遙感原理與應(yīng)用Principlesandapplicationsofremotesensing01.遙感圖像光學(xué)處理Opticalprocessingofremotesensingimages03.遙感圖像的數(shù)字直方圖Digitalhistogramofremotesensingimage02.遙感數(shù)字圖像Remotesensingdigitalimage04.遙感圖像的校正Correctionofremotesensingimages第四章遙感圖像處理2025/3/818:002025/3/818:0005.遙感圖像增強處理Remotesensingimageenhancementprocessing06.遙感信息融合Remotesensinginformationfusion07.遙感制圖Remotesensingmapping08.遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)RemotesensingdigitalimageprocessingsystemPART01遙感圖像光學(xué)處理Opticalprocessingofremotesensingimages2025/3/818:00電磁波譜中0.38~0.76μm波段能夠引起人的視覺。這一部分加上紫外和紅外部分來自于原子與分子的發(fā)光輻射，稱為光學(xué)輻射。一般情況下，紫外線使眼睛產(chǎn)生疼痛感，紅外線產(chǎn)生灼熱感，都不會使人的視覺產(chǎn)生如顏色、形狀等的視覺印象。嚴(yán)格地說，只有能夠被眼睛感覺到的、并產(chǎn)生視覺現(xiàn)象的輻射才是可見輻射或可見光，簡稱光。2025/3/818:00遙感圖像光學(xué)處理Opticalprocessingofremotesensingimages物體的顏色取決于：發(fā)光體：發(fā)出光所具有的波長非發(fā)光體：對可見光各波段的吸收、反射和透射不透明地物：對可見光的吸收和反射物體對可見光的各波段具有選擇性的吸收和反射，則產(chǎn)生了彩色物體對可見光的各波段不具有選擇性的吸收的反射，即對各波段具有等量吸收和反射，則產(chǎn)生非彩色所有顏色都是對某段波長有選擇的反射而對其它波段吸收的結(jié)果。2025/3/818:00遙感圖像光學(xué)處理Opticalprocessingofremotesensingimages顏色視覺1.亮度對比和顏色對比亮度對比（對象相對于背景的明亮程度）：是視場中對象與背景的亮度差與背景亮度之比，記作：選擇適宜的對象及背景的亮度，可以提高對比，從而提高視覺效果。在遙感圖像中，亮度對比主要用于單色黑白影像顏色對比在視場中，相鄰區(qū)域的不同顏色的相互影響叫做顏色對比。顏色的對比受視覺的影響很大。在兩種顏色的邊界，對比現(xiàn)象更為明顯。兩種顏色相互影響的結(jié)果，使每種顏色會向其影響色的補色變化。2025/3/818:00遙感圖像光學(xué)處理Opticalprocessingofremotesensingimages顏色視覺2.顏色的性質(zhì)：明度、色調(diào)、飽和度明度：是人眼對光源或物體明亮程度的感覺。與電磁波輻射亮度的概念不同，明度受視覺感受性和經(jīng)驗影響。一般來說，物體反射率越高，明度就越高。所以白色一定比灰色明度高。顏色本身是有明度差別的，黃色比紅色明度高是因為黃色反射率高，對光源而言，亮度越大，明度越高。區(qū)分：明度不等于亮度。根據(jù)光度學(xué)的概念，亮度是可以用光度計測量的、與人視覺無關(guān)的客觀數(shù)值，而明度則是顏色的亮度在人們視覺上的反映，明度是從感覺上來說明顏色性質(zhì)的。2025/3/818:00遙感圖像光學(xué)處理Opticalprocessingofremotesensingimages顏色視覺2.顏色的性質(zhì)色調(diào)：是色彩彼此相互區(qū)分的特性。可見光譜段的不同波長刺激人眼產(chǎn)生了紅橙黃綠青藍(lán)紫等彩色的感覺。多數(shù)情況下刺激人眼的光波不是單一的波長，而常常是一些波長的組合，對于光源，則是不同波長的亮度組合，對于反射物體是不同反射率的不同波長的組合，共同刺激人眼產(chǎn)生組合后的顏色感覺。物體的色調(diào)決定于物體向外輻射的光譜組成，不透明物體的顏色是怎么來的呢？是因為物體對照射在物體上的光產(chǎn)生選擇性反射，如對0.6以上的波長反射率很高，則物體看起來是紅色，如果物體反射0.5左右的輻射，這一物體看起來是綠色。所有顏色都使對某段波長有選擇地反射而對其他波長吸收的結(jié)果。2025/3/818:00遙感圖像光學(xué)處理Opticalprocessingofremotesensingimages顏色視覺2.顏色的性質(zhì)飽和度：是彩色純潔的程度，即光譜中波長段是否窄，頻率是否單一的表示。對于光源，發(fā)出的若是單色光就是最飽和的彩色，如激光，各種光譜色都是飽和色。對于物體顏色，如果物體對光譜反射有很高的選擇性，只反射很窄的波段則飽和度高。如果光源或物體反射光在某種波長中混有許多其他波長的光或混有白光則飽和度變低。白光成分過大時，彩色消失成為白光。物體色的飽和度取決于該物體表面選擇性反射光譜輻射能力。物體對光譜某一較窄波段的反射率高，而對其它波長的反射率很低或沒有反射，則表明它有很高的選擇性反射的能力，這一顏色的飽和度就高。2025/3/818:00遙感圖像光學(xué)處理Opticalprocessingofremotesensingimages顏色視覺3.顏色立體顏色的三個屬性在某種意義上是各自獨立的，但在另外意義上又是互相制約的。一個顏色的某一個屬性發(fā)生了改變，那么，這個顏色必然要發(fā)生改變。為了便于理解顏色三特征的相互關(guān)系，可用顏色立體來表示一種理想化的示意關(guān)系。中軸表示明度。由下到上，明度越來越大。半徑表示飽和度。半徑最大的外邊彩色最純潔，飽和度最高。橫切圓周表示色調(diào)，圓周面上有紅、橙、黃、綠、青等不同的色調(diào)。2025/3/818:00遙感圖像光學(xué)處理Opticalprocessingofremotesensingimages顏色視覺3.顏色立體孟塞爾顏色立體，使顏色的劃分更為標(biāo)準(zhǔn)化。中央軸代表無彩色的明度等級，黑到白分10級。水平剖面上是色調(diào)，色相稱為Hue，簡寫為H，明度叫作Value，簡寫為v，純度為Chroma，簡稱為C。色相環(huán)是以紅(R)、黃(Y)、綠(G)、藍(lán)(B)、紫(P)心理五原色為基礎(chǔ)，再加上它們的中間色相:橙(YR)、黃綠(GY)、藍(lán)綠(DG)、藍(lán)紫(PB)、紅紫(RP)成為10色相，排列順序為順時針。再把每一個色相詳細(xì)分為10等分，以各色相中央第5號為各色相代表，色相總數(shù)為一百。如:5R為紅，5YB為橙，5Y為黃等。顏色離開中央軸的水平距離代表飽和度的變化。任何顏色在孟塞爾系統(tǒng)中都可以用三個坐標(biāo)值：色調(diào)、明度和飽和度表示。2025/3/818:00遙感圖像光學(xué)處理Opticalprocessingofremotesensingimages顏色視覺1.顏色相加原理互補色：若兩種顏色混合產(chǎn)生白色或灰色，這兩種顏色就稱為互補色。如：黃和藍(lán)、紅與青、綠與品紅均互為互補色。三原色：分析各種顏色可以找到三種顏色，其中的任一顏色都不能由其余顏色（兩種）混合相加產(chǎn)生，這三種顏色可以按一定的比例混合形成各種色調(diào)的顏色。則稱之為三原色。實驗證明：紅、綠、藍(lán)三種顏色是最優(yōu)的三原色。混合后的顏色只是視覺上效果上的顏色，已完全失去了顏色的光譜意義。中央軸代表無彩色的明度等級。2025/3/818:00遙感圖像光學(xué)處理Opticalprocessingofremotesensingimages加色法與減色法加色法是光源合成光線的原理。顯示是一個光源，本身可以發(fā)出紅、綠、藍(lán)三種顏色的光線。通過調(diào)節(jié)紅、綠、藍(lán)三種顏色的強度，來合成其它。減色法是物體表面反射光線的原理。一些物體可以反射所有波長的光線，比如白紙，所以我們看到畫紙是白色的；而像用來畫畫的顏料只能反射一部分波長的光線，紅色的顏料反射紅色的光線，其余光線被顏料吸收了（減去了），所以我們只看到紅色。2.加色法①大圓顏色代表色光的三原色兩圓相交的的部分為兩種色光等量相加的混合顏色，顯然是第三種顏色的補色；即紅＋綠一黃；紅＋藍(lán)一品紅；藍(lán)＋綠→青。黃、品紅、青稱為補色（光）。②三圓相交的部分是三種顏色等量相加的結(jié)果，一定是白色。即：紅＋綠＋藍(lán)一白（光）。③非互補色（光）不等量相加混合，產(chǎn)生不同的中間色（光）2025/3/818:00遙感圖像光學(xué)處理Opticalprocessingofremotesensingimages加色法與減色法3.顏色相減原理減色法是從自然光（白光）中，減去一種或二種基色光而生成色彩的方法。顏料本身的色彩是由于本身選擇性地吸收了入射自然光中一定波長的光，反射出未被吸收的色光而呈現(xiàn)出本身的色彩。例如，黃色顏料是由于本身吸收了自然光中的藍(lán)色光，反射出未被吸收的紅光和綠光疊加混合的結(jié)果；品紅顏料是由于吸收了自然光中的綠光，反射出紅光和藍(lán)光相加的結(jié)果；同樣，青顏料是由于吸收了自然光中的紅光成分，反射藍(lán)光與綠光的結(jié)果。2025/3/818:00遙感圖像光學(xué)處理Opticalprocessingofremotesensingimages加色法與減色法3.減色法減法三原色：指加法三原色的補色，即黃、品紅和青用白光由紅、綠、藍(lán)三色組成這種理想模型來理解，可以認(rèn)為黃色，是減去藍(lán)色的的紅綠組合；同樣地，品紅色是減去綠色的紅藍(lán)組合，青色是減去紅色的藍(lán)綠組合。這樣，黃、品紅、青便是減色法的三原色。將彩色涂料的三色疊加時，由于光線依次通過減紅、減綠、減藍(lán)層就成黑色。只有當(dāng)涂料濃度不夠，減色不徹底時才會出現(xiàn)灰白色，但這仍是減色法而不是加色法。加色法示意圖。有紅、綠、藍(lán)三個光源疊加，設(shè)置(0,0,0)就相當(dāng)于告訴顯示屏把這個像素點紅、綠、藍(lán)三盞燈都熄滅，然后我們在屏幕上就看到了一個黑點。而(255,255,255)就相當(dāng)于讓三盞燈亮度達(dá)到最大，于是中心就呈現(xiàn)了一個白斑。減色法正好相反。本來畫紙可以反射所有顏色，然后我們用畫筆涂上一種顏料，這種顏料只反射其中一種顏色，其它顏色的光線都被它吸收了。因為粉色顏料吸收除粉色以外所有光線，青色顏料吸收除青色以外所有光線，黃色顏料吸收除黃色以外所有光線，所以在三種顏料的疊加區(qū)域所有顏色都被吸收了，我們只能看到黑色。2025/3/818:00遙感圖像光學(xué)處理Opticalprocessingofremotesensingimages加色法與減色法4.色度圖從理論上講，每一種波長的光都可以用紅、綠、藍(lán)三原色相加產(chǎn)生。因此，對任何一種顏色的光，當(dāng)匹配的各波長光譜能量相同(等能光譜)時，都可以推算出其所需要的紅、綠、藍(lán)三原色的數(shù)量值。研究表明，所有光譜色混合時，即形成等能光譜中的白光。而且白光是由相同數(shù)量的紅、綠、藍(lán)三原色組成的。設(shè)光的總量為1，則白光由三原色各1／3構(gòu)成，即：紅＝綠＝藍(lán)＝1／3白；紅+綠+藍(lán)＝1。根據(jù)這一原則設(shè)計的色度圖，圖中x軸(色度坐標(biāo))相當(dāng)于紅原色的比例，y軸(色度坐標(biāo))相當(dāng)于綠原色的比例，圖中沒設(shè)藍(lán)色度坐標(biāo)，因為x+y+z=1

，所以知道了x和y

，z便已知。圖中的弧形曲線代表光譜，線上每一點代表一種波長和光譜顏色，中心點是白光點，即x=y=z=0.3333

，相當(dāng)于正午太陽光。2025/3/818:00遙感圖像光學(xué)處理Opticalprocessingofremotesensingimages加色法與減色法2025/3/818:00色度圖是黑體軌跡的函數(shù)表達(dá)式v=f（u）在色度學(xué)中以色度坐標(biāo)表示的平面圖。而黑體不同溫度的光色變化在色度圖上又形成了一個弧形軌跡這個軌跡叫做普朗克軌跡或黑體軌跡。色度學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用隨著人們交流、傳輸、研究顏色信息的需要已經(jīng)建立了多種各具特色的表色系統(tǒng)本研究采用了CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)和CIE1976均勻色空間。

從380nm到780nm的光譜色在CIE1931RGB色度圖上的軌跡長這樣，如圖1.而所有人眼能識別出來的顏色，都由單色光相加而成，因此上圖曲線上的任意兩點畫出來的線段所覆蓋的范圍，就是“人眼能看見的所有顏色”的區(qū)域大小。這就是人眼分辨能力的極限。

把這個區(qū)域用彩色填充出來，就長這樣.注意看，下面的這條直線，是380nm和780nm的連線。它構(gòu)成了色域的另一個邊界。如圖2，任何兩個單色光混合的新顏色，要么就正好踩在光譜軌跡上，要么就在光譜軌跡包圍的面積之內(nèi)，絕不會跑到外面去。

圖1圖22025/3/818:00經(jīng)過CIE的刻意設(shè)計，當(dāng)XYZ三刺激值達(dá)到一個均衡狀態(tài)的時候，就會形成白色。位于（x=0.3333,y=0.3333）位置的點，代表著三原色各占1/3，就是一個理想的等能白光E。中間這一大片，都是各種不同的白色。

其中，還有個非常重要的白點：C點。它的全稱是CIE標(biāo)準(zhǔn)光源C，相當(dāng)于中午陽光的顏色。那么從色度圖上，如何看顏色的三屬性呢？

色相（主波長）

假設(shè)現(xiàn)在有一個顏色點Q。

由C通過Q作一直線至光譜軌跡，相交于S點，此時就稱Q顏色的主波長為S。純度（飽和度）

Q離開C點（或者E點）、接近光譜軌跡的程度，稱為純度，約等于飽和度。

從圖上可以看出，越靠外的顏色點，越接近飽和度最高的光譜色。色域

G和B形成的混合色，顏色坐標(biāo)會在G和B的連線上。反過來說，G和B的連線上所有的顏色，都可以由G和B混合實現(xiàn)。

那么，如果再添加一個R光，這個三角形里的所有的顏色，都可以通過RGB三色的混合而形成。這個三角形面積越大，能顯示的顏色也就越多。

但是，不管如何選擇RGB三原色的坐標(biāo)點，都不可能覆蓋整個CIE色域。為了讓顯示器達(dá)到更大的色域，只能盡量讓RGB三原色的坐標(biāo)越靠外越好，也就是RGB三原色的飽和度越高越好。2025/3/818:00遙感圖像光學(xué)處理OpticalprocessingofremotesensingimagesPART02遙感數(shù)字圖像Remotesensingdigitalimage2025/3/818:001.遙感數(shù)字圖像是一種以二維數(shù)組所表示的圖像，是相應(yīng)成像區(qū)域內(nèi)地物電磁輻射強度的二維分布，最基本的單位是像素。該數(shù)組由于對連續(xù)變化的空間圖像作等間距的抽樣所產(chǎn)生的抽樣點——像元組成，抽樣點的間距取決于圖像的分辨率；像元位置由行、列（X,Y）坐標(biāo)確定，亮度值（Z）通常以0(黑）到255（白）為取值范圍。抽樣點的量值通常為抽樣區(qū)間內(nèi)連續(xù)變化之地物的均值化量值，一般稱亮度值或灰度值，它們的最大、最小區(qū)間代表數(shù)字圖像的動態(tài)范圍。數(shù)字圖像物理意義取決于抽樣對象的性質(zhì)。2025/3/818:00遙感數(shù)字圖像Remotesensingdigitalimage遙感數(shù)字圖像遙感數(shù)字圖像實質(zhì)上是一個二維數(shù)字圖像橫軸方向表示傳感器掃描的方向縱軸方向表示遙感平臺前進(jìn)的方向任何一幅數(shù)字圖像都可以通過X、Y、Z的三維坐標(biāo)系表示出來，如MSS圖像可看作X=2340（行）,Y=3240（列）,Z=0-255的二維坐標(biāo)系2025/3/818:002.遙感數(shù)字圖像的特點便于計算機處理與分析：計算機是以二進(jìn)制方式處理各種數(shù)據(jù)的，采用數(shù)字形式表示遙感影像，便于計算機處理。影像信息損失低：遙感數(shù)字影像不會因長期存儲而損失信息，也不會因多次傳輸和復(fù)制而產(chǎn)生影像失真。模擬影像會因多次復(fù)制而使影像質(zhì)量下降。抽象性強：數(shù)字影像都采用數(shù)字形式表示，便于建立分析模型，進(jìn)行計算機解譯和應(yīng)用。2025/3/818:00遙感數(shù)字圖像遙感數(shù)字圖像Remotesensingdigitalimage遙感數(shù)字圖像以二維數(shù)組來表示。在數(shù)組中，每個元素代表一個像素，像素的坐標(biāo)位置隱含，由這個元素在數(shù)組中的行列位置所決定。元素的值表示傳感器探測到像素對應(yīng)面積上的目標(biāo)地物的電磁輻射強度，采用這種方法，可以將地球表面一定區(qū)域范圍內(nèi)的目標(biāo)地物信息記錄在一個二維數(shù)組(或二維矩陣)中。2025/3/818:00遙感數(shù)字圖像的表示方法遙感數(shù)字圖像波段類型按波段數(shù)量，遙感數(shù)字圖像可分幾種類型：二值數(shù)字圖像：圖像中每個像素由0或1構(gòu)成，在計算機屏幕上表示為黑白圖像。單波段數(shù)字圖像：指在某一波段范圍內(nèi)工作的傳感器獲取的遙感數(shù)字圖像。彩色數(shù)字圖像：是由紅、綠、藍(lán)三個數(shù)字層構(gòu)成的圖像。多波段數(shù)字圖像：多波段數(shù)字圖像是傳感器從多個波段獲取的遙感數(shù)字圖像。遙感數(shù)字圖像Remotesensingdigitalimage1.BSQ數(shù)據(jù)格式：是一種按波段順序依次排列的數(shù)據(jù)格式2025/3/818:00多波段數(shù)字圖像的存儲格式遙感數(shù)字圖像Remotesensingdigitalimage2.BIP數(shù)據(jù)格式：每個像元按波段次序交叉排列2025/3/818:00多波段數(shù)字圖像的存儲格式遙感數(shù)字圖像Remotesensingdigitalimage3.BIL數(shù)據(jù)格式：逐行按波段次序排列的格式2025/3/818:00多波段數(shù)字圖像的存儲格式遙感數(shù)字圖像Remotesensingdigitalimage4.其他數(shù)據(jù)格式：HDF格式：是一種分層式數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)，包含圖像信息、地理定位、軌道參數(shù)等多種信息。文件應(yīng)包括一個頭文件，一個或多個描述符塊，若干個數(shù)據(jù)元素TIFF格式：包含圖像頭文件，圖像文件目錄，目錄項，圖像數(shù)據(jù)2025/3/818:00多波段數(shù)字圖像的存儲格式航空像片的數(shù)字化數(shù)字化過程：空間采樣、屬性量化遙感數(shù)字圖像Remotesensingdigitalimage1、模擬圖像：空間上連續(xù)/不分割、信號值不分等級的圖像。2、數(shù)字圖像：空間上被分割成離散像素，信號值分為有限個等級、用數(shù)碼0和1表示的圖像。圖像數(shù)字化的意義：圖像數(shù)字化是將模擬圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。圖像數(shù)字化是進(jìn)行數(shù)字圖像處理的前提。圖像數(shù)字化必須以圖像的電子化作為基礎(chǔ)，把模擬圖像轉(zhuǎn)變成電子信號，隨后才將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號。2025/3/818:00圖像數(shù)字化的過程主要分為三個步驟：采樣、量化、編碼。

1、采樣：采樣的實質(zhì)就是要用多少點來描述一幅圖像，采樣結(jié)果質(zhì)量的高低就是用前面所說的圖像分辨率來衡量。簡單來講，對二維空間上連續(xù)的圖像在水平和垂直方向上等間距地分割成矩形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所形成的微小方格稱為像素點。一副圖像就被采樣成有限個像素點構(gòu)成的集合。例如：一副640*480分辨率的圖像，表示這幅圖像是由640*480＝307200個像素點組成。

2、量化：量化是指要使用多大范圍的數(shù)值來表示圖像采樣之后的每一個點。量化的結(jié)果是圖像能夠容納的顏色總數(shù)，它反映了采樣的質(zhì)量。如果以4位存儲一個點，就表示圖像只能有16種顏色；若采用16位存儲一個點，則有216＝65536種顏色。所以，量化位數(shù)越來越大，表示圖像可以擁有更多的顏色，自然可以產(chǎn)生更為細(xì)致的圖像效果。但是，也會占用更大的存儲空間。兩者的基本問題都是視覺效果和存儲空間的取舍。

3、壓縮編碼：數(shù)字化后得到的圖像數(shù)據(jù)量十分巨大，必須采用編碼技術(shù)來壓縮其信息量。在一定意義上講，編碼壓縮技術(shù)是實現(xiàn)圖像傳輸與儲存的關(guān)鍵。已有許多成熟的編碼算法應(yīng)用于圖像壓縮。常見的有圖像的預(yù)測編碼、變換編碼、分形編碼、小波變換圖像壓縮編碼等。2025/3/818:00PART03遙感圖像的數(shù)字直方圖Digitalhistogramsofremotesensingimages2025/3/818:002025/3/818:00灰度直方圖是灰度級的函數(shù)，描述圖像中該灰度級的像素個數(shù)（或該灰度級像素出現(xiàn)的頻率）：其橫坐標(biāo)是灰度級，縱坐標(biāo)表示圖像中該灰度級出現(xiàn)的個數(shù)（頻率）。一維直方圖的結(jié)構(gòu)表示為：高維直方圖可以理解為圖像在每個維度上灰度級分布的直方圖。常見的是二維直方圖。如紅-藍(lán)直方圖的兩個分量分別表示紅光圖像的灰度值和藍(lán)光圖像灰度值的函數(shù)。其圖像坐標(biāo)（Dr,Db）處對應(yīng)在紅光圖像中具有灰度級Dr同時在藍(lán)光圖像中具有灰度級Db的像素個數(shù)。這是基于多光譜——每個像素有多個變量——的數(shù)字圖像，二維中對應(yīng)每個像素統(tǒng)計個變量。2025/3/818:00（1）在暗的圖像中，直方圖的灰度量集中在灰度級比較低（灰度值比較小）的那一端。如圖a所示。（2）在亮的圖像中，直方圖的灰度量集中在灰度級比較高（灰度值比較大）的那一端。如圖b所示。（3）在低對比度的圖像中，直方圖的灰度量具有較窄的范圍，并且集中在灰度級的中部，如圖c所示。（4）

在高對比度的圖像中，直方圖的灰度量具有較寬的范圍，并且像素分布比較均勻，如圖d所示

如果一幅圖像的像素傾向于占據(jù)整個可能的灰度級并且分布均勻，則該圖像有較高的對比度，并展示色調(diào)的變化很大。最終的效果就是一幅灰度細(xì)節(jié)豐富且動態(tài)范圍較寬的圖像。我們需要僅僅依靠輸入圖像的直方圖的可用信息開發(fā)出一個變換函數(shù)來自動的實現(xiàn)這種效果。數(shù)字直方圖：將2n個P值繪制出圖4-13所示的統(tǒng)計圖稱為圖像的數(shù)字直方圖直方圖隨著圖像的改變而改變，即不同的圖像有不同的直方圖2025/3/818:00遙感圖像的數(shù)字直方圖Digitalhistogramsofremotesensingimages2025/3/818:00這種直方圖隨著圖像的改變而改變，即不同的圖像有不同的直方圖，可以類似地看作是一個隨機分布密度函數(shù)，其分布狀態(tài)也可用均值和標(biāo)準(zhǔn)差兩個參數(shù)來衡量，均值為：密度01234567頻率1.59.011.53.42.21.41.32.4密度891011121314頻率2.93.86.610.114.110.26.90直方圖也可用表格形式表示2025/3/818:00直方圖所有頻率之和應(yīng)為1，如果用f

表示累積分布函數(shù)：上面直方圖表換算成累積分布函數(shù)列表密度01234567頻率1.59.011.53.42.21.41.32.4累積值1.510.522.025.427.629.030.332.7密度891011121314頻率2.93.86.610.114.110.26.90累積值35.639.446.056.170.280.487.31002025/3/818:00直方圖形態(tài)可以粗略地分析圖像的質(zhì)量，如圖4-16所示。由于一幅遙感圖像包含大量像元，其像元亮度值應(yīng)符合統(tǒng)計分布規(guī)律，即直方圖應(yīng)接近于正態(tài)分布（圖a）。當(dāng)直方圖峰值偏向亮度坐標(biāo)軸左側(cè)或右側(cè)時，說明圖像偏暗或偏亮（圖b、c）當(dāng)直方圖峰值過陡過窄，則表明圖像高密度值過于集中（圖d）。這幾種情況都表明圖像的對比度較小，圖像信息不清楚，圖像質(zhì)量較差。數(shù)字直方圖的應(yīng)用：圖像獲取質(zhì)量評價。可以根據(jù)常見圖像的直方圖大致判斷圖像的質(zhì)量。邊界閾值的選擇。直方圖具有多個（兩個或兩個以上）波峰時，說明圖像中有多類（兩類或兩類以上目標(biāo)地物），波峰之間的谷底灰度值可作為閾值來區(qū)分不同類別的目標(biāo)地物。噪聲類型判斷。直方圖還有助于判斷圖像上存在的噪聲類型，可以為圖像去噪聲處理提供參考。計算圖像信息量（熵）。2025/3/818:00遙感圖像的數(shù)字直方圖DigitalhistogramsofremotesensingimagesPART04遙感圖像的校正Correctionofremotesensingimages2025/3/818:001.輻射誤差：利用傳感器觀測目標(biāo)的反射與輻射能量時，傳感器所得到的測量值與目標(biāo)的光譜反射率或光譜輻射亮度等物理量是不一致的。其中包含了太陽位置條件、薄霧等大氣條件、或因傳感器的性能不完備等條件所引起的失真。輻射誤差的產(chǎn)生原因因傳感器的響應(yīng)特性引起的輻射誤差光學(xué)攝影機引起的輻射誤差，光電掃描儀引起的輻射誤差，條帶噪聲、斑點噪聲因大氣影響的輻射誤差因太陽輻射引起的輻射誤差太陽位置引起的輻射誤差、地形起伏引起的輻射誤差2025/3/818:00遙感圖像的校正Correctionofremotesensingimages輻射校正2025/3/818:00輻射校正遙感圖像的校正Correctionofremotesensingimages設(shè)太陽輻射照度為E0，經(jīng)過大氣的路程為x,則穿過該大氣路程后的輻射照度為：σ稱為衰減系數(shù)或消光系數(shù)散射系數(shù)吸收系數(shù)大氣對電磁波的影響主要是散射和吸收。輻射傳輸方程輻射傳輸方程：從輻射源經(jīng)過大氣層到達(dá)傳感器的過程中電磁波能量變化的數(shù)學(xué)模型。傳感器接收到的電磁波譜能量包括：太陽經(jīng)大氣衰減后照射地面，經(jīng)地物反射后，又經(jīng)大氣第二次衰減進(jìn)入傳感器的能量；地面物體本身輻射的能量經(jīng)大氣后進(jìn)入傳感器；大氣散射和大氣輻射的能量等。太陽輻射照度傳感器光譜響應(yīng)系數(shù)Z1到Z2區(qū)段大氣層的光學(xué)厚度地物光譜反射率與地物同溫度的黑體光譜輻射通量密度地物的光譜發(fā)射率大氣散射和輻射的能量太陽天頂角平臺高度輻射誤差

進(jìn)入遙感器的輻射強度反映在圖像上就是亮度值（灰度值）。輻射強度越大，亮度值（灰度值）越大。

亮度值（灰度值）主要受兩個物理量影響：一是太陽輻射照射到地面的輻射強度；二是地物的光譜反射率。當(dāng)太陽輻射相同時，圖像上像元亮度值（灰度值）的差異就直接反映了地物目標(biāo)光譜反射率的差異，但實際測量時，輻射強度值還受到其他因素的影響而發(fā)生改變。輻射誤差：傳感器所得到的目標(biāo)測量值與目標(biāo)的光譜反射率或光譜輻亮度等物理量之間的差值引起輻射誤差的因素傳感器大氣太陽輻射其它因傳感器的響應(yīng)特性引起的輻射誤差光學(xué)攝像機引起的輻射誤差

光學(xué)鏡頭中心和邊緣透射光強度不一致造成。在成像平面上存在著邊緣部分比中間部分暗的現(xiàn)象，稱為邊緣減光效應(yīng)。光電掃描儀引起的輻射誤差光電轉(zhuǎn)換誤差探測器增益變化引起的誤差因大氣影響引起的輻射誤差入射到傳感器的電磁波能量除了地物本身的輻射以外，還有大氣引起的散射光。從輻射數(shù)據(jù)處理的角度看，進(jìn)入傳感器的大氣輻射畸變成分包括：

大氣的消光（吸收和散射）

天空光（大氣散射的太陽光）照射

程輻射：傳感器接收的大氣散射部分的電磁波，也稱

路徑輻射大氣影響中主要研究散射的影響。散射作用所包含的亮度值中不含有任何地面信息，卻降低了圖像的反差，從而降低了圖像的分辨率，必須進(jìn)行校正。散射增加了到達(dá)衛(wèi)星的輻射能量，但降低了遙感圖像的反差。設(shè)兩類地物的亮度值分別為2和5，假設(shè)散射使亮度值增加了5個單位，則無散射時的反差：有散射時：因太陽輻射引起的輻射誤差

（1）太陽位置包括太陽高度角和方位角太陽高度角，也稱太陽高度。某地的太陽高度角是太陽光線與當(dāng)?shù)氐仄矫嫠坏木€面角。太陽方位角是指太陽光線在地平面上的投影與當(dāng)?shù)刈游缇€的夾角。太陽位置不同，則地面物體入射照度會發(fā)生變化，地物的反射率也就隨之改變。①專業(yè)上講太陽高度角是指某地太陽光線與通過該地與地心相連的地表切面的夾角。太陽高度角簡稱高度角。當(dāng)太陽高度角為90°時，此時太陽輻射強度最大；當(dāng)太陽斜射地面時，太陽輻射強度就小。②變化規(guī)律：緯度變化規(guī)律：由太陽直射點所在經(jīng)緯度向南北兩側(cè)遞減。可推知與太陽直射點的緯度相差一度，正午太陽高度角就減小一度。季節(jié)變化規(guī)律：太陽直射點移來時漸增，移去時漸減。①即太陽所在的方位。可近似地看作是豎立在地面上的直線在陽光下的陰影與正南方的夾角。方位角以目標(biāo)物正北方向為零，順時針方向逐漸變大，其取值范圍是0——360°。②對于地球上任何位置，當(dāng)太陽處于春分點或秋分點，即太陽赤緯是0°的時候，初升的太陽方位角是90°整，正午太陽方位角是180°，落日的時候太陽方位角是270°。太陽高度角較低時，會使圖像上產(chǎn)生陰影壓蓋其它地物，造成同物異譜問題，影響遙感圖像的定量分析與自動識別；太陽方位角引起的圖像輻射誤差通常只對圖像的細(xì)部特征產(chǎn)生影響為了盡量減少太陽高度角和方位角引起的輻射誤差，大多數(shù)衛(wèi)星設(shè)計在同一地方時間通過當(dāng)?shù)厣峡铡＃?）地形起伏：海拔高度、坡向、坡度傳感器接收到的太陽光輻射亮度和地面傾斜程度有關(guān)。由于地形起伏變化，在遙感圖像上會造成同類地物灰度不一致。其他原因引起的輻射誤差傳感器特性的差異、干擾、故障造成不正常的條紋和斑點。輻射校正方法系統(tǒng)輻射誤差校正大氣校正地面輻射校正傳感器端的輻射校正1.光學(xué)鏡頭的非均勻性引起的邊緣減光現(xiàn)象的校正poo點光強機載成像光譜圖像的邊緣輻射畸變與儀器大視場角有關(guān)，主要由大氣效應(yīng)、地物反射非朗伯體特性、太陽-儀器-目標(biāo)相對幾何關(guān)系等因素綜合作用所引起的。系統(tǒng)輻射誤差校正2.光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的特性引起的輻射誤差校正由于轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的靈敏度特性有很高的重復(fù)性，可以定期在地面上測量其特性，根據(jù)測量值對其進(jìn)行輻射畸變校正。以Landsat的MSS、TM圖像為例，對傳感器的輸出R進(jìn)行校正的公式傳感器輸出輻射亮度校正過的輻射亮度已校正數(shù)據(jù)的最大值探測器輸出的最大、最小輻射亮度MSS的Rmax和RminTM的Rmax和Rmin3.條紋誤差的校正遙感圖像中的條紋主要是由檢測器引起的。條紋誤差消除的常用方法：平均值法、直方圖法、垂直掃描線方向上最近鄰點法或雙三次卷積法TM影像3.斑點誤差的校正遙感圖像中的斑點誤差主要由噪聲或磁帶的誤碼率等造成，在圖像中往往是分散和孤立的。a.斑點的判定（1）待判定像元亮度值與周圍鄰

點像元亮度平均值之差超過

給定閾值。（2）待判定像元亮度值與周圍鄰點

像元亮度值的方差減去影像亮

度值的平均方差超過給定閾值b.斑點的校正（1）平均法：取其鄰域像元亮度值的平均值（2）雙三次卷積法通常邊緣附近的斑點不進(jìn)行消除，圖像四周的像元不進(jìn)行斑點消除處理過程中，要把斑點和圖像本身的邊緣信息區(qū)別開來，這可以通過恰當(dāng)?shù)倪x擇閾值或先進(jìn)行邊緣檢測而后進(jìn)行斑點消除來實現(xiàn)。3.灰度一致化在研究大區(qū)域時，常需要將幾張遙感影像拼接，即做鑲嵌圖。制作鑲嵌圖時，除了幾何位置保持一致外，還需要使其灰度均勻。方法：等概率變換理論基礎(chǔ)：兩幅圖像重疊部分灰度分布應(yīng)相同。設(shè)F、G兩幅影像，以影像F為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行變換。在重疊部分，G影像上灰度值小于gi的像元百分?jǐn)?shù)為P，對應(yīng)在F影像上占有同樣百分?jǐn)?shù)P的像元灰度值為fi,這樣就找到了gi應(yīng)變換成fi，找出重疊部分影像G上所有灰度值應(yīng)變換成的值g’,列出變換表，根據(jù)該表將影像G各像元的灰度值進(jìn)行變換。簡單、但存在位置配準(zhǔn)誤差。b.線性灰度變換在兩張影像的重疊部分各取出相對應(yīng)的n個點，建立線性回歸方程；然后運用最小二乘法求線性方程系數(shù)。以其中一幅影像為標(biāo)準(zhǔn)，對另一幅影像進(jìn)行變換，從而達(dá)到灰度一致化。特點：簡單易行，n足夠大時有一定的精度。存在位置配準(zhǔn)誤差。三、因大氣影響引起的輻射誤差校正消除因為大氣散射引起的輻射誤差的處理稱為大氣校正。為什么要做大氣校正？入射到傳感器的電磁波能量除了地物本身的輻射以外，還有大氣引起的散射光。我們想要了解某一物體表面的光譜屬性，必須將大氣的影響消除。三種方法：

野外波譜測試回歸分析法

輻射傳遞方程計算法波段對比法1.野外波譜測試回歸分析法野外波譜測試需要與衛(wèi)星同步在野外進(jìn)行光譜測量。通常選用同類儀器測量，將地面測量結(jié)果與衛(wèi)星影像對應(yīng)像元亮度值進(jìn)行回歸分析。注意：比較時，應(yīng)將圖像像元亮度值與輻射度進(jìn)行轉(zhuǎn)換通常是通過線性方程將傳感器的最大和最小輻亮度與圖像的灰度級聯(lián)系起來，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。有關(guān)輻亮度的參數(shù)可以在圖像的元數(shù)據(jù)文件中找到。如：對于一個8位量化的圖像，轉(zhuǎn)換方程為：設(shè)回歸方程為：L=a+bR大氣影響的附加部分（天空光散射）將圖像中的每個像素值減去a，獲取某區(qū)域經(jīng)過大氣改正后的圖像。a地面測量值衛(wèi)星測量值0在獲取地面目標(biāo)圖像時，可以預(yù)先在地面設(shè)置反射率已知的標(biāo)志，或事先測出若干地面目標(biāo)的反射率，把由此得到的地面實況數(shù)據(jù)和傳感器的輸出值進(jìn)行比較，以消除大氣的影響。注意：在地面特定地區(qū)、特定條件、一定時間段內(nèi)測定的地面目標(biāo)反射率不具有普遍性，因此該方法僅適用于包含地面實況數(shù)據(jù)的圖像。2.輻射傳遞方程計算法傳感器接收到的電磁輻射能量地面目標(biāo)真實輻射能量大氣的衰減，H為大氣層高度需要測量具體天氣條件下的大氣參數(shù)在可見光和近紅外區(qū)，大氣的影響主要是由氣溶膠引起的散射造成，在熱紅外區(qū)，大氣的影響主要是由水蒸氣的吸收造成。為了消除大氣影響，需要測定氣溶膠密度以及水蒸氣濃度。改進(jìn)方法：在獲取地面目標(biāo)圖像的同時，利用搭載在同一平臺上測量氣溶膠和水蒸氣濃度的傳感器獲取氣溶膠和水蒸氣的濃度數(shù)據(jù)，利用這些輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正。專業(yè)的遙感圖像處理系統(tǒng)多提供的大氣校正模型：Erdas和Geomatica系統(tǒng)中的ACTOR模型ENNI系統(tǒng)中的FLAASH模型

公共的大氣校正模型，其中較好的是6S模型。3.波段對比法a.回歸分析法原理：在遙感圖像上大山的陰影區(qū)或深大水體區(qū)域，各個波段的反射為零。同時，大氣散射主要影響短波部分，波長較長的波段幾乎不受影響，因此可用其校正其它波段數(shù)據(jù)。依據(jù)：大氣散射的選擇性，即對短波影響大，對長波影響小

方法：在不受大氣影響的波段和待校正的某一波段圖像中，選擇最黑區(qū)域（通常為高山陰影區(qū)）中的一系列目標(biāo)，將每個目標(biāo)的兩個待比較的波段灰度值提取出來進(jìn)行回歸分析，建立線性回歸方程，也稱為暗像元法。Y：待校正波段的圖像亮度值X：不受大氣影響波段的圖像亮度值怎么求a,b？例如：TM圖像中，第7波段幾乎不受大氣輻射的影響，因此可作校正基礎(chǔ)，對TM影像的其它波段分別進(jìn)行校正。i--波段號--第i波段的校正量b.直方圖校正方法方法：從圖像像元亮度值中減去一個輻射偏置量。輻射偏置量等于圖像直方圖中最小的輻射亮度值。理論基礎(chǔ)：如果在某一像場中存在亮度值為零的目標(biāo)，如深海水體、高山背陰處等，在這種情況下，任一波段亮度值都應(yīng)為零。但實際上只有不受大氣影響的波段才為零，受大氣影響的波段產(chǎn)生輻射偏置量。當(dāng)影像中沒有陡峭的地形所造成的陰影，方法不適用。什么情況下需要進(jìn)行大氣校正大氣透明度差而且不均一

大氣中的水汽含量高

低海拔地區(qū)應(yīng)該進(jìn)行校正，3000米以上的地區(qū)可不考慮

相對高差變化大的地形區(qū)域

不同時段圖像的聯(lián)合處理輻射校正包括輻射定標(biāo)和大氣校正兩個過程，輻射定標(biāo)的目的是消除傳感器本身的誤差，大氣校正是消除大氣散射、吸收引起的誤差2.輻射定標(biāo)：2025/3/818:00輻射校正遙感圖像的校正Correctionofremotesensingimages輻射定標(biāo)的定義常見影像的像元值大多是經(jīng)過量化的、無量綱的DN(DigitalNumber)灰度值，而進(jìn)行遙感定量化分析時，常用到輻射亮度值、反射率值、溫度值等物理量。所以，傳感器輻射定標(biāo)就是要獲得這些物理量的過程。作用是消除傳感器本身產(chǎn)生的誤差輻射定標(biāo)是將傳感器記錄的電壓或數(shù)字量化值（DN灰度值）轉(zhuǎn)換成絕對輻射亮度值（輻射率）的過程，或者轉(zhuǎn)換成與地表反射率、表面溫度等物理量有關(guān)的相對值的處理過程。輻射定標(biāo)的類型輻射定標(biāo)分為絕對定標(biāo)和相對定標(biāo)絕對定標(biāo)是通過各種標(biāo)準(zhǔn)輻射源，建立輻射亮度值與數(shù)字量化值（DN值）之間的定量關(guān)系，對于一般的線性傳感器，絕對定標(biāo)通過一個線性關(guān)系式完成數(shù)字量化值（DN值）與輻射亮度值L(單位:w/m2·μm·sr)的轉(zhuǎn)換：

L=Gain*DN+OffsetL：輻射亮度值，單位（瓦特/平方厘米*微米*球面度）Gain:增益系數(shù)，可以從頭文件獲取。單位（瓦特/平方厘米*微米*球面度）DN：數(shù)字量化值，DN值是遙感影像像元亮度值，記錄的地物的灰度值。無單位，是一個整數(shù)值，值大小與傳感器的輻射分辨率、地物發(fā)射率、大氣透過率和散射率等有關(guān)。Offset:偏移量，可以從頭文件獲取。單位（瓦特/平方厘米*微米*球面度）y=a*x+b（線性函數(shù)關(guān)系）相對定標(biāo)是確定各像元之間、各探測器之間、各波譜段之間以及不同時間測量的輻射度量相對值。傳感器輻射定標(biāo)分為三個方面內(nèi)容：①發(fā)射前的實驗室定標(biāo)；②基于星載定標(biāo)器的星上定標(biāo)；③發(fā)射后的定標(biāo)（場地定標(biāo)）。注：我們常用的定標(biāo)參數(shù)，有使用實驗室定標(biāo)的結(jié)果（如高分辨率傳感器QuickBird、WorldView-1等）；也有使用實驗室定標(biāo)與星上定標(biāo)相結(jié)合的參數(shù)（如NOAA、MSS等）；由于設(shè)備老化，LandsatTM5的定標(biāo)參數(shù)有用實驗室定標(biāo)的（2003年前），也有用經(jīng)過場地定標(biāo)的參數(shù)（2003年后）；Landsat數(shù)據(jù)定標(biāo)定標(biāo)參數(shù)使用Chander,Markham,andHelder(2009)的研究成果，其中LPGS

和NLAPS分別是兩種數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)得到的產(chǎn)品：①theLevel1ProductGenerationSystem(LPGS)

②theNationalLandArchiveProductionSystem(NLAPS)從2008年12月份開始，L7ETM+

和

L5都是以LPGS系統(tǒng)處理，L4TM和

MSS以NLAPS系統(tǒng)處理。具體參數(shù)如下所示：NLAPS處理和LPGS處理產(chǎn)品的MSS定標(biāo)參數(shù)NLAPS處理產(chǎn)品的TM4、5定標(biāo)參數(shù)遙感衛(wèi)星輻射校正場背景：20世紀(jì)70年代末到80年代初，航天定量遙感技術(shù)的迅速發(fā)展，遙感應(yīng)用日趨定量化，進(jìn)一步改進(jìn)衛(wèi)星定量遙感精度的要求迫切。80年代初，以美國Arizona大學(xué)光學(xué)中心的P.N.Slater教授為代表提出了輻射校正場技術(shù)--利用地球表面大面積均勻的地物為目標(biāo)，當(dāng)衛(wèi)星過頂時實施同步地面觀測，以實現(xiàn)對在軌道上運行的衛(wèi)星傳感器做輻射校正。一、輻射校正場的國外發(fā)展概況美國NASA和Arizona大學(xué)在美國新墨西哥州的白沙(WSMR）和加利福尼亞州的愛德華空軍基地的干湖床(EAFB)建立了輻射校正場,并已對多顆衛(wèi)星進(jìn)行了場地標(biāo)定工作。法國在馬塞市附近也建立了LaCrun輻射校正場,并開展了多次輻射校正工作。

歐空局在非洲撒哈拉沙漠建立了地面輻射校正場

日本與澳大利亞合作在澳大利亞北部沙漠地區(qū)建立了地面輻射校正場,通過星地同步觀測,實現(xiàn)對衛(wèi)星遙感儀器的定標(biāo)。

加拿大在北部大草原也開展衛(wèi)星、飛機積雪同步觀測,以便對衛(wèi)星傳感器作出客觀評價。根據(jù)美、法公布的資料，目前用輻射校正場的方法對可見光和近紅外波段的標(biāo)正精度可達(dá)6%-3%左右。除成功地對Landsat-4、5的TM，SPOT的HRV，NOAA-9、10、11的AVHRR，Nimbus-7的CZCS進(jìn)行輻射校正外，目前正在進(jìn)一步研究高分辨率成像光譜儀(AVIRIS)和中分辨率成像光譜儀(MODIS)的輻射校正，并對法國偏光照相機(POLDER)進(jìn)行輻射校正。二、建立輻射校正場的目的

1）遙感數(shù)據(jù)定量化的要求建立傳感器的每個探測單元所輸出的信號數(shù)字量與該探測器對應(yīng)像元內(nèi)實際地物輻射能量之間的數(shù)量關(guān)系。對于一種遙感器來說,就是確定一個灰度值(DN)對應(yīng)的輻射度值(L)；或者確定一個輻射度(L)對應(yīng)多少灰度值(DN)。

A、B為傳感器的校正系數(shù)

2）監(jiān)測在軌傳感器變化并不斷提供修正系數(shù)

傳感器在運行過程中會出現(xiàn)老化、靈敏度下降，從而影響數(shù)據(jù)的精度和可靠性。

3）補充星上定標(biāo)的不足

星上定標(biāo)精度有限，難以滿足定量遙感產(chǎn)品的精度要求。

4）多種遙感器和不同時間遙感資料的綜合運用

通過地面同步觀測實現(xiàn)多種遙感衛(wèi)星和同一遙感器不同時相的資料相互匹配，才能進(jìn)行比較和應(yīng)用。輻射定標(biāo)場地一般選擇沙漠地區(qū)，它的光譜響應(yīng)穩(wěn)定。三、傳感器輻射校正的基本原理與方法

1）可見光和近紅外波段在遙感器飛越輻射定標(biāo)場地上空時，在定標(biāo)場地選擇若干個像元區(qū)，測量傳感器對應(yīng)波段內(nèi)的地物光譜反射率，同時測出大氣環(huán)境參量（大氣氣溶膠光學(xué)厚度，大氣中水、臭氧含量等）等。再根據(jù)衛(wèi)星過頂時太陽幾何位置、儀器視場角、探測器光譜響應(yīng)函數(shù)等，通過大氣輻射傳輸模型求解出傳感器入瞳處各光譜通道的輻射亮度Lt，最后確定它與傳感器輸出的數(shù)字量化值之間的數(shù)量關(guān)系，求解定標(biāo)系數(shù)，并估算定標(biāo)不確定性。對于朗伯體：太陽直射光與天空散射光在地面上的輻亮度地物反射率大氣透過率，輻射定標(biāo)時可假設(shè)為1，即大氣是透明的大氣散射產(chǎn)生的程輻射朗伯體是指當(dāng)入射能量在所有方向均勻反射，即入射能量以入射點為中心，在整個半球空間內(nèi)向四周各向同性的反射能量的現(xiàn)象，稱為漫反射，也稱各向同性反射，一個完全的漫射體稱為朗伯體。對于非朗伯體：大氣直射光與天空光在地面上的輻亮度雙向反射比因子大氣透過率，定標(biāo)時可假設(shè)為1大氣散射產(chǎn)生的程輻射Lt與探測器對應(yīng)的輸出信號的數(shù)字量C之間的定量關(guān)系按線性校正模型處理，則有：A----可見光和近紅外波段輻射校正系數(shù)

2）紅外波段選擇清潔水面作為目標(biāo)，則探測器的輻射值為：-----探測器光譜響應(yīng)帶寬-----探器光譜響應(yīng)函數(shù)------紅外波段輻射校正系數(shù)中國遙感輻射校正場由中國氣象局國家衛(wèi)星氣象中心牽頭，國內(nèi)7個部委（國防科工委、國家計委等）的11個單位參加合作，于2000年建成了中國遙感衛(wèi)星輻射校正場，其中甘肅省敦煌市西部黨和洪積扇區(qū)為可見光和近紅外波段的絕對輻射校正場，青海省的青海湖為熱紅外波段的輻射校正場。3.大氣校正：大氣是介于遙感傳感器與地球表層之間的一層有多種氣體及氣溶膠組成的介質(zhì)層。當(dāng)電磁波由地球表層傳至遙感傳感器時，必須經(jīng)過大氣。因而在消除由遙感器靈敏度引起的畸變后，還需對遙感影像進(jìn)行大氣校正。太陽光在到達(dá)地表的目標(biāo)物之前會由于大氣中物質(zhì)的吸收、散射而衰減。同樣，來自目標(biāo)物的反射、輻射光在到達(dá)遙感器前也會被吸收、散射，地表除受到直接來自太陽的光線(直達(dá)光)照射外，也受到大氣引起的散射光(天空光:sky-light)的照射。同樣，入射到遙感器上的除來自目標(biāo)物的反射、散射光以外，還有大氣引起的散射光(光路輻射：pathradiance)。消除這些由大氣引起的影響的處理過程叫大氣校正(atmosphericcorrection)直方圖最小值去除法首先確定條件滿足，即該圖像上確有輻射亮度或反射亮度應(yīng)為零的地區(qū)，則亮度最小值必定是這一地區(qū)大氣影響的程輻射度增值。校正時，將每一波段中每個像元的亮度值都減去本波段的最小值。使圖像亮度動態(tài)范圍得到改善，對比度增強，從而提高了圖像質(zhì)量。2025/3/818:00輻射校正遙感圖像的校正Correctionofremotesensingimages2025/3/818:00大氣的影響中主要研究大氣的散射的影響。電磁波在大氣中傳播時，受到大氣中分子和微小粒子的作用。散射是大氣中的分子和顆粒對光波多次作用的結(jié)果。散射效應(yīng)隨電磁波波長和散射體的大小不同而不同。散射分為選擇散射和非選擇散射。選擇散射按引起它的大氣中的顆粒大小不同而分為瑞利(Rayleigh)散射和米氏(Mie)散射。瑞利散射由遠(yuǎn)小于光的波長的氣體分子引起，大小與的四次方成反比，米氏散射由大小與波長相當(dāng)?shù)念w粒(氣溶膠，如煙、水蒸汽和霾等)引起，也稱為氣溶膠散射。其大小與成反比，通常認(rèn)為米氏散射與又成反比，非選擇散射由塵埃、霧、云以及大小超過光波長10倍的顆粒引起，對各種波長予以同等散射，天上的云呈白色就是這個道理。散射作用降低影像的反差比。回歸分析法回歸方程為L＝a+bR，式中a為常數(shù)，b為回歸系數(shù)，R為地面反射率。令bR=LG

，因而L=a+LG

。LG

表示地面實際的輻射率，即不受大氣影響的值，而a即為大氣影響的附加部分(天空光的散射)，L為衛(wèi)星觀測結(jié)果，故a值被確定為：a=L-LG校正公式為：LG=L-a2025/3/818:00輻射校正遙感圖像的校正Correctionofremotesensingimages1.幾何變形幾何變形：遙感圖像的幾何形狀與實際地物不完全一致（幾何位置、形狀尺寸、方位等），如行列不均勻、像元大小與地面大小對應(yīng)不準(zhǔn)確、地物形狀不規(guī)則變化等遙感圖像的變形誤差分為內(nèi)部誤差和外部誤差兩大類內(nèi)部誤差：由于傳感器自身的性能技術(shù)指標(biāo)偏移標(biāo)稱數(shù)值所造成的誤差。外部誤差：傳感器在自身正常工作的條件下，由傳感器以外的各種因素所造成的誤差，例如傳播介質(zhì)不均勻、地球曲率、地形起伏以及地球旋轉(zhuǎn)等因素產(chǎn)生的變形誤差。2025/3/818:00幾何校正遙感圖像的校正Correctionofremotesensingimages幾何校正

在利用遙感圖像取信息的過程中，要求把所提取的信息表達(dá)在某一個規(guī)定的圖像投影參照系統(tǒng)中，以便進(jìn)行圖像的幾何量測、相互比較以及圖像復(fù)合分析等處理。當(dāng)原始圖像上各地物的幾何位置、形狀、尺寸、方位等特征與在參照系統(tǒng)中表達(dá)要求不一致時，就產(chǎn)生了圖像幾何變形問題。數(shù)字遙感圖像幾何校正的含義與意義（1）數(shù)字圖像幾何校正的含義

遙感圖像在幾何位置上發(fā)生的變化，產(chǎn)生諸如行列不均勻，像元大小與地面大小對應(yīng)不準(zhǔn)確，地物形狀不規(guī)則變化等。（2）幾何校正的意義只有進(jìn)行校正后，才能對圖像信息進(jìn)行分析，制作滿足測量和定位要求的各類遙感專題圖。在同一地域，應(yīng)用不同傳感器、不同光譜范圍及不同成像時間的各種圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行計算機自動分類、地物特征的變化監(jiān)測或其它應(yīng)用處理時，必須進(jìn)行圖像間的空間配準(zhǔn)，保證不同圖像間的幾何一致性；利用遙感圖像進(jìn)行地形圖測圖或更新時，要求圖像具有較高的地理坐標(biāo)精度。

（1）光學(xué)糾正通常不能對衛(wèi)星遙感圖像，特別是動態(tài)遙感圖像進(jìn)行校正。原因：通常的光學(xué)糾正儀器是針對框幅式中心投影的航空攝影圖像設(shè)計的，動態(tài)傳感圖像的特點并未在設(shè)計中加以考慮。（2）數(shù)字圖像糾正是建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的，并可以逐點地對圖像進(jìn)行糾正，原則上對任何傳感器的圖像都可以進(jìn)行糾正。

數(shù)字糾正

光學(xué)糾正

糾正工具不同：計算機系統(tǒng)專用光學(xué)糾正機械儀器

圖像數(shù)據(jù)形式不同：灰度數(shù)字陣列硬拷貝像片

原理不同：

坐標(biāo)解析變換、灰度值重采樣恢復(fù)成像時的光束結(jié)構(gòu)，感光3.2數(shù)字校正和光學(xué)校正的區(qū)別幾何畸變的類型系統(tǒng)性畸變隨機性畸變是指大小不能預(yù)測，其出現(xiàn)帶有隨機性質(zhì)的畸變，例如地形起伏造成的隨地而異的幾何偏差。例如地形起伏造成的隨地形而異的幾何偏差。是指遙感系統(tǒng)造成的畸變，這種畸變一般有一定的規(guī)律性，并且其大小事先能夠預(yù)測。例如掃描鏡的結(jié)構(gòu)方式和掃描速度等造成的畸變。按照圖像畸變的性質(zhì)劃分幾何畸變的類型與影響因素內(nèi)部誤差焦距變動像主點偏移鏡頭畸變不同波段相同掃描線成像時差棱鏡旋轉(zhuǎn)速度不均勻掃描線的非直線性或非平行性采樣的時間誤差攝影相機掃描儀外部誤差外方位元素變化傳感介質(zhì)的不均勻地球曲率地形起伏地球旋轉(zhuǎn)（1）傳感器成像投影方式帶來的變形

傳感器有中心投影，全景投影，斜距投影以及平行投影等幾種成像方式。地形平坦地區(qū)的中心投影和垂直投影沒有幾何畸變，但對全景投影和斜距投影則產(chǎn)生圖像變形。

常把中心投影和平行投影（正射投影）的圖像視為基準(zhǔn)圖像，而全景投影和斜距投影變形規(guī)律可以通過與中心投影或正射投影的影像相比較而獲得。因此，航空像片的解譯理論是各種遙感圖像的解譯基礎(chǔ)。幾何畸變的影響因素全景投影（線中心投影）變形由于全景相機的像距保持不變，而物距隨掃描角的增大而增大，因此出現(xiàn)兩側(cè)影像變形較大的現(xiàn)象，使整個影像產(chǎn)生全景畸變。比例尺？斜距投影變形斜距變形側(cè)視雷達(dá)采用斜距投影，它與攝像機中心投影方式完全不同。斜距投影的變形誤差為：無變形

全景變形斜距變形航高航速俯仰翻滾航偏（2）傳感器外方位元素變化的影響傳感器成像時的位置和姿態(tài)角（3）地形起伏的影響R地形起伏對中心投影造成的像點位移是遠(yuǎn)離原點向外變動，在雷達(dá)影像上是向內(nèi)變動的。地形起伏對正射投影無影響對中心投影引起投影差，航片各部分比例尺不同ABCBACabcabcA’C’C’A’（4）投影面傾斜的影響正射投影：總是水平的，不存在傾斜問題中心投影：若投影面傾斜，航片各部分的比例尺不同傾斜水平ABCabcHf比例尺f/H（5）地球曲率的影響R像點位移：理想平面為切平面，但實際地球表面為曲面，使地面點相對于投影平面點存在高差像元比例尺變化：理想狀態(tài)下像元間隔為等分間隔，地球曲率的影響使其對應(yīng)間隔變化（6）大氣折射的影響

大氣對輻射的傳播產(chǎn)生折射。由于大氣的密度分布從下到上越來越小，折射率不斷變化，折射后的輻射傳播不再是直線而是一條曲線，從而導(dǎo)致傳感器接收的像點發(fā)射位移。R1R2R3R4斜向的電磁波經(jīng)歷的是一條彎曲的傳輸路線aa0aa0（7）地球自轉(zhuǎn)的影響

地球始終在自轉(zhuǎn)，而且在不同的緯度，地球轉(zhuǎn)動的線速度不同。地球資源衛(wèi)星完成一景圖像的掃描，在此期間，地球已經(jīng)轉(zhuǎn)過一定的角度，所以，圖像記錄的并非一個正方形的地面區(qū)域，而是一個存在扭曲的四邊形區(qū)域。地球自轉(zhuǎn)的影響

左圖顯示了地球靜止的圖像(oncba)與地球自轉(zhuǎn)的圖像(onc

b

a

)在地面上投影的情況。由圖可見，由于地球自轉(zhuǎn)的影響，產(chǎn)生了圖像底邊中點的坐標(biāo)位移

x和

y，以及平均航偏角

。幾何畸變校正的類型幾何粗校正：針對引起畸變原因而進(jìn)行的校正，是對遙感影像的前期校正。幾何精校正：用一種數(shù)學(xué)模型來近似描述遙感圖像的幾何畸變，利用畸變的遙感圖像與標(biāo)準(zhǔn)圖之間的控制點對求得幾何畸變參數(shù)，并利用此進(jìn)行幾何畸變的校正將傳感器的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、遙感平臺位置以及衛(wèi)星姿態(tài)數(shù)據(jù)帶入理論校正公式進(jìn)行改正即可在數(shù)據(jù)處理的初始階段進(jìn)行，一般消除系統(tǒng)性的誤差幾何多項式法：利用幾何多項式作為校正模型，利用控制點對求解變換系數(shù)，并按照該系數(shù)進(jìn)行校正嚴(yán)格模型法：利用嚴(yán)格成像模型作為校正模型，利用控制點解算系數(shù)并進(jìn)行校正幾何校正的類型、原理與過程幾何畸變校正的基本原理與過程

目的：改正原始圖像的幾何變形→符合某種地圖投影或圖形表達(dá)要求的新圖像。

基本環(huán)節(jié)：像素坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；像素亮度值重采樣。準(zhǔn)備工作逐個像素的幾何位置變換輸入原始數(shù)字圖像建立糾正變換函數(shù)確定輸出圖像范圍像素亮度值重抽樣輸出糾正后的圖像遙感數(shù)字影像幾何校正的一般過程輸入原始數(shù)字影像像元灰度重采樣輸出糾正數(shù)字影像確定工作范圍選擇地面控制點選擇地圖投影匹配地面控制點與像元位置選擇校正函數(shù)和相關(guān)參數(shù)（1）準(zhǔn)備工作

收集和分析影像數(shù)據(jù)、地圖資料、大地測量成果、航天器軌道參數(shù)和傳感器姿態(tài)參數(shù)，所需控制點的選擇和量測等。（2）原始數(shù)字影像輸入

按規(guī)定的格式將遙感數(shù)字影像用專門的程序讀入計算機。（3）確定工作范圍并裁剪

一般裁剪范圍要大于工作范圍。（4）選擇地面控制點（直接影響圖像最后的校正精度）根據(jù)圖像特征和地區(qū)情況，結(jié)合野外調(diào)查和地形圖選擇地面控制點。（5）選擇地圖投影，確定合適的相關(guān)投影參數(shù)。（6）匹配地面控制點和像素位置

地面控制點與相應(yīng)像素為同名地物點，應(yīng)清晰無誤地進(jìn)行匹配。（7）評估校正精度

中低分辨率圖像的精度以像素為單位，平均精度在1個像元內(nèi)；

高分辨率圖像的精度以米為單位。校正后，一般應(yīng)求出平均誤差（均方根誤差RMSE，即平均誤差平方和的平方根）和地面控制點的最大誤差。（8）坐標(biāo)變換

校正變換函數(shù)用來建立影像坐標(biāo)和地面（地圖）坐標(biāo)間的數(shù)學(xué)關(guān)系，即輸入影像和輸出影像間的坐標(biāo)變換關(guān)系。

糾正方法一般有多項式法、共線方程法、隨機場內(nèi)的插值法等。（9）像元的灰度重采樣

因數(shù)字影像是相片的離散化采樣，當(dāng)想知道非采樣點的灰度值時，就需要由采樣點（已知像素）內(nèi)插，稱為重采樣。

其附近像素（采樣點）的灰度值對被采樣點的影響的大小可以用重采樣函數(shù)來表達(dá)。

常用的方法有四種：（下面具體介紹）鄰近像元法：最簡單，精度低雙線性插值法：最常用三次卷積插值法：精度高但速度慢雙像素重采樣法：對一個像素在x,y方向均擴大1倍，然后再對放大了1倍的影像重采樣。精度較好。（10）輸出糾正數(shù)字影像。原始影像糾正后影像注：地面控制點（GCP）是幾何校正中用來建立糾正方程的基礎(chǔ)，是最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)。控制點選擇問題1）控制點數(shù)目

最少控制點數(shù)目N=(n+1)(n+2)/2,其中n為二元多項式的次數(shù);但控制點個數(shù)都大于最低數(shù)目（有時為6倍），一般地，都多選取20－30個控制點。2）選擇原則

控制點分布均勻，邊界、四角要有，以避免圖像校正不能滿幅，地形起伏大的區(qū)域要多選；所選點在圖像上要易辨認(rèn)且目標(biāo)較小，如道路的交叉點、河流的分叉處或彎曲處、飛機場等，而且這些特征在研究時間范圍內(nèi)沒有變化只在自己關(guān)注的區(qū)域選取控制點可以通過地形圖或現(xiàn)場實測獲取。地形圖與圖像獲取日期應(yīng)盡量接近。影像分辨率與相應(yīng)比例尺的地形圖配準(zhǔn)，如：LandsatTM（30米，彩色），1:10萬地形圖SPOT5(10米，彩色)，1:5萬地形圖Quickbird（彩色，2.44米）1:5千地形圖還可以使低精度圖像與高精度圖像配準(zhǔn)(在高精度圖像上選點)3）地面控制點坐標(biāo)的確定從硬拷貝平面圖（如比例尺1:5萬的地形圖）中提取GCP;直接從屏幕上提取數(shù)字地形圖中的GCP坐標(biāo)；從幾何校正后的數(shù)字正射影像中提取GCP;GPS野外測量獲取GCP坐標(biāo)。獲取影像-地圖校正的精確地面控制點地圖坐標(biāo)信息的方法GPS測控制點：TM數(shù)據(jù)（30米），GPS精度應(yīng)在10－20米之間；SPOT數(shù)據(jù)（5－10米），GPS精度應(yīng)在亞米級；更高的校正精度要求，宜用差分GPS來獲取坐標(biāo)。但使用GPS測量要注意投影問題。GPS使用的是WGS84經(jīng)緯度投影，在使用前可能要進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換。地面控制點的地理坐標(biāo)必須與投影要求一致，否則會帶來較大誤差。140控制點質(zhì)量評價-----RMS誤差

RMS誤差（均方根）是GCP的輸入點位和地理坐標(biāo)反算的位置之間的距離，所期望輸出的坐標(biāo)（以像素為單位）與實際輸出的坐標(biāo)之間的偏差。RMS誤差用計算距離的方程求得：

xi和yi是輸入同名控制點的圖像坐標(biāo)；

xr和yr是同名控制點逆變換后的圖像坐標(biāo)。

RMS誤差以坐標(biāo)系統(tǒng)的距離來表示。用像元數(shù)。例如，RMS誤差是2意味著參考像元與逆轉(zhuǎn)換像元之間的距離是2個像元。RMS誤差的容忍取決于數(shù)據(jù)質(zhì)量以及應(yīng)用目的

LandsatTM一般控制在1個像元，30m以內(nèi)。

AVHRR一般控制在1.5個像元，1.5Km以內(nèi)。計算轉(zhuǎn)換參數(shù)和RMS誤差后，可能的選擇：1)

剔除具有最高RMS誤差的點，用剩下的GCP計算另一套轉(zhuǎn)換參數(shù)，可能會得到更為接近的擬合。但是，如果在圖像的某一區(qū)域只有一個GCP，那么剔除它可能導(dǎo)致更大的誤差；2)

只選擇最有把握的點；3)

提高轉(zhuǎn)換階，進(jìn)行更復(fù)雜的幾何轉(zhuǎn)換，這樣的轉(zhuǎn)換矩陣可能使GCP擬合誤差減少；4)

增大RMS誤差的允許值。不要故意調(diào)整同名點位置，來降低RMS遙感圖像的精糾正處理概念：消除圖像中的幾何變形，產(chǎn)生一幅符合某種地圖投影或圖形表達(dá)要求的新圖像。

兩個環(huán)節(jié)：像素坐標(biāo)的變換，即將圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)榈貓D或地面坐標(biāo)；坐標(biāo)變換后的像素亮度值重采樣。遙感圖像精糾正處理過程（1）根據(jù)圖像的成像方式確定影像坐標(biāo)和地面坐標(biāo)之間的數(shù)學(xué)模型。（2）根據(jù)地面控制點和對應(yīng)像點坐標(biāo)進(jìn)行平差計算變換參數(shù)，評定精度。（3）對原始影像進(jìn)行幾何變換計算，像素亮度值重采樣。目前的糾正方法有多項式法，共線方程法和基于有理函數(shù)的遙感圖像糾正等。一、遙感圖像的多項式糾正多項式糾正回避成像的空間幾何過程，直接對圖像變形的本身進(jìn)行數(shù)字模擬。遙感圖像的幾何變形由多種因素引起，其變化規(guī)律十分復(fù)雜，難以用一個嚴(yán)格的數(shù)字表達(dá)式來描述，而是用一個適當(dāng)?shù)亩囗検絹砻枋黾m正前后圖像相應(yīng)點之間的坐標(biāo)關(guān)系。本法對各種類型傳感器圖像的糾正是適用的。利用地面控制點的圖像坐標(biāo)和其同名點的地面坐標(biāo)通過平差原理計算多項式中的系數(shù)，然后用該多項式對圖像進(jìn)行糾正。常用的多項式有一般多項式、勒讓德多項式以及雙變量分區(qū)插值多項式等。一般多項式糾正糾正變換公式為（以二次項為例）：

x

i=a0+a1XI+a2YI+a3XIYI+a4XI

2+a5YI

2y

i=b0+b1XI+b2YI+b3XIYI+b4XI

2+b5YI2其中，x，y為某像素原始圖像坐標(biāo)；X、Y為同名像素的地面（或地圖）坐標(biāo)。

糾正內(nèi)容：?選用一次項糾正時，可以糾正圖像因平移、旋轉(zhuǎn)、比例尺變化和仿射變形等引起的線性變形。?選用二次項糾正時，則在改正一次項各種變形的基礎(chǔ)上，還改正二次非線性變形。?選用三次項糾正則改正更高次的非線性變形。一、遙感圖像的多項式糾正多項式法——求系數(shù)：多項式的項數(shù)（即系數(shù)個數(shù)）N與其階數(shù)n有著固定的關(guān)系：

N=(n+1)(n+2)/2多項式系數(shù)ai,bj

(i,j=0，1，2，…(N－1))一般由兩種辦法求得：用可預(yù)測的圖像變形參數(shù)構(gòu)成；利用已知控制點的坐標(biāo)值按最小二乘法原理求解。控制點的選取地面控制點（GCP：GroundControlPoint）：圖像的配準(zhǔn)以地面坐標(biāo)在地圖或遙感圖像上相對應(yīng)的點為匹配標(biāo)準(zhǔn)，這些對應(yīng)的點稱為地面控制點。1）地面控制點數(shù)目的確定對二元n次多項式，控制點的最小數(shù)目為：實際工作表明：選取控制點的最少數(shù)據(jù)來校正圖像，效果往往不好，特別是在特征變化大的地區(qū)，控制點的數(shù)目要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于最少控制點數(shù)。控制點的選取2）地面控制點選取原則（1）圖像上為明顯的地物點，易于判讀（道路交叉口、河流轉(zhuǎn)彎處等）。（2）圖像上均勻分布（圖像的邊緣部分選取控制點，盡量滿幅均勻選取）。（3）數(shù)量要足夠（特征變化大的地區(qū)，多選控制點）。3）獲取方法（1）GPS或野外測量（2）地形圖上讀取控制點的選取控制點的選取控制點的選取多項式糾正步驟用已知地面控制點求解多項式系數(shù)遙感圖像的糾正變換遙感圖像亮度（灰度）值的重采樣

糾正方案的確定

原始影像糾正影像亮度重配置

直接法：是從原始圖像陣列出發(fā)，按行列的順序依次