遥感图像辐射增强方法分析【毕业论文】.doc

1、本科毕业论文（20 届）遥感图像辐射增强方法分析 所在学院 专业班级 海洋科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目录中文摘要 .I英文摘要 .II引言 .1国内外研究现状 .3研究概述 .41.1 课题研究内容与主要方法 .41.2 实验方案 .41.3 技术流程 .4图像处理 .72.1 几何校正 .72.2 遥感图像辐射增强 .72.2.1 查找表拉伸 .72.2.2 直方图均衡化 .112.2.3 直方图的匹配 .132.2.4 亮度反转 .162.2.5 去霾处理 .172.2.6 降噪处理 .192.2.7 去条带处理 .202.3 图像融合 .212.3.1 主成

2、分融合 .222.3.2 乘积变换融合 .232.3.3 Brovey 变换 .242.4 融合后图像的增强处理 .252.4.1 查找表拉伸 .252.4.2 直方图均衡化 .262.4.3 直方图匹配 .27结果与讨论 .28参考文献 .29致谢 .30I摘要： 本研究在 ERDAS IMAGINE 9.2 专业遥感图像处理软件基础上对舟山海域 2002 年 Landsat7 ETM 多光谱影像和全色影像进行了处理，先列举查找表拉伸、直方图均衡化、直方图匹配、亮度反转、去霾处理、降噪处理、去条带处理几种常见的遥感图像辐射增强方法，对舟山地区的 ETM 图像进行分析；再通过主成分融合、乘积变

3、换融合、Brovey 变换融合后辐射增强处理，与直接进行辐射增强的图像相对比：虽然在提高空间分辨率的同时，影像的光谱信息会减弱。但优点是提高了图像的空间分辨率，又保持了多光谱信息的光谱特性。其中乘积变换融合后图像的细节表现能力不错，地物纹理清晰，对山地、河流、海洋显示效果明显，只是在一定程度上存在光谱失真现象。Brovey 变换后图像中地物细节表现较强，利于提取地物信息。主成分变换后图像提高了影像分辨率，整体效果不错能较好地保持多光谱的光谱特性，只是亮度特征较原图稍暗，色彩对比度不强。关键词： 遥感；图像；融合；辐射增强IIAbstract: The remote sensing in ERD

4、AS IMAGINE 9.2 image processing software professional based on the Zhoushan sea area in 2002 Landsat7 ETM multi-spectral image and panchromatic images were processed, the first lookup table lists stretching, histogram equalization, histogram matching, brightness reversalto haze processing, noise red

5、uction, to deal with several common bands of radiation enhancement of remote sensing image, ETM image of Zhoushan area analysis; and then through the principal component integration, product transform fusion, Brovey transform fusion after radiation treatment,direct radiation and the relative ratio o

6、f the image: while at the same time improving the spatial resolution, spectral information of the image will be weakened.But the advantage is to improve the spatial resolution of the image, while maintaining the spectral characteristics of multi-spectral information.One product of the transform imag

7、e fusion performance is very good detail, the feature texture clear, on the mountains, rivers, oceans display obvious, but there is a certain degree of spectral distortion.Brovey details of the transformed image surface features a strong performance, which will help extract information about surface

8、 features.PCA to improve the image resolution after the image, the overall good results can better maintain the spectral characteristics of multi-spectral, but the brightness darker features than original, the color contrast is not strong.Key words: remote sensing； image； fusion； radiometric enhance

9、ment1引言遥感是以航空摄影技术为基础，20 世纪 60 年代初发展起来的一门新兴技术。开始为航空遥感，自 1972 年美国发射了第一颗陆地卫星后，标志着航天遥感时代的开始。经过几十年的迅速发展，遥感技术已广泛应用于资源环境、水文、气象、地质地理等领域，成为一门实用、先进的空间探测技术 1。联合国运用卫星对地球进行遥感研究小组对遥感下的定义：“观测物质或近地目标从紫外线到微波的某些波长的电磁发射现象”。详细地说，就是运用现代运载工具和电子、光学仪器，以主动和被动方式接受地(水) 表或其以下一定深度处的研究对象发射或反射从紫外线到微波的，能通过大气的某些波段的电磁波信息，经过加工处理，获得研究

10、对象的有用信息，达到探测目标物的整个信息的接收、传输、处理和应用处理。它是随着空间技术的出现而出现的，属于空间科学，被称之为宇宙中的“眼睛” 2。 在遥感应用研究中，得到经过正确处理以后形成的高清晰图像，对展开以后的工作具有重要的作用。很多历史资料由于材质和时间的原因，整幅图片色泽偏暗，亮度范围不足或非线性等因素造成对比度不足，影响观看效果，结合人眼对灰度的感觉，如果相邻两个物体目标灰度相差比较小，超过人眼对灰度差的感知能力，人眼就无法区分这不同的两个物体，从而导致无法看清楚图片，这就需要对图片做出一些处理，使图片的灰度差和整体色泽有所改善，以达到人眼观看的效果。图像处理的原始目的就是改善图像

11、，使看不清的目标能够看得清楚，因此，对数字图像识别分析的全过程，都要求图像得到改善以适应人的肉眼，为了达到这个目的，除了首先需要去除噪声之外，还需要分辨灰度细节，解决灰度的扩展和图像鲜明化问题。图像改善最常用的方法是图像增强，以改善图像的视觉效果，把图像处理成为适用于计算机分析或控制的形式，图像增强是突出图像需要的信息，削弱或除去不需要的信息的处理方法，以达到改善图像的目的。它并不能完全满足原始图像的一些视觉特性，为了达到图像增强的效果，图像往往会发生变化，产生畸变，但是对人的肉眼的感觉而言，畸变后的图像反而更清晰，观感也更舒服，因此，图像增强不顾及原始图像是否发生了畸变，只以符合肉眼观感和找

12、出特征为条件，图像增强内容包括：去除图像噪声，抽取图像中某些目标轮廓，图像的勾边处理，提取图像中的特征等技术，通过直方图均衡化技术来实现图像增强，首先对原图像通过离散函数进行直方图处理。得到原图像的直方图后，根据均衡化的变换函数通过计算得到需要的增强效果的图像的直方图，分析图像增强的点处理、空间域滤波、频域滤波、代数运算。用直方图均衡化的算法增强灰度图像，达到了图像增强的目的。 81957 年苏联成功发射第一颗人造地球卫星，标志着人类进入了航天遥感时代。2到目前为止，包括中国在内的十几个国家已经向宇宙空间发射了数千颗人造卫星，它们广泛应用于军事、通讯、教育、导航、天文和地球资源观测等领域，其中

13、Landsat 卫星（原名地球资源技术卫星 ERTS（Earth resource techmtogy satellite） ，它是美国国家航空和航天局（NASA）发射的用来获取地球表面图像的一种遥感平台，以观察陆地环境和资源为主。 ） 3是目前世界范围内应用最广泛的民用对地观测卫星，在围绕地球的轨道上运转，获取了数百万幅有价值的图像。图像上载有丰富的地面信息，在农业、林业、生态、地质、地理、气象、水文、海洋、环境污染、地图测绘等方面得到了广泛的应用。TM 图 像 为 专 题 绘 图 仪 （ Thematic Mapper） 获 取 的 图 像 。 从 Landsat-4 起 ，发 射 的 卫

14、 星 上 加 装 了 专 题 绘 图 仪 （ TM） 来 获 取 地 球 表 层 信 息 。 3TM 在 光 谱 分辨 率 、 辐 射 分 辨 率 和 地 面 分 辨 率 都 比 MSS 图 像 有 较 大 的 改 进 。 在 光 谱 分 辨 率 方面 ， 它 采 用 7 个 波 段 来 记 录 遥 感 器 获 取 的 目 标 地 物 信 息 ； 在 辐 射 分 辨 率 方 面 ，Tm 采 用 双 向 扫 描 ， 改 进 了 辐 射 测 量 精 度 ， 目 标 地 物 模 拟 信 号 经 过 模 数 转 换 ， 以256 级 辐 射 亮 度 来 描 述 不 同 地 物 的 光 谱 特 性 ；

15、在 地 面 分 辨 率 方 面 ， TM 瞬 间 视场 对 应 的 地 面 分 辨 率 为 30m（ 第 6 波 段 除 外 ） 。 3ETM， 是 Enhanced Thematic Mapper 的 缩 写 ， 意 为 “增 强 型 专 题 绘 图 仪 ”， 是 TM 的 增 强 型 ， 具 有 8 个 波 段 的扫 描 式 光 学 成 像 仪 器 ， ETM 与 TM 的 波 段 、 光 谱 特 性 和 分 辨 率 基 本 相 似 ， 最 大变 化 是 （ 1） 增 加 了 分 辨 率 为 15m 的 全 色 波 段 PAN（ 0.52 0.90 m） ； （ 2） 波段 6 的 分 辨

16、 率 由 120m 提 高 到 60m； （ 3） 辐 射 定 标 误 差 率 小 于 5%， 比Landsat5 提 高 1 倍 。30 国内外研究现状20 世纪 20 年代图片第一次通过海底电缆从伦敦传往纽约。当时人们通过字符模拟得到中间色调的方法来还原图像。1921 年年底提出了一种基于光学还原的新技术。这一时期引入了一种用编码图像纸带去调制光束达到调节底片感光程度的方法，使灰度等级从 5 个灰度级增加到 15 个灰度等级，明显改善了图像复原的效果。20世纪 60 年代早期第一台能够执行数字图像处理任务的大型计算机制造的制成，标志着利用计算机技术处理数字图像时代的到来。 71964 年，

17、研究人员在美国喷气推进实验室(JPL)里使用计算机以及其它硬件设备，采用几何校正、灰度变换、去噪声、傅里叶变换以及二维线性滤波等增强方法对航天探测器“徘徊者 7 号” 发回的几千张月球照片进行处理，成功地绘制出了月球表面地图。 8之后他们又对 1965 年“徘徊者 8 号”发回的几万张照片进行了较为复杂的数字图像处理，使图像质量进一步提高。这些成绩使得 JPL 更加重视对数字图像处理地研究和设备的改进，并专门成立了图像处理实验室 IPL。在 IPL 里成功的对后来探测飞船发回的几十万张照片进行了更为复杂的图像处理，最终获得了月球的地形图、彩色图以及全景镶嵌图。从此数字图像增强技术走进了航空航天

18、领域。进入 20 世纪 90 年代，图像增强技术已经逐步涉及人类生活和社会发展的各个方面。直方图均衡处理是图像增强技术常用的方法之一。在借鉴国外相对成熟理论体系和技术应用体系的条件下，国内的增强技术和应用也有了很大的发展。人们运用数字图像增强技术处理和分析遥感图像，以有效地进行资源和矿藏的勘探、调查、农业和城市的土地规划、作物估产、气象预报、灾害的监视等。图像增强是图像处理的重要组成部分，传统的图像增强方法对于改善图像质量发挥了极其重要的作用。随着对图像技术研究的不断深入和发展，新的图像增强方法不断出现。 9例如一些学者将模糊映射理论引入到图像增强算法中，提出了包括模糊松弛、模糊熵、模糊类等增

19、强算法来解决增强算法中映射函数选择问题，并且随着交互式图像增强技术的应用，可以主观控制图像增强效果。同时利用直方图均衡技术的图像增强也有许多新的进展：例如提出了多层直方图结合亮度保持的均衡算法、动态分层直方图均衡算法。这些算法通过分割图像，然后在子层图像内做均衡处理，较好地解决了直方图均衡过程中的对比度过拉伸问题，并且可以控制子层灰度映射范围，增强效果较好。 41 研究概述1.1 课题研究内容与主要方法本课题的研究内容是通过利用 ERDAS IMAGINE11 对 ETM+遥感图像的处理，对遥感图像增强方法的分析，研究的主要过程是：1.利用所研究的遥感数据，对遥感图像进行预处理2.利用几种遥感

20、图像增强方法对图像进行处理3.对处理后的遥感图像进行分析1.2 实验方案(1)对遥感图像进行预处理，包括辐射校正、几何变形改正、消除条带和噪音等(2)对图像进行增强,如直方图均衡化、直方图匹配、亮度反转、去霾处理等(3)图像融合，对融合后的图像增强处理，对比未被融合的图像(4)分析遥感图像增强效果，讨论结果1.3 技术流程遥感图像表征了地物波谱辐射能量的空间分布，辐射能量的强弱与地物的某些特性相关。现代遥感技术获取的资料容纳了大量的信息，如果我们仅用传统的目视解译方法进行解译，必然造成很大的浪费。为了挖掘遥感资料的信息潜力，提高解译效果，必须用先进技术方法对原始图像进行一系列图像处理，使影像更

21、为清晰，目标物体的标志更明显突出，易于识别。图像处理虽然未增加图像的信息量，但改善了图像的视觉条件，提高了可辨性，是遥感图像分析研究的一种有效手段。遥感图像处理的内容包括：图像复原、图像增强和图像分类。其中图像增强是指利用光学仪器或电子计算机等手段，改变图像的表现形式和影像特征，使图像变得更加清晰可判，目标物更加突出易辨。图像处理的方法主要有两类：光学处理和电子计算机数字图像处理。近年来，随着计算机数字图像处理技术的发展，遥感图像的计算机处理越来越普及；而光学处理由于对仪器设备和处理环境要求较高，除专门的的遥感资料信息中心外，使用者越来越少，并且光学处理的内容和形式大都可以运用计算机处理代替。

22、因此，光学处理有被计算机处理替代的趋势。遥感图像的数字图像处理是将传感器所获得的数字磁带，或经数字化的图像胶片数据，用电子计算机进行各种处理和运算，提取出各种有用的信息，从而通过图像数据去了解、分析物体和现象的过4程。遥感数字图像处理涉及了数据的来源，数据的处理以及数据的输出，这就是处理的三个阶段：输入、处理和输出，处理过程如图 1地物的反射、发射摄影机等 扫描仪等通过胶片扫描仪进行 A/D 变换 1 次处理（变换到 CCT 等通用载体上）数字图像再生、校正处理等变换处理 分类处理变换图像 分类图像模拟数据 数字数据彩色 CRT 及胶片等模拟系统地理信息系统等数字处理系统6图 1 遥感数字图像

23、处理过程Fig.1 Remote sensing digital image processing由于数字图像处理工作是在计算机和显示设备上完成的，因此图像分析处理软件是必须的。本研究利用的图像分析处理软件是 ERDAS IMAGINE 9.2。ERDAS IMAGINE 是 美 国 ERDAS 公司开发的遥感图像处理系统。 10它以其先进的图像处理技术，友好、灵活的用户界面和操作方式，面向广阔应用领域的产品模块，服务于不同层次用户的模型开发工具以及高度的 RS/GIS（遥感图像处理和地 理 信 息 系 统 ）集成功能，为遥感及相关应用领域的用户提供了内容丰富而功能强大的图像处理工具，不但提供了数据转换、图像增强和图像解译等常规的图像处理功能，还增加了很多功能。例如在传统多光谱分类方法基础上，ERDAS 提供了专家工程师及专家分类器工具，为高光谱、高分辨率图像的快速高精度分类提供了可能。ERDAS 代表了遥感图像处理系统未来的发展趋势。目前 ERDAS IMAGINE 软 件 是世界上占最大市场份额的专业遥感图像处理软件。