned 8 bit,行数rows:5728,列数cols:6527,文件波段数1,点击save options,打开如图1-44所示对话框,输入文件名13333.gen,点击OK,再点击图1-42中的preview,可看到如图1-44的效果,最后点击OK完成图像的输入过程,在视窗中显示输入的单波段数据(图1-45)。用两样的方法输入7个波段的数据。

      

     

    10.2 组合多波段数据(Layer stack

    点击图标面板上的Interpreter\Utilities\Layer stack,打开如图1-46所示的对话框,输入一个单波段数据,点击add,同样的方法输入其它波段,点击OK打开modeler进程状态条,完成后点击OK即可实现对波段的组合。

    11 TM数据的快速导入

    TM的7个波段可以实现一次性的快速导入,并生成多波段数据。点击图标Impot/Export,在弹出的对话框中选择数据类型:TM Landsat Acres Fast Format;选择输入的文件数据band1.dat点击OK,系统会自动搜索并加载导入所需信息,在确定无误后点击图1-47的OK完成数据的快速导入。

     

    五、学习心得

    通过这段时间的学习,我对强大功能的遥感数字图像处理软件Erdas Imagine有了一定的认识与理解,并找到了一些学习遥感数字图像处理这门课程的学习方法。本课程分理论课与上机实习课,我觉得要学好这门课,必须将这两方面紧紧的结合起来。多看书,彻底掌握遥感数据图像的理论基础知识,为上机操作软件提供理论指导;多操作,熟练掌握软件的操作步骤,并从中找到一些技巧,达到真正意义上的学以致用的目的。在学习Erdas Imagine的同时,有意识地与另一功能加大的软件Envi相结合,尝试用两种软件解决同一问题,实现互补。

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  • envi遥感图像处理方法第二版实验数据点击打开链接
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