遙感圖像的假彩色合成

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 北京化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文遙感圖像的假彩色合成姓名：劉曉璐 班級(jí)：信息與計(jì)算科學(xué)0304班 學(xué)號(hào)：遙感圖像的假彩色合成摘要：遙感，作為采集地球數(shù)據(jù)及其變化信息的重要技術(shù)手段，在世界范圍內(nèi)及其我國(guó)的許多政府部門，科研單位和公司得到了廣泛的應(yīng)用。在遙感數(shù)據(jù)源向著更高光譜分辨率和更高空間分辨率發(fā)展的同時(shí)，處理技術(shù)也更加成熟；在應(yīng)用上，結(jié)合了地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS），向著更系統(tǒng)化，更定量化方向發(fā)展，使遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用更加廣泛和深入。 假彩色增強(qiáng)是將一幅彩色圖

2、像映射為另一幅彩色圖像，從而達(dá)到增強(qiáng)彩色對(duì)比，使某些圖像達(dá)到更加醒目的目的。 本文的主要目的就是大遙感的多光譜圖像用自然彩色顯示。在遙感的多光譜圖像中，有些是不可見光波段的圖像，如近紅外，紅外，甚至是遠(yuǎn)紅外波段。因?yàn)檫@些波段不僅具有夜視能力，而且通過(guò)與其他波段的配合，易于區(qū)分地物。用假彩色技術(shù)處理多光譜圖像，目的不在于使景物恢復(fù)自然的彩色，而是從中獲得更多的信息。為了實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本文采用了MATLAB數(shù)學(xué)軟件編程的方法以及運(yùn)用Envi4.2 軟件直接編輯圖像這兩種方法，并對(duì)其進(jìn)行對(duì)比，得出最優(yōu)的合成圖像。關(guān)鍵詞：圖像融合，假彩色合成，彩色增強(qiáng)，灰度級(jí)，RGB圖像，F(xiàn)alse color m

3、apping for image fusionAbstract: A pixel-based color-mapping algorithm is presented that produces a fused false color rendering of two gray-level images representing different sensor modalities. The resulting images have a higher information content than each of the original images and retain sensor

4、 specific image information. The unique component of each image modality is enhanced in the resulting fused color image representation. First, the component of two original input images is determined. Second, the common component of each image. Third, the unique component of each image modality is s

5、ubtracted from the image of the other modality. This step serves to enhance the representation of sensor-specific details in the final fused result. Finally, a fused color image is produced by displaying the images resulting from the last step through, respectively, the red and green channels of a c

6、olor display. The method is applied to fuse thermal and visual images. The results show that the color mapping enhances the visibility of certain details and preserves the specificity of the sensor information. The fused images also have a fairly natural appearance. The fusion scheme involves only o

7、perations on corresponding pixels. The resolution of the input images. Before fusing, the contrast of the images can be enhanced and their noise can be reduced by standard image processing techniques. The color mapping algorithm is computationally simple. This implies that the investigated approache

8、s can eventually be applied in real time and that the hardware needed is not too complicated or too voluminous(an important consideration when it has to fit in an airplane, for instance).Key words: image fusion, false color mapping, color enhances, gray-level, RGB images 前 言點(diǎn)明畢業(yè)論文的論題、學(xué)術(shù)意義以及其與所閱讀文獻(xiàn)的關(guān)

9、系，簡(jiǎn)要說(shuō)明文獻(xiàn)收集的目的、重點(diǎn)、時(shí)空范圍、文獻(xiàn)種類、核心刊物等方面的內(nèi)容。一遙感圖像假彩色合成的重要意義：對(duì)過(guò)去和歷史的介紹及科學(xué)成就應(yīng)用領(lǐng)域。 遙感的英文是“Remote Sensing，意為“遙遠(yuǎn)的感知”。其科學(xué)含義一般理解為:在遙遠(yuǎn)的地方，感測(cè)目標(biāo)的“信息”，通過(guò)對(duì)信息的分析研究，確定目標(biāo)的屬性及目標(biāo)物之間關(guān)系。也就是說(shuō):不與目標(biāo)物接觸，憑借其發(fā)出的某些信息識(shí)別目標(biāo)，所以有人將遙感技術(shù)作為一種偵查技術(shù)。 目前，對(duì)遙感比較一致的定義是:在遠(yuǎn)離被測(cè)物體或現(xiàn)象的位置上，使用一定的儀器設(shè)備，接收、記錄物體或現(xiàn)象反射或發(fā)射的電磁波信息，經(jīng)過(guò)信息的傳輸、加工處理及分析與解譯，對(duì)物體及現(xiàn)象的性質(zhì)及其

10、變化進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別的理論與技術(shù)。 1958年，世界上第一張航空像片獲得后，出現(xiàn)的航片判讀技術(shù)是現(xiàn)代遙感技術(shù)的雛形。1956年，世界上第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功，為遙感技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了新的條件。同時(shí)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用使海量衛(wèi)星數(shù)據(jù)的處理等方面快速有效，尤其在圖像的壓縮、變換、復(fù)原、增強(qiáng)和信息提取方面更顯示了它的優(yōu)越性?，F(xiàn)代遙感史以20世紀(jì)60年代末人類首次登上月球?yàn)橹匾锍瘫?，隨后美國(guó)宇航局(NASA)、歐空局(ESA)和其他一些國(guó)家，如加拿大、日本、印度和中國(guó)先后建立了各自的遙感系統(tǒng)。所有這些系統(tǒng)已提供了大量從太空向地球觀測(cè)而獲得有價(jià)值的數(shù)據(jù)和圖片。隨著信息技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，衛(wèi)星

11、遙感影像分辨率有了很大提高，包括空間分辨率、光譜分辨率和時(shí)間分辨率。1972年美國(guó)發(fā)射了第一顆地球資源技術(shù)衛(wèi)星(ERTS-1)后更名為陸地衛(wèi)星1號(hào)(Landsat-1)，標(biāo)志著地球遙感新時(shí)代的開始。1972年以后，美國(guó)發(fā)射了一系列陸地衛(wèi)星，包括陸地衛(wèi)星1號(hào)至7號(hào)，所攜帶的傳感器由四波段的多光譜掃描儀(MSS的分辨率為80m)發(fā)展到80年代初投入使用的專題制圖儀(TM影像有7個(gè)波段，分辨率除第6波段的120m外，其余皆為30m)，再到1999年4月發(fā)射升空的陸地衛(wèi)星7號(hào)所搭載的增強(qiáng)型專題制圖儀ETM十(第6波段的分辨率提高到60m，增加了分辨率為15m的全色波段)。80年代后期至90年代初，法國(guó)

12、發(fā)射的SPOT衛(wèi)星上載有20m (10m)的高分辨率傳感器(HRV分辨率為20m,全色波段為10m)，SPOT 能在鄰近的軌道間實(shí)現(xiàn)立體覆蓋，主要目的是對(duì)同一感興趣的地區(qū)進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)監(jiān)視它的動(dòng)態(tài)變化。1999年9月，美國(guó)空間成像公司(Space Imaging Inc.)發(fā)射成功的小衛(wèi)星上載有1KONOS傳感器，能夠提供10m的全色波段和4m的多光潛波段，是世界上第一顆商用1m 分辨率的遙感衛(wèi)星。此外，SPIN-2衛(wèi)星數(shù)據(jù)由俄國(guó)返回式衛(wèi)星從80年代至今獲得，它提供2m 和10m 分辨率全色影像數(shù)據(jù)及DEM 和立體像對(duì)。由韓國(guó)太空研究院所有的KOMPSAT衛(wèi)星數(shù)據(jù)從2000年開始可以提供6.6m

13、分辨率的全色波段數(shù)據(jù)和13m多光譜(四個(gè)波段)數(shù)據(jù)。另一方面 ，低空間、高時(shí)相的AVHRR(氣象衛(wèi)星NOAA系統(tǒng)系列，星下點(diǎn)分辨率為lkm)以及其他各種航空航天多光譜傳感器亦相繼投入運(yùn)行，形成現(xiàn)代遙感技術(shù)高速發(fā)展的盛期。除了常規(guī)遙感技術(shù)迅猛發(fā)展外，開拓性的成像光譜儀的研制己在80年代開始，并逐漸形成了高光譜分辨率的新遙感時(shí)代。2001年發(fā)射的OrbView衛(wèi)星能同時(shí)提供更高空間分辨率和光譜分辨率的數(shù)據(jù)。它提供lm全色波段影像和4m或5m的多光譜波段及空間分辨率為8m的200個(gè)波段的高光譜數(shù)據(jù)。遙感及遙感影像的發(fā)展不僅僅表現(xiàn)在傳感器空間分辨率的提高上，其他各個(gè)方面發(fā)展也十分快，遙感平臺(tái)由遙感衛(wèi)星

14、、宇宙飛船、航天飛機(jī)有一定時(shí)間間隔的短中期觀察，發(fā)展為以國(guó)際空間站為主的多平臺(tái)多層面，長(zhǎng)期的動(dòng)態(tài)檢測(cè)。遙感圖像處理硬件系統(tǒng)也從光學(xué)處理設(shè)備轉(zhuǎn)向數(shù)字處理系統(tǒng)，處理速度急速增加，使海量數(shù)據(jù)的處理成為現(xiàn)實(shí)。遙感圖像處理軟件系統(tǒng)不斷翻新，從人機(jī)對(duì)話(ARIESI Z S101等)發(fā)展到視窗方式E RDAS, ENVI等)，未來(lái)將向智能化方向發(fā)展。另一個(gè)特點(diǎn)是與GIS的集成，有代表性的是ERDAS與ARC/INFO的集成。遙感軟件的組件化也是一個(gè)發(fā)展方向?？傊?，信息技術(shù)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展帶來(lái)了遙感數(shù)據(jù)源的極大豐富，每天都有數(shù)量龐大的不同分辨率的遙感信息，從各種傳感器上接收下來(lái)。這些高質(zhì)量的遙感數(shù)據(jù)為

15、遙感定量化、動(dòng)態(tài)化、網(wǎng)絡(luò)化、實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化及利用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行地物特征的提取提供了豐富的數(shù)據(jù)源。二假彩色合成技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r：近年來(lái)的科學(xué)成就 國(guó)內(nèi)外發(fā)展了許多針對(duì)彩色圖像的增強(qiáng)處理方法，比如灰度圖像增強(qiáng)和彩色圖像增強(qiáng)。灰度增強(qiáng)是一種點(diǎn)處理方法，灰度增強(qiáng)主要突出像元之間的反差(或稱對(duì)比度)，所以也稱“反差增強(qiáng)”，“反差擴(kuò)展”，或“灰度拉伸”等。目前幾乎所有遙感圖像都沒(méi)有充分利用遙感器的全部敏感范圍，各種地物目標(biāo)的灰度值往往局限在一個(gè)比較狹小的灰度范圍內(nèi)，使圖像看起來(lái)不鮮明清晰，許多地物目標(biāo)和細(xì)節(jié)彼此相互遮掩，難于辨認(rèn)。通過(guò)灰度拉伸處理，擴(kuò)大圖像灰度值動(dòng)態(tài)變化范圍，可加大圖像象元之間的灰度對(duì)比度

16、，因此有助于提高圖像的可解譯性。灰度拉伸方法有線性拉伸、分段線性拉伸、及非線性拉伸等。遙感圖像的彩色增強(qiáng)是遙感圖像應(yīng)用處理的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。彩色增強(qiáng)包括密度分割和彩色編碼、彩色合成、HIS變換。密度分割的目的是以色彩差異來(lái)突出和增強(qiáng)感興趣的地物目標(biāo)，所以密度分割的層數(shù)和分割點(diǎn)都要根據(jù)專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，并參照地物波潛來(lái)確定。彩色合成是圖像增強(qiáng)應(yīng)用最為廣泛的一種處理技術(shù)，隨著多光譜遙感和多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)的發(fā)展， 日益顯示出其巨大的應(yīng)用價(jià)值。為了獲得最佳的合成效果，優(yōu)化參與合成的分量圖像組合及賦色方案非常重要關(guān)于組合問(wèn)題，一方而通過(guò)計(jì)算各種組合嫡值反映的信息、量大小，同時(shí)分析各分量識(shí)別區(qū)分主要地物類別能

17、力高低來(lái)確定。在圖像增強(qiáng)方面，楊燕京等證明在我國(guó)南方林區(qū)，TM遙感影像增強(qiáng)法最好是非線性變換。先行變換有利于針葉樹種的判讀。黃建文用歸一化指數(shù)法(NDVI)及比值與原始波段復(fù)合的方法進(jìn)行圖像增強(qiáng)，認(rèn)為比值和原始波段復(fù)合法是最好的分類方法。塔西浦拉提.特依拜等提出二維RGB法，也比較實(shí)用。 圖像融合也是圖像增強(qiáng)的一種方法，國(guó)內(nèi)外在圖像融合方面進(jìn)行的探索和研究也很多。賈永紅等在研究BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，采用動(dòng)量法和學(xué)習(xí)率自適應(yīng)策略，提高了可靠性。并提出實(shí)現(xiàn)了多元遙感影像象素級(jí)融合分類兩種方法。王仁禮將三種HIS變換反用于SPOT全色波段與TM多光譜數(shù)據(jù)融合并證明六棱柱法優(yōu)于三角形法。賈永紅、孫家柄

18、等提出遙感多光譜影像數(shù)據(jù)與航片數(shù)字化影像融合方法Ill. 1990年12月在第29屆IEEE控制與決策會(huì)議上，MIT的A-SWillsky教授法國(guó)數(shù)學(xué)家A.Benvensite和B.R.Nikoukhah首先提出了多尺度系統(tǒng)理論。他們利用小波逆變換中尺度與時(shí)間的相似性，將卡爾曼濾波和Rauch Tung Striebel平滑算法推廣到多尺度狀態(tài)空間，給出了二維信號(hào)的多尺度估計(jì)與融合算法。意大利的GSimon等人將這一算法推廣到二維圖像處理，用于多分辨率SAR圖像的融合。他們將分辨率不同的4幅圖像對(duì)應(yīng)于4個(gè)不同尺度上的測(cè)量，基于這4個(gè)測(cè)量對(duì)事物的狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，得到最小方差意義上的最優(yōu)融合圖像.l

19、a1高精度遙感影像糾正融合新方法有國(guó)際著名的數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量學(xué)者張祖勛教授提出的一種先進(jìn)的遙感影像相互校準(zhǔn)的大面元微分糾正算法，在其基礎(chǔ)上又提出了小面元微分糾正算法。該算法利用了數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量中影像匹配的研究成果，即影像特征提取與基于松弛法的整體影像匹配，全自動(dòng)地獲取密集同名點(diǎn)對(duì)作為控制點(diǎn)， 由密集同名點(diǎn)對(duì)構(gòu)成密集三角網(wǎng)(小面元)，利用小三角形面元遣行微分糾正，實(shí)現(xiàn)影像精確配準(zhǔn)。然后進(jìn)行影的像糾正融合處理，這使遙感影像的配準(zhǔn)、糾正與融合技術(shù)提高到了新的階段。遙感影像增強(qiáng)和融合對(duì)提高遙感影像視覺(jué)效果起著至關(guān)重要的作用。通過(guò)圖像的增強(qiáng)和融合可以提高影像的判別精度，并使遙感影像更滿足人們的視覺(jué)心理要求。這

20、些方法是遙感影像近自然彩色模擬必不可少的步驟。三本課題的意義及研究途徑概述：對(duì)Toet方法的介紹，改進(jìn)，對(duì)比，主要方法，目的，意義，文獻(xiàn)種類。 遙感數(shù)據(jù)以其多種優(yōu)勢(shì)在許多行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，林業(yè)遙感是眾多應(yīng)用中的一種。近20年來(lái)，林業(yè)遙感技術(shù)有了長(zhǎng)足進(jìn)步，林業(yè)遙感己成為中國(guó)遙感技術(shù)中應(yīng)用最為活躍的領(lǐng)域之一。利用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行森林資源、生態(tài)資源、林火和病從蟲害檢測(cè)等正趨普遍，效果也日益明顯。 更明顯的不足是遙感影像的色彩方面。航天遙感影像的色彩，不是地物的自然顏色的映射，與實(shí)際地物顏色差別很大。在視覺(jué)上也給用戶帶來(lái)不便，利用衛(wèi)星像片進(jìn)行判讀的地類、林分等非常不穩(wěn)定。彩色合成是多光譜圖像處理的有效

21、方法，它把只有灰度差別的一組單譜段圖像按照人們的需要有機(jī)的合成為一幅彩色圖像，既可以增加可視信息量，又可以增強(qiáng)目標(biāo)與背景或不同地物之間的對(duì)比，從而使圖像的解譯能力得到改善。針對(duì)不同的應(yīng)用目的，可以實(shí)施不同的彩色合成方案。本研究旨在通過(guò)遙感影像的假彩色合成以及增強(qiáng)處理，使圖實(shí)現(xiàn)遙感影像色彩向自然色彩的逼近，在影像的視覺(jué)上和信息含量上能有-個(gè)雙重突破，滿足生產(chǎn)應(yīng)用部門的要求，同時(shí)也提高了遙感影像的判讀精度。本文主要參考Toet方法（將在下一章中進(jìn)行具體的介紹），對(duì)其進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)并進(jìn)行改進(jìn)來(lái)達(dá)到本篇論文的最終目的。在進(jìn)行論文完善的過(guò)程中，參考了大量的期刊和書籍文獻(xiàn)。正文第一章：遙感圖像的特征及圖像融

22、合的基本概念 本章首先介紹了遙感圖像的基本特征，直方圖，灰度級(jí)以，并介紹了一些關(guān)于彩色視覺(jué)與彩色圖像的基本知識(shí)。其次，在本章節(jié)中還介紹了假彩色的概念和一些常見的合成與增強(qiáng)的方法，為在下一章中對(duì)主要的幾種方法進(jìn)行分析和對(duì)比打下理論基礎(chǔ)。1.1 遙感圖像的特征分析 1.1.1遙感的基本概念：廣義，狹義 遙感從廣義上說(shuō)是泛指從遙遠(yuǎn)探測(cè)、感知物體或事物的技術(shù)。自然界中有很多遙感現(xiàn)象。1962年，在美國(guó)密執(zhí)安大學(xué)威羅蘭召開的第一次環(huán)境遙感討論會(huì)上將遠(yuǎn)距離探測(cè)技術(shù)正式命名為Remote Sensing通?？s寫為RSI11。具體的說(shuō)，遙感即不直接接觸物體本身，從遠(yuǎn)處通過(guò)儀器傳感器)探測(cè)和接收來(lái)自目標(biāo)物體的信

23、息(如電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁波、地震波等信息)，經(jīng)過(guò)信息的傳輸及其處理分析，識(shí)別物體的屬性及其分布特征的技術(shù)。衛(wèi)星遙感成為檢測(cè)地球資源與環(huán)境宏觀變化的最佳手段。 1.1.2 遙感的類型：按遙感平臺(tái)分，按傳感器的探測(cè)波段分，按工作方式分，按遙感的應(yīng)用領(lǐng)域分。 遙感的分類方法很多，主要有下列幾種：1.按遙感平臺(tái)分類：地面遙感：傳感器設(shè)置在地面平臺(tái)上，如車載、船載、手提、固定或活動(dòng)高架平臺(tái)等；航空遙感：傳感器設(shè)置于航空器上，主要是飛機(jī)、氣球等；航天遙感：傳感器設(shè)置于環(huán)地球的航天器上，如人造地球衛(wèi)星、航天飛機(jī)、空間站、火箭等；航宇遙感：傳感器設(shè)置于星際飛船上，指對(duì)地月系統(tǒng)外的目標(biāo)的探測(cè).2.按傳感器的探測(cè)波

24、段分類：紫外遙感：探測(cè)波段在005038m之間；可見光遙感：探測(cè)波段在038076m之間；紅外遙感：探測(cè)波段在0761 000m之間；微波遙感：探測(cè)波段在1 mm10m之間；多波段遙感：指探測(cè)波段在可見光波段和紅外波段范圍內(nèi)，再分成若干 窄波段來(lái)探測(cè)目標(biāo)。3.按工作方式分類：主動(dòng)遙感和被動(dòng)遙感：主動(dòng)遙感由探測(cè)器主動(dòng)發(fā)射一定電磁波能量并接收目標(biāo)的后向散射信號(hào)；被動(dòng)遙感的傳感器不向目標(biāo)發(fā)射電磁波，僅被動(dòng)接收目標(biāo)物的自身發(fā)射和對(duì)自然輻射源的反射能量。成像遙感與非成像遙感：前者傳感器接收的目標(biāo)電磁輻射信號(hào)可轉(zhuǎn)換成(數(shù)字或模擬)圖像；后者傳感器接收的目標(biāo)電磁輻射信號(hào)不能形成圖像。從大的研究領(lǐng)域可分為外層

25、空間遙感、大氣層遙感、陸地遙感、海洋遙感等；4.按具體應(yīng)用領(lǐng)域分類：資源遙感、環(huán)境遙感、農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感、漁業(yè)遙感、地質(zhì)遙感、氣象遙感、水文遙感、城市遙感、工程遙感及災(zāi)害遙感、軍事遙感等，還可以劃分為更細(xì)的研究對(duì)象進(jìn)行各種專題應(yīng)用。 1.1.3 遙感的主要特點(diǎn)：大面積的同步觀測(cè)，時(shí)效性，數(shù)據(jù)的綜合性和可比性，經(jīng)濟(jì)性，局限性。 遙感具有空間性、時(shí)間性、波譜特性、技術(shù)先進(jìn)受地面限制少、信息量大等特點(diǎn)?？臻g特性是指遙感的探側(cè)距離遠(yuǎn)、范圍大，具有宏觀性和直觀性;時(shí)間性是指遙感獲取資料和信息快、更新周期短，能夠動(dòng)態(tài)檢測(cè)并能反映動(dòng)態(tài)變化;波譜特性是指有許多波段(紅外、紫外、可見光、微波短)都用于遙感，各

26、波段的性質(zhì)不同，應(yīng)用范圍也各不相同;信息量大用途廣的特性是指遙感獲取的信息量巨大，己經(jīng)廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、氣象、環(huán)保、土地利用和土地覆蓋、軍事偵察和測(cè)繪等多個(gè)領(lǐng)域。相對(duì)于其他對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，遙感具有先進(jìn)性、綜合性、和實(shí)用性的特點(diǎn)121。其先進(jìn)性表現(xiàn)在它涉及當(dāng)代多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)和尖端領(lǐng)域;綜合性表現(xiàn)在它是多項(xiàng)種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。遙感按遙感平臺(tái)(搭載遙感器的載體)分類，遙感可分為航天遙感(人造衛(wèi)星和宇宙飛船等)、航空遙感(飛機(jī)和氣球等)、地面遙感(遙感車和遙感塔等):按不同地學(xué)研究對(duì)象可分為大氣遙感、海洋遙感、陸地遙感三大領(lǐng)域;按照應(yīng)用領(lǐng)域可分為地質(zhì)遙感、環(huán)境遙感、土地遙感、卜地覆被遙感、林業(yè)遙感等。1.1.

27、4 遙感圖像的直方圖統(tǒng)計(jì)和強(qiáng)度分層： 1.灰度直方圖 直方圖是圖像窗口中，多種不同灰度的像素分布的概率統(tǒng)計(jì)。視覺(jué)系統(tǒng)所觀察到的圖像窗口中的紋理基元必然對(duì)應(yīng)于一定概率分布的直方圖，其間存在著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，就可以讓計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行兩個(gè)適當(dāng)大小的圖像窗口中的紋理基元的計(jì)算和分析；或已知兩個(gè)圖像窗口中的一個(gè)窗口里的紋理基元時(shí)，若將連續(xù)的圖像窗口的直方圖的相近性進(jìn)行比較，即可發(fā)現(xiàn)及鑒別紋理基元排列的周期性和緊密性等。具體步驟如下：選擇合適的領(lǐng)域大?。粚?duì)每一個(gè)像素計(jì)算出其領(lǐng)域中的灰度直方圖；比較求出的直方圖與已知的各種紋理基元或含有紋理基元的領(lǐng)域的直方圖間的相似性，若相似，則說(shuō)明圖像中了能存在

28、已知的紋理基元；比較不同像素所對(duì)應(yīng)的滯港圖間的相似性，從中可以發(fā)現(xiàn)紋理基元排列的周期性，疏密性等特征。 2強(qiáng)度分層技術(shù) 強(qiáng)度分層的技術(shù)（有時(shí)候也叫做密度分層）以及彩色編碼是偽彩色處理最簡(jiǎn)單的例子之一。如果一個(gè)圖像被轉(zhuǎn)換成三維函數(shù)（空間坐標(biāo)的強(qiáng)度），這種方法可以被看作是放置一些平行于圖像坐標(biāo)面的平面，然后在相交的全域里，每個(gè)平面切割這個(gè)函數(shù)。圖1.1.4.1 就是一個(gè)利用平面把圖像函數(shù)= 分成兩部分的例子。圖1.1.4.1強(qiáng)度分層技術(shù)的幾何解釋 如果給圖1.1.4.1 的每一個(gè)平面賦予不同的彩色，每一個(gè)平面上方的灰度級(jí)像素將被編碼成一種彩色，并且任意一個(gè)平面下方的像素將被編碼成另一種顏色。在平面

29、上的灰度層本身也可能被編碼成這兩種彩色之一。結(jié)果是兩色圖像所表現(xiàn)出來(lái)的圖像彩色可以由沿灰度軸上下移動(dòng)的分割平面來(lái)控制。通常情況下，這種技術(shù)可以被總結(jié)為以下情形：令0，L-1表示灰度級(jí)，設(shè)表示黑色，表示白色 。假設(shè)把垂直于強(qiáng)度軸的P個(gè)平面定義為其中0pL-1，這P個(gè)平面將灰度級(jí)分割成P+1個(gè)間隔。灰度級(jí)到彩色值是由下列關(guān)系實(shí)現(xiàn)的： （1.1.4.1 ）其中，是于強(qiáng)度間隔第k級(jí)強(qiáng)度有關(guān)的彩色，是通過(guò)在和上的分隔平面定義的。就強(qiáng)度分層技術(shù)的幾何解釋來(lái)說(shuō)，平面的概念是很有用的。圖1.1.4.2顯示了另一種解釋，它定義了如圖1.1.4.1所示的相同的映射。根據(jù)圖1.1.4.2所示的映射函數(shù)，根據(jù)位于取值

30、的上下，任何輸入的一個(gè)灰度級(jí)都可以賦予兩種顏色中的一種。當(dāng)使用到更多灰度級(jí)時(shí)，映射函數(shù)就會(huì)呈現(xiàn)階梯形式。 圖1.1.4.2 強(qiáng)度分層技術(shù)的另一種解釋1.1.5 彩色視覺(jué)與彩色圖像：彩色圖像處理的許多目標(biāo)是幫助人更好地觀察和理解圖像中的信息，處理方案的選擇和設(shè)計(jì)與信源和信宿的特征密切相關(guān)。所謂信源就是處貍前或者處理理后的圖像，而信宿就是處理前后信息的接收者人的視覺(jué)系統(tǒng)。因此了解圖像特點(diǎn)和人的視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)彩色的感知規(guī)律是十分必要的，本小節(jié)將介紹有關(guān)這方面的內(nèi)容，即色度學(xué)的知識(shí)。1.2 假彩色處理 1.2.1 假彩色合成的基本概念：遙感影像所記錄的包含大量地面信息的灰度并不一定能夠直接用來(lái)識(shí)別地物，因

31、為記錄的是光譜帶電磁波譜能量。通過(guò)處理，改變?cè)跋窕叶冉Y(jié)構(gòu)關(guān)系，使影像更加適于目視判讀。盡管灰度影像有256個(gè)等級(jí)，但是實(shí)際記錄的影像灰度差微小，人眼不能區(qū)別開來(lái)，一般人眼能區(qū)別的灰度大概只有30-40個(gè)等級(jí)。但人眼識(shí)別和區(qū)分色彩的能力卻大得多，可達(dá)數(shù)百中甚至上千種。顯然，根據(jù)人的視覺(jué)特點(diǎn)將彩色應(yīng)用于圖像中能在很大程度上提高遙感圖像目標(biāo)的識(shí)別精度。自然界中的物體， 由于物質(zhì)成分各不相同，對(duì)自然光有著不同的選擇性吸收和反射能力，而呈現(xiàn)出不同的色彩。電磁波中可見光能被人眼感覺(jué)，不同波長(zhǎng)的光顯現(xiàn)出不同顏色。人們對(duì)色彩的敏感有利于人眼對(duì)圖像的判讀，擴(kuò)大影像判讀范圍。為此，若將一般的黑白圖像處理成彩色圖

32、像，顯然可提高原圖像的分辨能力，獲得更好的判讀效果。彩色合成處理就是依照人眼色覺(jué)原理發(fā)展形成的一種光學(xué)增強(qiáng)處理方法。偽彩色的主要應(yīng)用是為了能讓人用肉眼觀察的方式，來(lái)解釋一幅圖像或者序列圖像中的灰度目標(biāo)。就像是本章已開始說(shuō)的那樣，運(yùn)用彩色的其中一個(gè)目的就是，人們可以辨別上千個(gè)彩色和強(qiáng)度，但與灰度相比人們只能辨別二十幾種。實(shí)現(xiàn)灰度圖像的偽彩色有頻率域和空間域兩大類方法。頻率域中主要有頻率濾波法，它輸出圖像的偽彩色與黑白圖像的灰度級(jí)無(wú)關(guān)，而僅與黑白圖像的不同空間頻率成分有關(guān);空間域中實(shí)現(xiàn)灰度圖像等密度偽彩色編碼，目前主要有以下四種方法，即密度分層法、灰度級(jí)一彩色變換法、互補(bǔ)色編碼法和連續(xù)顏色編碼法。

33、密度分層法中，可以人為地將不同灰度級(jí)設(shè)置為不同色但當(dāng)灰度級(jí)太多時(shí)，這種方法顯得太煩瑣?；叶燃?jí)一彩色變換法和像素自身變換法實(shí)質(zhì)上是建立圖像的灰度級(jí)與顏色的一種影射關(guān)系，而互補(bǔ)色編碼法是在建立灰度級(jí)與彩色的對(duì)應(yīng)關(guān)系時(shí)，將兩兩相鄰灰度級(jí)設(shè)置為互補(bǔ)色。下面簡(jiǎn)單介紹一下灰度級(jí)一彩色變換法。灰度級(jí)的彩色變換法就是把黑白圖像的各個(gè)灰度值按照一定的函數(shù)關(guān)系映射成相應(yīng)的彩色，不同的灰度級(jí)對(duì)應(yīng)著不同的彩色。根據(jù)色度學(xué)原理，任何一種顏色都可以由紅、綠、藍(lán)3基色按不同比例來(lái)合成，因此圖像的偽彩色處理首先要設(shè)定紅、綠、藍(lán)3個(gè)變色函數(shù)，對(duì)應(yīng)每個(gè)f(x ,Y) 都有相應(yīng)的紅、綠、藍(lán)輸出，之后三者又合成為一個(gè)彩色，用下式表示

34、: 其變換過(guò)程如圖2-6所示紅色變換綠色變換藍(lán)色變換典型的灰度一彩色變換的傳遞函數(shù)如圖2-7所示:圖 (a) 表 示紅色變換的傳遞函數(shù)，凡是小于L/2的灰度級(jí)，將轉(zhuǎn)變?yōu)樽畎档募t色，而在L/2到3L/4之間的灰度將使紅色從暗到最亮成線J性關(guān)系變換，凡是大于3L/4直到最大灰度級(jí)的L灰度均轉(zhuǎn)變成最亮的紅色。圖(b)和圖(c)分別表示綠色和藍(lán)色變換的傳遞函數(shù)，含意與紅色轉(zhuǎn)換傳遞函數(shù)類似。(d)綜合傳遞函數(shù)為三種彩色傳遞函數(shù)組合在一起的情況，由圖可知只有兩端點(diǎn)和中心點(diǎn)的回答才是純?nèi)?。采用這種組合方案，將使整個(gè)灰度范圍內(nèi)的任何兩種灰度都不具有相同的色彩。以上 這 些 方法都是直接基于RGB三基色空間

35、實(shí)現(xiàn)的，很難按照人們的感知習(xí)慣指定顏色。而在實(shí)際應(yīng)用中，特別是醫(yī)學(xué)圖像的處理中，往往需要偽彩色圖像符合人們的視覺(jué)習(xí)慣，以方便醫(yī)生對(duì)病體的觀察。有人提出一種基于感知顏色空間的偽彩色編碼方法22可以根據(jù)不同的實(shí)際需要，方便地建立灰度級(jí)和顏色的色調(diào)、飽和度和亮度的不同對(duì)應(yīng)關(guān)系，使產(chǎn)生的醫(yī)學(xué)偽彩色圖像符合人們的感知習(xí)慣，視覺(jué)效果較好。 1.2.2 假彩色增強(qiáng)的基本概念：圖像的增強(qiáng)是指特定的需要突出圖像中的某些信息，使得處理的結(jié)果更適合人眼的觀察和機(jī)器的分析處理。由于傳統(tǒng)的面向具體問(wèn)題的圖像增強(qiáng)方法帶有很大的局限性，使得人們的注意力轉(zhuǎn)向了用模糊數(shù)學(xué)的方法進(jìn)行增強(qiáng)。這是近幾年的研究趨勢(shì)，也在醫(yī)學(xué)圖像中 ，

36、在分析和閱讀匯集醫(yī)學(xué)圖像時(shí)，圖像的對(duì)比度，邊緣特征對(duì)診斷的正確性非常重要。偽彩色增強(qiáng)是用彩色來(lái)代替像素灰度值的一種技術(shù)。常用的方法是把黑白圖像的灰度從0（黑）到（白）分成N個(gè)區(qū)間，j=1，2, ,N。給每個(gè)區(qū)間指定一種彩色。例如在微觀電視系統(tǒng)中，在白天具有不同表觀顏色的材料，經(jīng)光陰極幾分成像后，卻可能具有香同的圖像亮度值即灰度值，因而很難分辨，利用為彩色處理后，他們也將被賦予相同的彩色，并不能達(dá)到提高識(shí)別能力的目的。與偽彩色增強(qiáng)不同，假彩色增強(qiáng)所處理的原圖不是黑白圖像，而是一幅由三基色面會(huì)的彩色原圖，或者一組描繪同一目標(biāo)的多光譜圖像，通過(guò)映射函數(shù)將他們逐點(diǎn)映射到有現(xiàn)實(shí)三基色所確定的空間。設(shè)這組

37、描述同一目標(biāo)的多光譜圖像為，所映射的三基色分量的值，,，則假彩色增強(qiáng)可定義為： （1.2.2.1）其中k表示分別在光譜k個(gè)不同波段上提取了k幅圖像。這時(shí)，目標(biāo)上同一像素將對(duì)應(yīng)k個(gè)原始值，經(jīng)由（1.2.2.1）式映射為現(xiàn)實(shí)三基色分量的值。是原圖像灰度值的現(xiàn)行或者非線性函數(shù)。假彩色增強(qiáng)不改變?cè)瓉?lái)像素的位置。 運(yùn)用假彩色增強(qiáng)可使顯示圖像中的目標(biāo)具有與彩色原圖不同的彩色，可使感興趣的目標(biāo)置于特定的彩色環(huán)境中而更引人注目。對(duì)于由假彩色再現(xiàn)這些圖像假彩色合成的方法：在本篇論文中，我們主要用到的是如下的方法。在一幅灰度圖象中，人眼只能同時(shí)區(qū)分出由黑到白的二十多種灰度級(jí)，而人眼對(duì)彩色的分辨率可達(dá)到幾百種甚至上千種。所以將彩色箱式技術(shù)應(yīng)用到圖像融合中，用不同彩色來(lái)顯示灰度差，便可以增強(qiáng)融合圖像的可識(shí)辨性。Alexander Toet