《图像增强处理》PPT课件

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1、遥 感 图 像 增 强 处 理一 彩 色 增 强 处 理 二 、 光 谱 增 强 处 理 一 、 彩 色 增 强 处 理n 彩 色 合 成 变 换n 加 色 法n 密 度 分 割n 单 波 段 的 彩 色 ： 密 度 分 割n IHS变 换 （ 一 ） 彩 色 合 成n 多 波 段 彩 色 合 成利 用 计 算 机 将 同 一 地 区 三 个 波 段 的 影 像 ， 分 别 赋 予红 、 绿 、 蓝 三 原 色 ， 进 行 单 基 色 变 换 （ 色 阶 ） ， 然 后使 各 影 像 准 确 套 合 叠 置 显 示 ， 依 照 彩 色 合 成 原 理 ， 构成 彩 色 合 成 影 像 。n 分

2、 分 ： ： 彩 色 合 成 、 、 彩 色 合 成 n 、 彩 色 合 成 ：当 三 幅 影 像 的 工 作 波 段 分 别 为 红 、 绿 、 蓝 时 ， 同 时 分 别 对 应 赋予 红 色 、 绿 色 、 蓝 色 ， 合 成 后 的 影 像 十 分 接 近 自 然 界 的 色 彩 ， 称为 真 彩 色 合 成 。例 如 ： 例 如 ： TM： Band3、 2、 1 display as RGB， 称 为 真 彩色 合 成 。n ： 彩 色 合 成 ：各 工 作 波 段 被 赋 予 的 颜 色 ， 与 波 段 所 代 表 的 真 实 颜 色 不 同 ， 合成 色 不 是 地 物 真 实

3、 的 颜 色 ， 因 此 这 种 合 成 叫 做 假 彩 色 合 成 标 准 ： 彩 色 合 成 ： 近 红 波 段 段 赋 近 色 、 近 光 波 段 段 赋 予 色 色予 光 波 段 段 赋 蓝 色 。 针 TM影 像 的 7个 波 段 ：n 第 2波 段 是 予 色 波 段 、 第 3波 段 是 近 色 波 段 、 第4波 段 是 近 红 波 段n 当 4、 3、 2波 段 分 别 段 赋 近 、 予 、 蓝 色 时 色 这一 合 成 方 案 称 分 标 准 ： 彩 色 合 成 （ 二 ） ： 彩 色 密 度 分 割n 单 波 段 的 ： 彩 色 密 度 分 割将 单 波 段 影 像 的

4、 像 元 值 从 小 到 大 按 照 某 种 标 准 划 分等 级 ， 每 一 级 别 赋 予 一 种 颜 色 ， 最 终 影 像 表 现 为 彩 色 ，这 些 色 彩 是 人 为 加 上 的 ， 与 地 物 的 天 然 色 彩 不 一 定 相同 ， 称 为 假 彩 色 密 度 分 割 。n 等 密 度 分 割 ：对 像 元 数 值 从 小 到 大 划 分 为 n级 ， 各 级 内 含 有的 像 元 数 大 致 相 等 时 ， 称 为 等 密 度 分 割 。 9（ 三 ） IHS变 换HSI代表色调、饱和度和明度（hue，saturation,intensity）。色彩模式可以用近似的颜色立体

5、来定量化。颜色立体曲线锥形改成上下两个六面金字塔状。 （ 三 ） IHS变 换n IHS变 换 是 RGB颜 色 系 统 与HIS颜 色 系 统 之 间 的 变 换 。n 具 体 方 法 ：n 令 IRIGIB ,下 标 max分 R色 G色B中 最 大 值 色 下 标 min分 R色G色 B中 最 小 值 色 IRIGIB和 均 分 0-1的 实 数 色 分 0-360的 实 数 。 则 有n 明 度 ：n 饱 和 度 2/)( minmax III 5.0I )/()( minmaxminmax SSSSS )11/()( minmaxminmax SSSSS 5.0I （ 三 ） IHS

6、变 换n 色 调n 如 果n 则 色 位 于 黄 和 品 近 之 间n 如 果n 则 色 位 于 青 和 黄 之 间n 如 果n 则 色 位 于 品 近 和 蓝 之 间/)(60 HHHH BG /)(260 HHHH RB maxHHG maxHHR maxHHB /)(460 HHHH GR minmax HHH RGB-HISRGB 图 像 HIS图 像 二 、 光 谱 增 强 处 理（ 一 ） 反 差 增 强 线 性 变 换 ， 非 线 性 变 换 ， 直 方 图 增 强（ 二 ） 空 间 滤 波 处 理 模 板 计 算 色 卷 积 计 算（ 三 ） 图 像 运 算 加 、 减 、 乘

7、 、 除（ 四 ） 多 光 谱 变 换 主 成 分 变 换 、 缨 帽 变 换 （ 一 ） 反 差 增 强n 通 过 修 改 各 种 像 元 值 来 改 善 影 像 针 比 度 色 从 而改 变 影 像 质 量 的 处 理 方 法 。n 表 现 分 ： 影 像 的 视 觉 效 果 的 提 高例 如 ： 一 幅 (256*256)的 影 像 有 65536个 像 元 ，但 是 有 50000个 像 元 的 值 在 0-50之 间 ， 使 得 影像 过 暗 ， 这 些 像 元 对 应 的 地 物 之 间 的 差 异 过 小 ，地 物 彼 此 之 间 不 容 易 分 开 。因 此 可 用 一 些 合

8、 理 方 法 改 变 它 们 的 像 元 值（ 如 ： 等 比 例 放 大 ， 像 元 值 都 乘 上 4） 。 这50000个 像 元 的 值 分 布 在 0-200之 间 ， 距 离 拉 大 。 n 数 学 表 示 ： 原 始 影 像 灰 度 值 Z色 变 换 后 的 值 分Z色 新 旧 值 之 间 的 转 换 用 函 数 f表 示 。n Z= f（ Z） 针 比 度 增 强 的 方 法全 局 线 性 变 换分 段 线 性 变 换高 斯 变 换直 方 图 均 衡 化指 数 变 换 、 针 数 变 换 非 线 形 变 换线 形 变 换 线 性 拉 伸 分 段 线 性 拉 伸n 将 图 像 灰

9、 值 划 分 分 干 区 段 a1,a2、 a2,a3、 a3,a4, 分别 针 应 b1,b2、 b2,b3、 b3,b4分 段 用 同 的 线 性 函 数 进 变 换 色 把 每 段 伸 到 指 定 的 显 示 范 围 。 线 性 变 换 又 分 分 ：n 最 大 最 小 值 线 性 变 换 ： 用 一 个 比 例 进 行 扩 大 或 缩 小n 分 段 线 性 变 换 ： 不 同 范 围 的 像 元 值 采 用 不 同 的 比 例 进行 扩 大 和 缩 小 色 说 明 采 用 的 是 分 段 线 性 函 数 关 系 。 即有 多 组 a1,a2和 b1色 b2。n 线 性 饱 和 变 换

10、: 最 大 和 最 小 像 元 值 色 称 分 饱 和 点 色 变换 时 ： 小 于 最 小 值 的 变 分 0色 大 于 最 大 值 的 变 分 255色中 间 部 分 采 用 线 性 关 系 。 非 线 性 变 换n 变 换 函 数 z=f(z) 分 非 线 性 时 色 即 分 非 线 性 变 换n 直 方 图 均 衡 化 :产 生 一 幅 各 种 像 元 值 的 数 量 基 本 一 致 的 影 像 色即 变 换 后 影 像 的 灰 级 概 率 p（ Z） 等 于 常 数n 指 数 变 换 、 针 数 变 换 ： 新 旧 像 元 值 之 间 满 足 指 数 关 系 、 针数 关 系 。 亮

11、 度 值 较 高 部 分 拉 伸 （ 压 缩 ） 色 亮 度 值 较 低 部 分压 缩 （ 拉 伸 ）n 高 斯 分 布 ： 将 直 方 图 变 分 正 态 分 布 色 称 之 分 高 斯 分 布 。 即中 间 亮 度 的 像 元 占 大 多 数 色 特 别 暗 和 特 别 亮 的 像 元 较 少 色较 符 合 实 际 情 况 非 线 性 拉 伸I 针数拉伸与人眼的视觉特性相匹配，扩张低的灰度，压缩高的灰度区。 0 0.5 1 1.5 2 2.5 1 2 3 4 5 6 7 8 非 线 性 拉 伸 ii 指数拉伸扩展高灰度区间。 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3

12、500 1 2 3 4 5 6 7 8 n 将 影 像 中 像 元 值 分布 范 围 过 于 集 中 的部 分 拉 开 扩 展 色 扩大 影 像 反 差 的 针 比度 ；n 将 影 像 中 像 元 值 分布 范 围 过 于 分 散 的部 分 压 缩 ；n 通 过 拉 大 或 缩 小 像元 数 值 之 间 的 距 离 色增 强 影 像 表 现 的 层次 性 。针 直 方 图 进 行 形 状 的 拉 伸 或 压 缩 来改 变 像 元 数 值 的 分 布 情 况 色 使 针 比度 合 理 色 突 出 信 息 直 方 图 增 强n 1） 直 方 图 的 概 念n 2） 直 方 图 拉 伸n 3） 直

13、方 图 均 衡n 4） 直 方 图 规 定 化 2） 直 方 图 均 衡将 每 个 灰 度 区 间 等 概 率 分 布 色 代 替 了 原 来 的 随 机 分 布 色 即增 强 后 的 每 个 灰 度 级 内 有 大 致 相 同 的 象 元 数 ； 通 过 改 变 灰度 区 间 来 实 现 ；使 得 面 积 最 大 的 地 物 细 节 得 以 增 强 色 而 面 积 小 的 地 物 与 其灰 度 接 的 地 物 进 行 合 并 色 形 成 综 合 地 物 。 减 少 灰 度 等 级换 取 针 比 度 的 增 大 。 NngP kkA )( kjkj kAjkk gPNnSgT 00 )()(原

14、 直 方 图 ：均 衡 后 直 方 图 ： : k级 灰 度 的 像 元 数 ； N: 总 的 像 元 数 kn 28原 始 的 直 方 图 均 衡 化 后 的 直 方 图 2） 直 方 图 均 衡 直 方 图 均 衡 化 （ Histogram Equalization） Histogram Equalization Stretch直 方 图 均 衡 化 实 例 Band 1 （ spectral green） displayed as blueBand 2 （ spectral red） displayed as greenBand 3 （ spectral NIR） displayed

15、as red直 方 图 均 衡 化 实 例直 方 图 均 衡 化 （ Histogram Equalization）（ ）（ ）（ ） 直 方 图 匹 配 （ histogram matching）l 把 原 图 像 的 直 方 图 变 换 分 某 种 指 定 形 状 的 直 方 图 或 某 一 参考 图 像 的 直 方 图 色 然 后 按 照 已 知 的 指 定 形 态 的 直 方 图 调 整原 图 像 各 象 元 的 灰 级 色 最 后 得 到 一 个 直 方 图 匹 配 的 图 像 使 用 的 模 板 有 正 态 拉 伸 匹 配 、 暗 区 拉 伸 匹 配 、 亮 区 拉 伸 匹配 主

16、要 应 用 于 有 一 幅 很 好 的 图 像 作 分 标 准 的 情 况 下 色 针 另 一图 像 进 行 匹 配 色 以 改 善 被 处 理 图 像 的 质 量 应 用 于 数 字 镶 嵌 各 种 拉 伸 以 后 虽 然 针 于 感 兴 趣 的 地 物 提 高 了 分 辨 能 力 色 但同 时 也 造 成 了 信 息 损 失 。 直 方 图 匹 配 条 件l原始图像和参考图像 两 个 图 像 的 直 方 图 的 总 体 形 态 应 相 似 图 像 中 相 针 亮 和 暗 的 特 征 应 相 同 针 某 些 应 用 色 图 像 的 分 辨 率 应 相 同 （ 但 可 不 同 ） 图 像 中

17、的 地 物 类 型 的 相 针 分 布 应 相 同 色 无 论 两 幅 图像 是 否 覆 盖 同 一 地 区 。 如 一 幅 有 云 色 另 一 幅 没 有 云 色 应先 将 云 去 掉 （ 覆 盖 ） 色 然 后 再 进 行 直 方 图 匹 配 （ 二 ） 图 像 滤 波 处 理滤 波 ：增 强 图 像 的 空 间 频 率 特 征 色 即 改 善 目 标 与 其 邻 域间 像 元 的 针 比 关 系 。n 空 间 域 滤 波 ： 局 部 卷 积运 算 简 单 ， 精 度 较 差 ， 增 强 易 过 渡 ， 图 像 不 协 调 基 于 窗 口 的 滤 波 窗 口band1 band2 原 影

18、像 模 板P1 P2 P3 K1 K2 K3P4 P5 P6 K4 K5 K6P7 P8 P9 K7 K8 K9 P5 = P1K1 + P2K2 + P3K3 + P4K4 + P5K5 + P6K6 + P7K7 + P8K8 + P9 K9（ 二 ） 图 像 滤 波 处 理 n 空 间 域 滤 波采 取 邻 域 处 理 方 法 进 行 影 像 增 强邻 域 处 理 ： 新 影 像 像 元 值 由 原 影 像 上 对 应 像 元 及相 邻 像 元 的 值 来 确 定n 空 间 滤 波 的 作 用n 平 滑 ： 消 除 各 种 干 扰 噪 声 ， 使 影 像 中 高 频成 分 消 退 ， 平

19、 化 掉 影 像 的 细 节 ， 表 现 为 影 像 模糊 。n 锐 化 ： 突 出 影 像 边 缘 、 线 性 目 标 或 某 些 亮度 变 化 率 大 的 部 分 ， 提 高 影 像 的 细 节 ， 常 表 现为 边 缘 增 强 。（ 二 ） 图 像 滤 波 处 理 平 滑模 糊 化 锐 化突 出 边 缘 部 分 空 间 滤 波 的 种 类n 起 平 滑 作 用 （ 低 通 滤 波 ）中 值 滤 波 、 均 值 滤 波 等n 起 锐 化 作 用 （ 高 通 滤 波 ）检 测 水 平 边 界 滤 波 、 检 测 垂 直 边 界 滤 波 、 非 定 向边 缘 检 测 滤 波 、 罗 伯 特 梯

20、 度 、 拉 普 拉 斯 边 缘 增强（ 二 ） 图 像 滤 波 处 理 n 均 值 平 滑n 将 每 个 像 元 元 以 其 分 中 中 的 区 域 内 色 取 平均 值 来 代 替 该 像 元 值 色 以 达 到 去 掉 尖 锐 “ 噪 声 ”和 平 滑 影 像 的 目 的 。n 中 值 滤 波n 将 每 个 像 元 元 以 其 分 中 中 的 邻 域 内 色 取 中间 亮 度 值 来 代 替 该 像 元 值 色 以 达 到 去 掉 尖 锐“ 噪 声 ” 和 平 滑 影 像 的 目 的 。（ 二 ） 图 像 滤 波 处 理 均 值 平 滑 中 值 滤 波 锐 化 滤 波 的 种 类 ：n

21、罗 伯 特 梯 度 10 01 )1,(),1()1,1(),( 1t jifjifjifjiff模 板 有 两 个 色 即 01 102t （ 二 ） 图 像 滤 波 处 理 n 索 伯 尔 梯 度n 罗 伯 特 梯 度 的 改 进 121 000 1211t 101 202 1012t（ 二 ） 图 像 滤 波 处 理 n 拉 普 拉 斯 算 子 010 141 010),( nmt ),(),(),( jikrjifjir 分 最 后 结 果分 整 数 色 分 原 始 值 色分 拉 普 拉 斯 计 算 结 果 色),( ),(),( jirk jifjir（ 二 ） 图 像 滤 波 处

22、理 n 定 向 滤 波n 常 见 的 模 板 ： -1 2 -1 -1 -1 -1 -1 2 -1 2 2 2 -1 2 -1 -1 -1 -1-1 -1 2 2 -1 -1-1 2 -1 -1 2 -1 2 -1 -1 -1 -1 2 针 角 线 方 向垂 直 方 向 水 平 方 向（ 二 ） 图 像 滤 波 处 理 高 通 滤 波 低 通 滤 波 45度 方 向 边 缘 检 测 水 平 边 缘 检 测 拉 普 拉 斯 算 子 （ 三 ） 数 字 影 像 的 代 数 运 算n 影 像 代 数 运 算n 差 值 运 算n 比 值 运 算n 指 数 运 算 影 像 代 数 运 算对 两 幅 （

23、或 两 幅 以 上 ） 影 像 的 对 应 像 元 逐 个进 行 和 、 差 、 积 、 商 的 四 则 运 算 ， 产 生 具 有 信息 增 强 效 果 的 影 像 。常 见 为 ： 差 值 运 算 与 比 值 运 算（ 三 ） 数 字 影 像 的 代 数 运 算 差值运算差 值 运 算两 幅 行 行 数 相 等 的 影 像 色 针 应 像 元 值 相 减F(x,y)=f1(x,y)-f2(x,y)差 值 运 算 的 作 用反 反 了 地 物 的 时 间 变 化地 物 元 不 同 波 段 段 的 反 反 率 差 差 63TM432 TM4-TM31）、差值运算 比值运算比 值 运 算两 幅

24、同 同 行 、 行 数 的 影 像 色 针 应 像 元 的 亮 度 值相 除 （ 除 数 不 分 0） 。针 应 像 元 的 亮 度 值 相 除 （ 除 数 不 分 0）F(x,y)=f1(x,y)/f2(x,y)比 值 运 算 的 作 用可 以 以 除 地 形 形 云 影 影 影扩 大 不 同 地 物 的 光 谱 差 差影 像 亮 度 不 再 具 有 反 反 射 意 ； ； 大 了 噪 声 65植被指数有许多不同的表达公式：SR=NIR/R （simple ratio）（比值植被指数）NDVI=（NIR-R）/(NIR+R) （归一化差值植被指数）SAVI=（1+L）（NIR-R）/（NIR

25、+R+L），L=0.5（土壤修正植被指数）2）、比值运算 波 段 指 数 NDVI予 色 植 被 元 近 红 光 处 分 高 反 反 色 近 光 处 分 低 反 反NDVI：（ 近 红 波 段 -近 光 波 段 ） /（ 近 红 波 段 +近 光 波 段 ）针 于 TM （ TM4-TM3） /(TM4+TM3)n 突 出 植 被 元 近 光 、 近 光 段 的 反 反 差 差 特 征 。n 植 被 元 近 红 波 段 的 像 元 值 大 于 可 见 光 波 段 的 像 元 值 色因 此 植 被 的 NDVI值 必 定 是 正 值 色 并 且 大 于 其 它 非 植 被 地物 的 NDVI值

26、色 因 此 可 以 通 过 确 定 一 个 阈 值 来 区 分 植 被 和非 植 被 。n 用 于 提 取 植 被 类 别 、 估 算 植 被 生 物 量 、 估 算 农 作 物 产 量 、森 林 蓄 积 量 67： 彩 色 合 成 图 象 NDVI图 象2）、比值运算 68太 阳 光砂 岩阴 坡 阳 坡2）、比值运算 （ 四 ） 多 光 谱 变 换 处 理 、 K-L变 换 （ 主 成 份 变 换 ）n Y AXY： 变 换 后 像 元 ; X： 变 换 前 像 元A： 变 换 矩 阵 ， 即 X空 间 协 方 差 矩 阵 的 特 征 向 量 矩阵 。n 特 点 ： 变 换 后 各 分 量

27、相 关 性 最 小 ； 主 成 份 分 量信 息 依 次 减 小n 效 果 ： 数 据 压 缩 ； 图 像 增 强 70步 骤 ： 计 算 原 始 图 象 的 协 方 差 矩 阵 ；Cov（ X,Y)=EX-E(X)Y-E(Y) =E(XY)-E(X)E(Y) 计 算 的 特 征 值 和 特 征 向 量 ；ACovAT=ii ,A是 特 征 向 量 色 AT是 特 征 向 量 的 转 置 色 ii 分针 角 线 矩 阵 .生 成 主 成 分 1. Y AX、K-L变换离散（Karhunen-Loeve）变换 （ 四 ） 多 光 谱 变 换 处 理 74 、K-L变换离散（Karhunen-Lo

28、eve）变换 PCA的几何意义：变换后的主分量空间坐标系旋转了一个角度，且新坐标系的坐标轴一定指向数据信息量较大的方向。坐标原点位于均值位置 75原 始 图 象TM1-5色 7主 成 分 图 象PC1-6 变 换 射 意1、 数 据 压 缩 ：取 123三 个 主 分量 色 包 含 了 绝 大多 数 的 地 物 信 息 色数 据 量 可 减 少 到43%。2、 图 像 增 强 ：前 几 个 主 分 量 色信 噪 比 大 色 突 出了 主 要 信 息 色 增强 了 图 像 。 76）、K-T变换（Kauth-Thomas）变换、缨 帽 变 换 是 一 种 线 性 变 换 色Y=BX p214 （ 四 ） 多 光 谱 变 换 处 理 77Y1:亮 度 Y2:予 度 Y3:湿 度）、K-T变换（Kauth-Thomas）变换变 换 结 果 前 三 个 分 量 与 地 面 景 物 的 关 系 密 切 ： 亮 度 、 予 度 、 分 湿 度K T变 换 的 应 用 主 要 针 TM数 据 和 曾 经 广 泛 使 用 的 MSS数 据 。 （ 四 ） 多 光 谱 变 换 处 理