遙感圖像處理基礎(chǔ)分析報告

遙感圖像處理基礎(chǔ)?ENVI/IDLgisliu@163.comc海新這是遙感圖像處理的一般流程，主要分為6個過程。大多數(shù)的遙感平臺都是按照這個流程來設(shè)計或者是具有這六個過程的功能。遙感圖像處理的一般流程數(shù)據(jù)源選擇圖像輸入與瀏覽圖像預處理（幾何校正、融合、鑲嵌、裁剪、大氣校正等）圖像信息提?。ㄈ斯そ庾g、自動分類、特征提取、 動態(tài)檢測、反演、高程提取）成果報告與應用（制圖、GIS分析、共享）?ENVI/IDL3.1數(shù)據(jù)源選擇——考慮因素圖像選擇經(jīng)濟成本專題目的專題地域環(huán)境專題圖比例尺空間分辨率時間分辨率波譜分辨率?ENVI/IDL3.1數(shù)據(jù)源選擇——常見商業(yè)高分辨率衛(wèi)星?ENVI/IDL3.1數(shù)據(jù)源選擇——其他衛(wèi)星?ENVI/IDL這是中國資源衛(wèi)星應用中心的衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務系統(tǒng)，免費提供中巴衛(wèi)星數(shù)據(jù)ENVI/IDL中國資源衛(wèi)星應用中心衛(wèi)星數(shù)據(jù)服務系統(tǒng)/n16/n1115/n1432/index.html這是環(huán)保部環(huán)境衛(wèi)星的數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)，同樣是免費的ENVI/IDL環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心這是國家衛(wèi)星氣象中心的風云系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)，免費提供風云系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)ENVI/IDL國家衛(wèi)星氣象中心——FY系列/NOAA系列/MODIS/PortalSite/default.aspxENVI/IDL對地觀測數(shù)據(jù)共享服務網(wǎng)——L5/L7/P6/ERS-2/ENVISAT/ENVI/IDL國際科學數(shù)據(jù)服務平臺—TM/MODIS/EO-1/SRTM/G-DEM/ENVI/IDL免費獲取存檔圖像數(shù)據(jù)/NewEarthExplorer/3.2圖像輸入與瀏覽——柵格數(shù)據(jù)儲存順序(一)?ENVI/IDLBSQ按波段順序記錄遙感影像數(shù)據(jù)的格式，每個波段的圖像數(shù)據(jù)文件單獨形成一個影像文件。每個影像中的數(shù)據(jù)文件按照其掃描成像時的次序以行為一個記錄順序存放，存放完第一波段，再存放第二波段，一直到所有波段數(shù)據(jù)存放完為止。3.2圖像輸入與瀏覽——柵格數(shù)據(jù)儲存順序(二)?ENVI/IDLBIL按照波段順序交叉排列的遙感數(shù)據(jù)格式，BIL格式存儲的圖像數(shù)據(jù)文件由一景中的N個（TM圖像N=7）波段影像數(shù)據(jù)組成。每一個記錄為一個波段的一條掃描線，掃描線的排列順序是按波段順序交叉排列的

。33?ENVI/IDL.22圖像輸入與瀏覽——柵格數(shù)據(jù)儲存順序(三)?按照像元順序序的波段順序排排記錄圖像數(shù)據(jù)，即在一行中按每個像元列，各波段數(shù)據(jù)間交叉記錄。?BBIIP3.2圖像輸入與瀏覽——圖像格式?ENVI/IDL傳感器文件格式

不同的衛(wèi)星傳感器研發(fā)或運行機構(gòu)一般會給所分發(fā)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)設(shè)計一種分發(fā)格式，如Landsat系列的Fast格式、EOS系列衛(wèi)星的HDF格式等。商業(yè)軟件文件格式

商業(yè)化的圖像處理軟件都會開發(fā)出軟件本身的圖像格式，如ENVI的Hdr&img格式，Erdas的IMG格式，PCI的pix格式等。通用圖像文件格式

很多圖像格式成為國際通用，被大多數(shù)軟件所支持。如TIFF、JPEG2000、BMP等。3.3圖像預處理——幾何校正（一）?ENVI/IDL引起圖像畸變因素系統(tǒng)誤差有規(guī)律的、可預測的。比如掃描畸變非系統(tǒng)誤差無規(guī)律的如傳感器平臺的高度、經(jīng)緯度、速度和姿態(tài)的不穩(wěn)，地球曲率及空氣折射，地形影響等幾何校正：糾正系統(tǒng)和非系統(tǒng)因素引起的幾何畸變。3.3圖像預處理——幾何校正（二、幾個概念）?ENVI/IDL圖像配準（Registration）：同一區(qū)域里一幅圖像（基準圖像）對另一幅圖像校準，以使兩幅圖像中的同名像素配準。圖像糾正（Rectification）：借助一組控制點，對一幅圖像進行地理坐標的校正。又叫地理參照（Geo-referencing）圖像地理編碼（Geo-coding）：特殊的圖像糾正方式，把圖像矯正到一種統(tǒng)一標準的坐標系。圖像正射校正（Ortho-rectification）：借助于地形高程模型（DEM），對圖像中每個像元進行地形的校正，使圖像符合正射投影的要求。3.3圖像預處理——幾何校正（三、常見方法）?ENVI/IDL幾何粗校正：校正系統(tǒng)誤差，地面站完成地理參照（Geo-referencing）：利用數(shù)據(jù)自帶參數(shù)進行幾何校正。幾何精校正（常簡稱為幾何校正）：基于地面控制點，利用幾何校正模型，構(gòu)建圖像與地面坐標/與圖像之間的幾何關(guān)系完成幾何校正，當控制點選擇源是圖像（有地理坐標）時候，又屬于圖像配準范疇。圖像配準：基于兩幅圖像之間的同名點，利用幾何校正模型，構(gòu)建圖像與圖像之間的幾何關(guān)系完成幾何校正，基準圖像不一定有地理坐標。正射校正：結(jié)合傳感器的姿態(tài)參數(shù)、地面控制點以及高精度的DEM數(shù)據(jù)進行的幾何校正，3.3圖像預處理——幾何校正（四、常見幾個形式）?ENVI/IDL幾種常見幾何校正形式：衛(wèi)星軌道參數(shù)（全自動）地面控制點（同名點）+校正模型（人機交互）RPC文件+地面控制點+DEM（人機交互）3.3圖像預處理——幾何校正（五、多項式模型）?ENVI/IDL多項式模型-

x=a0+a1x+a2Y+a3x2+a4xy+a5y2+……-

y=b0+b1x+b2Y+b3x2+b4xy+b5y2+……最少控制點個數(shù)-

N=（n+1）*（n+2）/2誤差計算-

RMSEerror=sqrt（（x’-x）2+（y’-y）2）3.3圖像預處理——幾何校正（六、控制點獲?。?ENVI/IDL地面控制點獲取途徑基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)數(shù)字線畫圖（DLG）數(shù)字柵格圖（DRG）影像數(shù)據(jù)正射影像（DOM）實地測量（GPS）地面控制點實質(zhì)：找到待校正圖像上的點對應真實的坐標值3.3圖像預處理——幾何校正（七、控制點質(zhì)量控制）?ENVI/IDL圖像選點原則（正射糾正不適用）

選取圖像上易分辨且較精細的特征點：道路交叉點，河流彎曲或分叉處，海岸線彎曲處，飛機場，城廓邊緣等特征變化大的地區(qū)需要多選圖像邊緣部分一定要選取控制點盡可能滿幅均勻選取數(shù)量原則在圖像邊緣處，在地面特征變化大的地區(qū)，需要增加控制點

保證一定數(shù)量的控制點，不是控制點越多越好。如一景TM的控制點數(shù)量在30-50左右；正射糾正控制點數(shù)量在10個左右。3.3圖像預處理——幾何校正（八、重采樣方法）最近鄰法

取與所計算點（x,y）周圍相

鄰的4個點，比較它們與被計

算點的距離，哪個點距離最近，就取哪個亮度值作為（x,y）

點的亮度值

簡單易用，計算量小，圖像的亮度具有不連續(xù)性，精度差?ENVI/IDL3.3圖像預處理——幾何校正（八、重采樣方法）雙線性內(nèi)插法

取（x,y）點周圍的4鄰點，在y方向內(nèi)插二次，再在x方向內(nèi)插一次，得到（x,y)點的亮度值f（x,y)

雙線性內(nèi)插法比最近鄰發(fā)雖然計算量有所增加，但精度明顯提高，特別是對亮度不連續(xù)現(xiàn)象或線狀

特征的塊狀化現(xiàn)象有明顯的改善。

內(nèi)插法會對圖像起到平滑作用，從而使對比度明顯的分界線變得模糊。ΔyΔx雙線內(nèi)插算法原理示意圖原始圖像?ENVI/IDL3.3圖像預處理——幾何校正（八、重采樣方法）三次卷積內(nèi)插法

進一步提高內(nèi)插精度的一種方法，通過增加鄰點來獲得最佳插值函數(shù)

取與計算點周圍相鄰的16個點，先在某一方向內(nèi)插，再根據(jù)計

算結(jié)果在另一個方向上內(nèi)插，

得到一個連續(xù)內(nèi)插函數(shù)

計算量大，精度高，細節(jié)表現(xiàn)更為清楚，對控制點要求較高ΔΔy

x1?12?23?34?45?5?ENVI/IDL3.3圖像預處理——圖像融合?ENVI/IDL將低分辨率的多光譜影像與高分辨率的單波段影像重采樣生成成一副高分辨率多光譜影像遙感的圖像處理技術(shù)。影像的融合方法按影像的表征層一般分為像素級、特征級和決策級融合三類。在遙感圖像處理中常用的、成熟的是像素級的圖像融合。3.3圖像預處理——圖像鑲嵌和裁剪?ENVI/IDL鑲嵌

當研究區(qū)超出單幅遙感圖像所覆蓋的范圍時，通常需要將兩幅或多幅圖像拼接起來形成一幅或一系列覆蓋全區(qū)的較大的圖像。裁剪

圖像裁剪的目的是將工程之外的區(qū)域去除，常用的是按照行政區(qū)劃邊界或自然區(qū)劃邊界進行圖像的分幅裁剪。ENVI/IDL3.3圖像預處理——輻射校正（一、基本概念）衛(wèi)星光學傳感器是接受地表反射太陽的能量而成像的，遙感圖像在獲取過程中，受到如大氣吸收與散射、傳感器定標、地形等因素的影響，且它們會隨時間的不同而有所差異，這些因素都會引起圖像造成影像的系統(tǒng)輻射失真和非系統(tǒng)輻射失真，輻射校正實際上是影像恢復的一個內(nèi)容。校正方式有兩類：

①傳感器輻射校正。通常采用內(nèi)部校準光源和校準楔，如陸地衛(wèi)星多光譜掃描儀的輻射校正；②大氣校正。

前者主要糾正系統(tǒng)誤差，直接表現(xiàn)是圖像得到增強而清晰；后者糾正非系統(tǒng)誤差，得到地表真實輻射量。在遙感圖像處理中，圖像輻射校正常常做的是大氣校正。3.3圖像預處理——輻射校正（二、大氣校正）?ENVI/IDL大氣校正的目的是消除大氣和光照等因素對地物反射的影響，獲得地物反射率、輻射率、地表溫度等真實物理模型參數(shù)，用來消除大氣中水蒸氣、氧氣、二氧化碳、甲烷和臭氧等對地物反射的影響，消除大氣分子和氣溶膠散射的影響。大多數(shù)情況下，大氣校正同時也是反演地物真實反射率的過程。目前，遙感圖像的大氣校正方法很多。這些校正方法按照校正后的結(jié)果可以分為2種：

絕對大氣校正方法：將遙感圖像的DN(DigitalNumber)值轉(zhuǎn)換為地表反射率、地表輻射率、地表溫度等的方法。

相對大氣校正方法：校正后得到的圖像，相同的DN值表示相同的地物反射率，其結(jié)果不考慮地物的實際反射率。3.4圖像信息提取——概念?ENVI/IDL遙感影像通過亮度值或像元值的高低差異（反映地物的光譜信息）及空間變化（反映地物的空間信息）來表示不同地物的差異，這是區(qū)分不同影像地物的物理基礎(chǔ)。遙感影像分類就是利用計算機通過對遙感影像中各類地物的光譜信息和空間信息進行分析，選擇特征，將圖像中每個像元按照某種規(guī)則或算法劃分為不同的類別，然后獲得遙感影像中與實際地物的對