[物理]中山大学GIS课件第四章 遥感图像预处理.ppt

第四章 遥感数据预处理 第一节 数字图像处理的基本概念 第二节 遥感图像辐射定标与大气纠正 第三节 遥感图像几何纠正 第四节 图像增强处理 第五节 遥感图像数据融合 第一节 数字图像处理的基本概念 1.数字图像 2.遥感数字图像 3.数字图像的显示 4.图像文件格式 5.数字图像处理 1.数字图像 是一种以二维数组所表示的图像。 该数组由于对连续变化的空间图像作等间距的抽样所产生的抽样点—像元组成，抽样点的间距取决于图像的分辨率； 抽样点的量值通常为抽样区间内连续变化之地物的均值化量值，一般称亮度值或灰度值，它们的最大、最小区间代表数字图像的动态范围。数字图像物理意义取决于抽样对象的性质。 2.遥感数字图像 遥感数字图像：是相应成像区域内地物电磁辐射强度的二维分布 像元—图像的基本的构成单元，其位置由行、列（X，Y）坐标确定，亮度值（Z）通常以0（黑）到255（白）为取值范围。 因此，任何一幅数字图像都可以通过X、Y、Z的三维坐标系表示出来，如MSS图像可看作X＝2340（行），Y＝3240（列），Z＝0-255的二维坐标系 3. 数字图像的显示 4. 图像文件格式 5.数字图像处理 数字图像处理最基本特点，像元的空间坐标和亮度值都被离散化了，只能取有限的确定的值。 数字图像处理：根据数字图像离散和有限的数字特征，构造各种数字模型和相应算法，由计算机进行运算处理，进而获得更加有利于实际应用的输出图像及有关数据资料。 第二节 辐射校正与大气校正 一、 辐射定标 二、 辐射纠正 三、 辐射与大气的相互作用 四、 大气纠正 一、 辐射定标（calibration） 辐射的偏差问题 定标参数的确定与获取 辐射定标的种类 DN值向辐亮度的转换 辐射的偏差问题 传感器性能（半导体材料性能）的不稳定性 工作过程中电压的起伏 数据的储存 辐射定标的种类 定标参数的确定 DN值向辐亮度的转换 二、 辐射纠正—反射率的计算 电磁辐射与辐射源——地物——传感器的几何关系 水平地面的假设 山地辐射纠正 辐亮度向反射率的转换 电磁辐射与辐射源——地物——传感器的几何关系 入射辐照度下入射方向是余弦关系 对于水平地面，入射辐照度为： 山地辐射纠正 对于崎岖山地，象无面为坡面，入射辐照度是入射方向与坡面法线方向的夹角之余弦与入射光辐照度之积。如坡面方位角为φ，坡度为α，则入射辐照度为： 辐亮度向反射率的转换 反射率：地物反射亮度与相同光照条件下的标准板反射辐亮度之比。 标准板反射辐亮度为： 三、 辐射与大气的相互作用 大气对传感器接收辐射能量的影响 对入射光的消光（extinction) 产生路径辐射（散射）(path radiance) 产生天空漫射光(diffuse skylight) 发生地面——天空的多次反射 邻区经多次散射面混入象元反射光中，造成影像模糊(diffuse adjacency signal) 传感器接收的辐亮度 路径辐射（散射）(path radiance) 分别为大气分子和气溶胶的路径散射 散射角 为散射角，是入射方向与观测方向的夹角 地面反射辐射 对入射光的消光（extinction) 到达地面的太阳直射光辐照率为： 天空漫射光 多次反弹反射率 四、 大气纠正方法 1 已知大气状况的校正方法 2 参考地物法(Invariant—Object Methods) 3 暗目标方法（Dark-Object Methods） 4 其它大气校正方法 1 已知大气状况的校正方法 如果已知大气的垂直廓线（温、湿、压），大气水汽含量，大气光学厚度（气溶胶），以及气溶胶模式，我们可以通过大气辐射传输模式模拟，计算三个不同地表反射率条件下的大气层顶辐射亮度，进而求解得到 a 和 b 值，而达到大气效应纠正的目的。对于可见光/近红外波段而言，大气状况最主要的影响因素是大气气溶胶的变化，即大气光学厚度的变化，因此关键是如何估算遥感图像的气溶胶分布。 2 参考地物法(Invariant—Object Methods) 对于TM等高分辨率的图像，通常可以假设整幅图像的大气状况相同，图像的观测天顶角也可以近似看作相同（垂直观测），如果可以在一幅图像中找到苦干个（3个以上）地表反射率固定不变的地物，则可以通过求解方程组得到大气参数，进而达到整幅图像大气校正的目的。 理论上，n≥3即可求解，但为避免方程的相关性，一般要寻找地表反射率分别为高、中、差的地物作为参考物。 该方法对于时间序列的多幅影像的归一化校正适用。 3 暗目标方法（Dark-Object Methods） 如果图像中包含有浓密的植被，因为浓密植被在可见光反射率很低，被称为暗目标，因此传感器所接收的辐射主要来自于大气的程辐