遥感数字图像处理论文

遥感数字图像处理论文

理解：数字图像处理（Digital Image Processing）又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用 数字图像处理
计算机对其进行处理的过程。数字图像处理最早出现于20世纪50年代，当时的电子计算机已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年代初期。早期的图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。图像处理中，输入的是质量低的图像，输出的是改善质量后的图像，常用的图像处理方法有图像增强、复原、编码、压缩等。首次获得实际成功应用的是美国喷气推进实验室（JPL）。他们对航天探测器徘徊者7号在1964年发回的几千张月球照片使用了图像处理技术，如几何校正、灰度变换、去除噪声等方法进行处理，并考虑了太阳位置和月球环境的影响，由计算机成功地绘制出月球表面地图，获得了巨大的成功。随后又对探测飞船发回的近十万张照片进行更为复杂的图像处理，以致获得了月球的地形图、彩色图及全景镶嵌图，获得了非凡的成果，为人类登月创举奠定了坚实的基础，也推动了数字图像处理这门学科的诞生。在以后的 数字图像处理技术
宇航空间技术，如对火星、土星等星球的探测研究中，数字图像处理技术都发挥了巨大的作用。数字图像处理取得的另一个巨大成就是在医学上获得的成果。1972年英国EMI公司工程师Housfield发明了用于头颅诊断的X射线计算机断层摄影装置，也就是我们通常所说的CT（Computer Tomograph）。CT的基本方法是根据人的头部截面的投影，经计算机处理来重建截面图像，称为图像重建。1975年EMI公司又成功研制出全身用的CT装置，获得了人体各个部位鲜明清晰的断层图像。1979年，这项无损伤诊断技术获得了诺贝尔奖，说明它对人类作出了划时代的贡献。与此同时，图像处理技术在许多应用领域受到广泛重视并取得了重大的开拓性成就，属于这些领域的有航空航天、生物医学工程、工业检测、机器人视觉、公安司法、军事制导、文化艺术等，使图像处理成为一门引人注目、前景远大的新型学科。随着图像处理技术的深入发展，从70年代中期开始，随着计算机技术和人工智能、思维科学研究的迅速发展，数字图像处理向更高、更深层次发展。人们已开始研究如何用计算机系统解释图像，实现类似人类视觉系统理解外部世界，这被称为图像理解或计算机视觉。很多国家，特别是发达国家投入更多的人力、物力到这项研究，取得了不少重要的研究成果。其中代表性的成果是70年代末MIT的Marr提出的视觉计算理论，这个理论成为计算机视觉领域其后十多年的主导思想。图像理解虽然在理论方法研究上已取得不小的进展，但它本身是一个比较难的研究领域，存在不少困难，因人类本身对自己的视觉过程还了解甚少，因此计算机视觉是一个有待人们进一步探索的新领域。

想法：数字图像处理主要研究的内容有以下几个方面： 　　1) 图像变换由于图像阵列很大，直接在空间域中进行处理，涉及计算量很大。因此，往往采用各种图像变换的方法，如傅立叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换等间接处理技术，将空间域的处理转换为变换域处理，不仅可减少计算量，而且可获得更有效的处理（如傅立叶变换可在频域中进行数字滤波处理）。目前新兴研究的小波变换在时域和频域中都具有良好的局部化特性，它在图像处理中也有着广泛而有效的应用。 　　2) 图像编码压缩图像编码压缩技术可减少描述图像的数据量（即比特数），以便节省图像传输、处理时间和减少所占用的存储器容量。压缩可以在不失真的前提下获得，也可以在允许的失真条件下进行。编码是压缩技术中最重要的方法，它在图像处理技术中是发展最早且比较成熟的技术。 　　3) 图像增强和复原图像增强和复原的目的是为了提高图像的质量，如去除噪声，提高图像的清晰度等。图像增强不考虑图像降质的原因，突出图像中所感兴趣的部分。如强化图像高频分量，可使图像中物体轮廓清晰，细节明显；如强化低频分量可减少图像中噪声影响。图像复原要求对图像降质的原因有一定的了解，一般讲应根据降质过程建立"降质模型"，再采用某种滤波方法，恢复或重建原来的图像。 　　4) 图像分割图像分割是数字图像处理中的关键技术之一。图像分割是将图像中有意义的特征部分提取出来，其有意义的特征有图像中的边缘、区域等，这是进一步进行图像识别、分析和理解的基础。虽然目前已研究出不少边缘提取、区域分割的方法，但还没有一种普遍适用于各种图像的有效方法。因此，对图像分割的研究还在不断深入之中，是目前图像处理中研究的热点之一。 　　5) 图像描述图像描述是图像识别和理解的必要前提。作为最简单的二值图像可采用其几何特性描述物体的特性，一般图像的描述方法采用二维形状描述，它有边界描述和区域描述两类方法。对于特殊的纹理图像可采用二维纹理特征描述。随着图像处理研究的深入发展，已经开始进行三维物体描述的研究，提出了体积描述、表面描述、广义圆柱体描述等方法。 　　6) 图像分类（识别）图像分类（识别）属于模式识别的范畴，其主要内容是图像经过某些预处理（增强、复原、压缩）后，进行图像分割和特征提取，从而进行判决分类。图像分类常采用经典的模式识别方法，有统计模式分类和句法（结构）模式分类，近年来新发展起来的模糊模式识别和人工神经网络模式分类在图像识别中也越来越受到重视。

1）图像变换：由于图像阵列很大，直接在空间域中进行处理，涉及计算量很大。因此，往往采用各种图像变换的方法，如傅立叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换等间接处理技术，将空间域的处理转换为变换域处理，不仅可减少计算量，而且可获得更有效的处理（如傅立叶变换可在频域中进行数字滤波处理）。目前新兴研究的小波变换在时域和频域中都具有良好的局部化特性，它在图像处理中也有着广泛而有效的应用。 　　2 ）图像编码压缩：图像编码压缩技术可减少描述图像的数据量（即比特数），以便节省图像传输、处理时间和减少所占用的存储器容量。压缩可以在不失真的前提下获得，也可以在允许的失真条件下进行。编码是压缩技术中最重要的方法，它在图像处理技术中是发展最早且比较成熟的技术。 　　3 ）图像增强和复原：图像增强和复原的目的是为了提高图像的质量，如去除噪声，提高图像的清晰度等。图像增强不考虑图像降质的原因，突出图像中所感兴趣的部分。如强化图像高频分量，可使图像中物体轮廓清晰，细节明显；如强化低频分量可减少图像中噪声影响。图像复原要求对图像降质的原因有一定的了解，一般讲应根据降质过程建立“降质模型”，再采用某种滤波方法，恢复或重建原来的图像。 　　4 ）图像分割：图像分割是数字图像处理中的关键技术之一。图像分割是将图像中有意义的特征部分提取出来，其有意义的特征有图像中的边缘、区域等，这是进一步进行图像识别、分析和理解的基础。虽然目前已研究出不少边缘提取、区域分割的方法，但还没有一种普遍适用于各种图像的有效方法。因此，对图像分割的研究还在不断深入之中，是目前图像处理中研究的热点之一。 　　5 ）图像描述：图像描述是图像识别和理解的必要前提。作为最简单的二值图像可采用其几何特性描述物体的特性，一般图像的描述方法采用二维形状描述，它有边界描述和区域描述两类方法。对于特殊的纹理图像可采用二维纹理特征描述。随着图像处理研究的深入发展，已经开始进行三维物体描述的研究，提出了体积描述、表面描述、广义圆柱体描述等方法。 　　6 ）图像分类（识别）：图像分类（识别）属于模式识别的范畴，其主要内容是图像经过某些预处理（增强、复原、压缩）后，进行图像分割和特征提取，从而进行判决分类。图像分类常采用经典的模式识别方法，有统计模式分类和句法（结构）模式分类，近年来新发展起来的模糊模式识别和人工神经网络模式分类在图像识别中也越来越受到重视。
看法：

遥感数据融合详细步骤，急急急，做论文的！！！！

一、资料的收集与分析 遥感制图所需的资料范围较广，一般需要收集如下资料
1、编制地区的普通地图 、 （1）比例尺最好与成图比例尺一致或稍大于成图比例尺 （2）选用面积变形较小的地图投影
2、遥感资料 后几年的影像 在选择遥感图像时，要遵循以下几个原则：
（1）空间分辨率及制图比例尺的选择 空间分辨率指像素 代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场或地面物体能分辨的最小单元。 空间分辨率指像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场或地面物体能分辨的最小单元的地面范围的大小 由于遥感制图是利用遥感图像来提取专题制图信息的，因此在选择遥感图像空间分辨率时要考虑以 下两点要素：一是判读目标的最小尺寸，二是地图成图比例尺。遥感图像的空间分辨率与地图比例尺有 密切关系：空间分辨率越高图像可放大的倍数越大，地图的成图比例尺也越大。 遥感图像的比例尺应与成图比例尺一致或象片比例尺稍大于成图比例尺，这样可以避免成图比例尺 大尺度变换的繁琐技术问题。但对于专题要素的判读、分类、描绘来说，往往要选择大于地图比例尺的 象片为宜。
（2）波谱分辨率与波段的选择 波谱分辨率是指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间隔越小，分辨率越高。 波谱分辨率是指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间隔越小，分辨率越高。 是指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔 波谱分辨率，是由传感器所使用的波段数目，也就是选择的通道数，以及波段的波长和宽度所决定。各 遥感器波普分辨率在设计时， 都是有针对性的， 多波段的传感器提供了空间环境不同的信息。 TM 为例： 以 TM1 蓝波段：对叶绿素和夜色素浓度敏感，用于区分土壤与植被、落叶林与针叶林、近海水域制图。 TM2 绿波段：对无病害植物叶绿素反射敏感 TM3 红波段：对叶绿素吸收敏感，用于区分植物种类。 TM4 近红外波段：对无病害植物近红外反射敏感，用于生物量测定及水域判别。 TM5 中红外波段：对植物含水量和云的不同反射敏感，可判断含水量和雪、云。 TM6 远红外波段：作温度图，植物热强度测量 TM 图象的性质 波段 1 2 3 4 5 6 7 光谱范围 （微米） 0.45—0.52 0.52—0.60 0.63—0.69 0.76—0.90 1.55—1.75 10.4—12.5 2.08—2.35 光谱性质 蓝 绿 红 近红外 中（近）红外 热（中）红外 中红外 地面分辨 率（米） 30 30 30 30 30 120 30 主 要 应 用 地壤与植被分类 健康植物的绿色反射率 探测不同植物的叶绿素吸收 生物量测量，水体制图 植物湿度测量，区分云与雪 植物热强度测量，其它热制图 水热法制图，地质采矿 包括航空象片、卫星象片及它们的底片和磁带、航空象片镶辑图、若为动态监测还需要前
（3）时间分辨率与时相的选择 遥感图像是某一瞬间地面实况的记录，而地理现象是变化、发展的。因此，在一系列按时间序列成像的 遥感图像 多时相遥感图像中，必然存在着最能揭示地理现象本质的“最佳时相”图像 把传感器对同一目标进行重复探测时， 相邻两次探测的时间间隔称为遥感图像的时间分辨率。 Landsat 如 1、2、3 的图像最高时间分辨率为 18 天，Landsat4、5、7 为 16 天，SPOT-4 为 26 天，而静止气象卫星的 时间分辨率仅为半小时。 遥感图像的时间分辨率对动态监测尤为重要。如：天气预报、灾害监测等需要短周期的时间分辨率，因 此常以“小时”为单位。植物、作物的长势监测、估产等需要用“旬”或“日”为单位。 显然只有气象卫星的图像信息才能满足这种要求；研究植被的季相节律、农作物的长势，目前以选择 landsat-TM 或 SPOT 遥感信息为宜。
3、其他资料 土地现状图、土地利用报告 、编图地区的统计资料、政府文件、地方志等
二、确立专题要素的分类系统
三、遥感图像处理
1、遥感图像处理方法的选择 、
（1）光学处理法 常用的方法有：假彩色合成（加色法、减色法）、等密度分割、图像相关掩膜。
（2）数字图像校正 方法：辐射校正、几何校正
（3）数字图像增强的方法：
A. 对比度变换
B.空间滤波：是指在图像空间或空间频率对输入图像应用若干滤波函数而获得改进的输出图像的技术。 空间滤波 常用的空间滤波的方法有：平滑和锐化。 ：平滑和锐化 平滑：图像中出现某些亮度变化过大的区域，或出现不该有的亮点（“噪声”）时，采用平滑的方法可以减小变化， 平滑 使亮度平缓或去掉不必要的“噪声”点。具体方法有：均值平滑、中值滤波 均值平滑、 均值平滑 锐化：为了突出图像的边缘、线状目标或某些亮度变化率大的部分，可采用锐化方法。常用的几种方法：罗伯特 锐化 梯度、索伯尔梯度、拉普拉斯算法、定向检测
C.彩色变换 彩色变换就是将黑白图像转换成彩色图像的方法。主用的方法有单波段彩色变换、多波段彩色变换、 彩色变换: 彩色变换 HLS 变换等。
D.图像运算
E.多光谱变换 多光谱变换: 多光谱变换 两幅或多幅单波段影像，完成空间配准后，通过一系列运算，可以实现图像增强，达到提取某些信息 或去掉某些不必要信息的目的。方法：差值运算、比值运算 多光谱变换就是指用某种变换把信息集中于较少（一般为 3 个）波段内。常用的方法有：主成分分 主成分分 变换） 缨帽变换（ 、缨帽变换 变换） 、沃尔什—哈达玛变换、傅立叶变换、植被指数变换、斜变 析（K-L 变换） 缨帽变换（K-T 变换） 、 换、余弦变换等等。 主成分分析（ 变换） 主成分分析（K-L 变换）的主要特性有二： a．能够把原来多个波段中的有用信息尽量集中到数目尽可能少的新的组分图像中。 b．还能够使新的组分图像中的组分之间互不相关，也就是说各个组分包含的信息内容是不重叠的。 K-L 变换的缺点 的缺点是不能排除无用以至有碍的噪声和干扰因素。 的缺点 缨帽变换（ 变换） ：它是 Kauth 和 Thomas（1976 年）通过分析 MSS 图像反映农作物或植被生长过程的数据结 缨帽变换（K-T 变换） 构后，提出的正交线性变换。 K-T 变换的特点：a．能够把原来多个波段中的有用信息压缩到较少的新的波段内。 b．要求新波段正交或近似正交。 c．分离或削弱无用的干扰因素。 （4）多源信息复合 ）

四、遥感图像的判读
1、遥感图像目视判读 遥感图像的判读标志：
遥感图像的判读标志：是指图像上反映出的地物和现象的图像特征，是以深浅不同的黑白色调（灰阶） 或不同的色彩构成的各种各样图形现象出来的。 遥感图像的判读标志可概括为：颜色、形状、空间位置 ：颜色、形状、 颜色——色调、 颜色、 颜色——色调、 颜色、阴影 ——色调 形状——形状、纹理、 大小 、 形状 、 位置——位置、图型、相关布局 位置
2、目视解译的方法
（1）直接判读法（2）对比分析法 （3）信息复合法（4）综合推理法（5）地理相关分析法 （1）直接判读法：是根据遥感影像目视判读直接标志，直接确定目标地物属性与范围的一种方法。 直接判读法 例如，在可见光黑白像片上，水体对光线的吸收率强，反射率低，水体呈现灰黑到黑色，根据色调可以从影像 上直接判读出水体，根据水体的形状则可以直接分辨出水体是河流，或者是湖泊。在 MSS4、5、7 三波段假彩色影 像上，植被颜色为红色，根据地物颜色色调，可以直接区别植物与背景。 （2）对比分析法 此方法包括同类地物对比分析法、空间对比分析法和时相动态对比法。 A.同类地物对比分析法 同类地物对比分析法是在同一景遥感影像上，由已知地物推出未知目标地物的方法。 同类地物对比分析法 B.空间对比分析法 空间对比分析法是根据待判读区域的特点，选择另一个熟悉的与遥感图像区域特征类似的影像，将两个影像相互 空间对比分析法 对比分析，由已知影像为依据判读未知影像的一种方法。 C.时相动态对比法，是利用同一地区不同时间成像的遥感影像加以对比分析，了解同一目标地物动态变化的一种解 .时相动态对比法 译方法。 （3）信息复合法：利用透明专题图或者透明地形图与遥感图像重合，根据专题图或者地形图提供的多种辅助信息， 信息复合法 识别遥感图像上目标地物的方法。 （4）综合推理法：综合考虑遥感图像多种解译特征，结合生活常识，分析、推断某种目标地物的方法。 综合推理法 （5）地理相关分析法：根据地理环境中各种地理要素之间的相互依存，相互制约的关系，借助专业知识，分析推断 地理相关分析法 某种地理要素性质、类型、状况与分布的方法。

3、目视解译的基本步骤 （1）准备工作 •选择合适波段与恰当时相的遥感影像 •相关专题地图的准备 •工具材料准备 •熟悉地理概况 •确定专题分类系统 （2）室内初步解译与判读区的野外考察 室内建立初步判读标志 •初步解译的主要任务是掌握解译区域特点，确立典型解译样区，建立目视解译标志，探索解译方法，为全面解译 奠定基础。 •在室内初步解译的工作重点是建立影像解译标准，为了保证解译标志的正确性和可靠性，必须进行解译区的野外 调查。野外调查之前，需要制定野外调查方案与调查路线。 野外考察验正判读标志 在野外调查中，为了建立研究区的判读标志，必须做大量认真细致的工作，填写各种地物的判读标志登记表， 以作为建立地区性的判读标志的依据。在此基础上，制订出影像判读的专题分类系统，根据目标地物与影像特征之 间的关系，通过影像反复判读和野外对比检验，建立遥感影像判读标志。 （3）室内详细判读 在详细判读过程中，要及时将解译中出现的疑难点、边界不清楚的地方和有待验证的问题详细记录下来，留待野 外验证与补判阶段解决。 （4）野外验证与补判 野外验证指再次到遥感影像判读区去实地核实解译的结果。主要内容包括两方面： •检验专题解译中图斑的内容是否正确。 •验证图斑界线是否定位准确，并根据野外实际考察情况修正目标地物的分布界线。 （5）目视解译成果的转绘与制图 遥感图像目视判读成果，一般以专题图或遥感影像图的形式表现出来。

五、遥感图像计算机解译
图像分类方法 监督分类
1.(1) 最小距离法 最小距离法（minimum distance classifier） •以特征空间中的距离作为像素分类的依据。 •在遥感图象上对每一类别选取一个具有代表意义的统计特征量；计算待分像元与已知类别之间的距离，将其归 属于距离最小的一类。 •最小距离分类法原理简单，分类精度不很高，但计算速度快，它可以在快速浏览分类概况中使用。
(2) 分级切割分类法 分级切割分类法（multi-level slice classifier） 多级切割法（multi-level slice classifier）是根据设定在各轴上的值域分割多维特征空间的分类方法。
(3) 特征曲线窗口法 •特征曲线窗口法分类的依据是：相同的地物在相同的地域环境及成像条件下，其特征曲线是相同或相近的，而不 同地物的特征曲线差别明显。 •特征曲线窗口法分类的效果取决于特征参数的选择和窗口大小。各特征参数窗口大小的选择可以不同，它要根据 地物在各特征参数空间里的分布情况而定。
(4) 最大似然法 最大似然法（maximum likelihood classifier） •地物图象可以以其光谱特征向量 X 作为亮度在光谱特征空间中找到一个相应的特征点，来自于同类地物的各种特 征点在特征空间中将形成一种属于某种概率分布的集群。 • 判别某一特征点类属的合理途径是对其落进不同类别集群中的条件概率进行比较， 相应于条件概率大的那个类别， 应是该特征点的归属。

2、监督分类步骤
（1）选择有代表性的训练场，确定各类地物的范围界线。
（2）对各类地物光谱值统计，提取各地物的数值特征。
（3）确定分类判别函数：最小距离法、马氏距离法等。
（4）分类参数、阈值的确定；各类地物像元数值的分布都围绕一个中心特征值，散布在空间的一定范围，因此需要 给出各类地物类型阈值，限定分布范围，构成分类器。
（5）分类：利用分类器分类。
（6）检验：对初步分类结果精度进行检验（分类精度、面积精度、位置精度等） 对分类器进行调整。
（7）待分类影象分类。
（8）分类结果的矢量化。
非监督分类 前提：遥感影象上同类物体在同样条件下具有相同的光谱信息特征，依靠影象上不同类地物光谱信息（或纹理信息） 进行特征提取，再统计特征的差别来达到分类的目的，最后对已分出的个别类进行确认。 非监督分类方法是在没有先验类别（训练区）作为样本的条件下，即事先不知道类别特征，主要根据像元间相似度 非监督分类方法 的大小进行归类合并（将相似度大的像元归为一类）的方法。主要有： （1）分级集群法（2）动态聚类法
第二节 从影像生成专题地图
一、目视解释的专题地图
（1）影像预处理 包括遥感数据的图像校正、图像增强，有时还需要实验室提供监督或非监督分类的图像。
（2）目视解译 经过建立影像判读标志，野外判读，室内解译，得到绘有图斑的专题解译原图。
（3）地图概括 按比例尺及分类的要求，进行专题解译原图的概括。专题地图需要正规的地理底图，所以地图概括的同时也进行图斑向地理底图的转绘。
（4）地图整饰 在转绘完专题图斑的地理底图上进行专题地图的整饰工作。
二、数字图像处理的专题制图
（1）影像预处理 同目视解译类似，影响经过图像校正、图像增强，得到供计算机分类用的遥感影像数据。
（2）按专题要求进行影像分类。
（3）专题类别的地图概括 包括在预处理中消除影像的孤立点，依成图比例尺对图斑尺寸的限制进行栅格影像的概括。
（4）图斑的栅格/矢量变换。
（5）与地理底图叠加，生成专题地图。
三、遥感系列制图
系列地图，简单说就是在内容上和时间上有关联的一组地图。我们所讨论的系列地图，是指根据共同的制图目的，利用同一的制图信息源，按照统一的设计原则，成套编制的遥感专题地图。
地理底图的编制程序：采用常规的方法编制地理底图时，首先选择制图范围内相应比例尺的地形图，进行展点、镶嵌、照像，制成地图薄膜片，然后将膜片蒙在影像图上，用以更新地形图的地理要素。经过地图概括，最后制成供转绘专题影像图的地理底图，其比例尺与专题影响图相同。
遥感系列制图的基本要求
1.统一信息源
2.统一对制图区域地理特征的认识
3.制定统一的设计原则
4.按一定的规则顺序成图

遥感数字图像处理的内容简介

《遥感数字图像处理》以遥感分类专题图的制作为知识主线，在讲述理论的同时，结合具体实例，以ERDAS遥感图像处理软件系统为处理平台，详细介绍了遥感图像预处理、增强处理和遥感图像分类的实践操作步骤。《遥感数字图像处理》的特点是边讲述理论边介绍实践操作，理论知识与实践操作密切结合。理论知识的广度和深度以实践需求为导向，没有过分深入进行理论上的深度挖掘。因此，《遥感数字图像处理》的主要用于专科类型的遥感、测量、地理信息系统及相关专业的遥感课程教材，也可作为本科或者从事遥感图像处理相关岗位专业人员的参考书。

遥感数字图像处理方法

1.直方图法

    对于每幅图像都可作出其灰度直方图。根据直方图的形态可大致推断图像的质量。由于图像包含有大量的像元，其像元灰度值的分布应符合概率统计分布规律。假定像元的灰度值是随机分布的，那么其直方图应该是正态分布。图像的灰度值是离散变量，因此直方图表示的是离散的概率分布。若以各灰度级的像元数占总像元数的比例值为纵坐标作出图像的直方图，将直方图中各条形的最高点连成一条外轮廓线，纵坐标的比例值即为某灰度级出现的概率密度，轮廓线可近似看成图像相应的连续函数的概率分布曲线。一般来说，如果图像的直方图轮廓线越接近正态分布，则说明图像的亮度接近随机分布，适合用统计方法处理，这样的图像一般反差适中；如果直方图峰值位置偏向灰度值大的一边，则图像偏亮；如果峰值位置偏向灰度值小的一边，则图像偏暗；峰值变化过陡、过窄，则说明图像的灰度值过于集中，后3种情况均存在反差小、质量差的问题。直方图分析是图像分析的基本方法，通过有目的地改变直方图形态可改善图像的质量。

2.邻域法

    对于图像中任一像元（i，j），把像元的集合{i+p，j+p}（j，p取任意整数）均称为像元的邻域，常用的邻域如图所示，分别表示中心像元的4-邻域和8-邻域。

    在图像处理过程中，某一像元处理后的值g（i，j）由处理前该像元f（i，i）的小邻域N（i，j）中的像元值确定，这种处理称为局部处理，或称为邻域处理。一般图像处理中，可根据计算目的差异，设计不同的邻域分析函数。

3.卷积法

    卷积运算是在空间域内对图像进行邻域检测的运算。选定一个卷积函数，又称为“模板”，实际上是一个M×N的小图像，例如3×3、5×7、7×7等。图像的卷积运算是运用模板来实现的。模板运算方法如图所示，选定运算模板φ（m，n），其大小为M×N，从图像的左上角开始，在图像上开一个与模板同样大小的活动窗口f（m，n），使图像窗口与模板像元的灰度值对应相乘再相加。计算结果g（m，n）作为窗口中心像元新的灰度值。模板运算的公式如下（若模板的和为0，则除以1）：

4.频率域增强法

    在图像中，像元的灰度值随位置变化的频繁程度可用频率予以表示，这是一种随位置变化的空间频率。对于边缘、线条、噪声等特征，如河流、湖泊的边界，道路，差异较大的地表覆盖交界处等具有高的空间频率，即在较短的像元距离内灰度值变化的频率大；而均匀分布的地物或大面积的稳定结构，如植被类型一致的平原，大面积的沙漠、海面等具有低的空间频率，即在较长的像元距离内灰度值逐渐变化。例如，在频率域增强技术中，平滑主要是保留图像的低频部分抑制高频部分，锐化则是保留图像的高频部分而削弱低频部分。

5.图像运算法

    对于遥感多光谱图像和经过空间配准的两幅或多幅单波段遥感图像，可进行一系列的代数运算，以达到某种增强的目的。这与传统的空间叠置分析类似，具体运算包括加法运算、差值运算、比值运算、复合指数运算等。

6.非监督分类法

    是指人们事先对分类过程不做任何的先验知识，仅根据遥感影像地物的光谱特征的分布规律，随其自然地进行分类。其分类的结果，只是对不同类别进行区分，并不能确定类别属性，其类别属性是事后对各类的光谱曲线进行分析，以及与实地调查相比较后确定的。

    遥感图像上的同类地物在相同的表面结构特征、植被覆盖、光照等条件下，一般具有相同或相近的光谱特征，从而表现出某种内在的相似性，归属于同一个光谱空间区域；不同的地物，光谱信息特征不同，归属于不同的光谱空间区域。这就是非监督分类的理论基础。由于在一幅复杂的图像中，训练区有时不能包括所有地物的光谱样式，这就造成了一部分像元找不到归属。在实际工作中为了进行监督分类而确定类别和训练区的选取也是不易的，因而在开始分析图像时，用非监督分类方法来研究数据的本来结构及其自然点群的分布情况是很有价值的。

    非监督分类主要采用聚类分析的方法，以此使得属于同一类别的像元之间的距离尽可能小而不同类别上像元间的距离尽可能地大。在进行聚类分析时，首先要确定基准类别的参量。然而非监督分类中并无基准类别的先验知识可利用，因而只能先假定初始的参量，并通过预分类处理来形成集群。再由集群的统计参数来调整预制的参量，接着再聚类、再调整。如此不断地迭代，直到有关参数达到允许的范围为止。

7.监督分类法

    与非监督分类不同，监督分类的最基本特点是在分类前人们对遥感图像上某些抽样区中影像地物的类别属性已有了先验知识，即先要从图像中选取所有要区分的各类地物的样本，用于训练分类器（建立判别函数）。这里的先验知识可来自于野外的实地考察，也可参照相关的其他的文字资料或图件或者直接是图像处理者本人的经验等。训练区中，具体确定各类地物各波段的灰度值，从而可确定特征参数，建立判别函数。监督分类一般是在图像中选取具有代表性的区域作为训练区，由训练区得到各个类别的统计数据，然后根据这些统计数据对整个图像进行分类，其既可采用概率判别函数，也可采用距离判别函数。

8.图像分割法

    它是数字图像处理中的关键技术之一。图像分割是将图像中有意义的特征部分提取出来，其有意义的特征有图像中的边缘、区域等，这是进一步进行图像识别、分析和理解的基础。虽然目前已研究出不少边缘提取、区域分割的方法，但还没有一种普遍适用于各种图像的有效方法。因此，对图像分割的研究有待不断深入。

遥感图像处理

遥感图像处理是指对遥感探测所获取的图像或资料进行的各种技术处理。处理的目的是使遥感图像或资料更加适用于实际应用。图像处理中，输入的是质量较低的图像，输出的是改善质量后的图像。主要是对原始图像复原的恢复处理和为使图像更加清晰，目标地物更为突出明显，便于信息提取和识别的图像增强处理以及进行自动识别和信息提取的分类处理。从处理方法上，主要有光学处理和计算机数字图像处理。原始图像复原的恢复处理一般由卫星地面站完成，而在现有的条件下自动识别往往并不十分理想，所以这里的遥感图像处理主要是指图像增强处理和信息提取处理。

遥感图像处理的首要任务是对遥感数据的选择及其时相选择，因为遥感数据及其时相往往对影像的判别产生直接的影响；其次是根据任务和目标进行波段组合的优化选择；最后是确定遥感图像处理和信息提取方法，方法选择得当，就可以少走弯路或不走弯路，方法选择不当，信息提取就如同大海捞针一样难。

本次遥感图像处理的软件主要运用了加拿大PCI公司开发的用于图像处理、几何制图、GIS、雷达数据分析以及资源管理和环境监测的多功能软件系统PCI和自主开发的TM找矿弱信息提取系统等软件。

本节主要针对项目工作区范围的遥感影像的计算机数字图像增强处理的基本原理和方法作简要介绍，不对遥感图像预处理（系统误差校正、大气校正、几何图像校正）进行说明。

7.1.1 TM遥感图像的选取

由于陆地资源卫星TM信息源在资源综合调查中，具有明显的技术与经济优势。表现在进行各种处理（数字、光学）潜力大，波段组合能力强，成图几何精度和分类几何精度高，地学综合信息丰富，价格适中，所以就性能价格比而言，以TM遥感信息源为优。同时也对部分区域的SPOT（10 m、5 m）图像进行了处理分析。

本地区的气候是属于暖温带大陆性季风型，一年中四季变化比较明显，夏季植被覆盖率较高，不利于对矿产地质综合信息的研究，同时植被覆盖率高也不利于对遥感图像的计算机处理和信息提取。因此，对本研究工作来说，首先要避开夏季，其次要考虑地面裸露程度及与遥感图像时相的一致性，一般应选择在4月或10月，因为这时植被刚刚出露或者已经枯萎，4月份山区作物种类较单调，甚至还没有作物萌芽，而10月份秋季作物已经收割，植被多已枯萎，地面覆盖相对较低，为此我们选择了1998年4月和2000年10月的影像资料作为本次图像处理的重点。

7.1.2 遥感（RS）图像处理的过程分析

遥感数字图像处理的过程就是几何、辐射校正、信息定量化、信息复合、图像增强、信息特征提取、图像分类等一系列图像处理和分析技术研究，为各类型区的遥感综合调查提供优质图像的过程。

数字遥感图像处理的一般过程为：

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遥感图像预处理包括了遥感图像辐射校正和几何校正两大部分。鉴于预处理是遥感图像处理的公共部分，基于篇幅所限不再赘述。

7.1.3 遥感图像增强处理方法研究和选择

图像增强是改善图像视觉效果的处理。当分析遥感图像时，为了使分析者能容易确切地识别图像内容，必须按照分析目的对图像数据进行加工，目的是提高图像的可判读性。图像增强不考虑图像降质的原因，突出图像中所感兴趣的部分。如强化图像高频分量，可使图像中物体轮廓清晰，细节明显；如强化低频分量可减少图像中噪声影响。

遥感图像增强的实质就是把图像灰度的微小差异，人为地予以扩大（或者赋予不同的色彩），目的在于提高人们对图像的分析判断能力。由于对其增强效果缺乏一个统一的评价标准，因此，须结合具体增强要求，选择图像增强的方法，并通过反复试验、调整和观察，达到满意的增强效果。

虽然遥感图像处理方法多种多样，我们在工作中也试验了多种方法，经过筛选和分析研究，结合本次工作实际情况，主要应用了以下几种方法：

7.1.3.1 比值处理

比值处理采用高质量比值功能，使比值图像得到拉伸，有效地消除了地形影响，使阴影区的结构得到显示。处理出来的图像色彩丰富，既保留了原有地貌特征，又突出了线环构造，为隐伏岩体和半隐伏岩体的研究提供了更为直观可靠的资料，立体感得到增强，阴影区结构清楚。

同一地区不同波段（两个波段或几个波段组合）对应像元亮度值相除，用所得新值构成一幅比值增强图像。目的是扩大相邻两个像元的差别，框图如下：

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在一张比值图像上，灰阶中最黑和最白的色调代表两个多光谱波段间光谱反射率的最大差异值。最黑的色调代表比值的分母大于分子。反之，最白的色调代表分子大于分母。

基本比值：两个波段的数值相比

公式中：a、b为调节参数；

设a=1，b=0

则每一条斜线的斜率就是一个亮度值。一个点的比值相当于该点和原点的连线与水平轴夹角的正切（比值法的涵义如图7-1）。

图7-1 比值法涵义

作用：① 扩大不同地物亮度值的微小差别；② 消除地形影响（比如阴坡和阳坡的影响）；③ 识别和区分蚀变矿物。

下面是本次工作中主要运用的比值和目的：

TM3/1识别褐铁矿化，在图像上呈亮色调；赤铁矿化，在图像上呈暗色调。

TM5/4区分植被与无植被覆盖的土壤和岩石，植被发育区呈暗色调。

区分不同种类的特征矿物：

TM5/4≥1.0云母和黄铁矿；

TM5/4≤1.0明矾石和石膏；

TM5/4≈1.0方解石和粘土矿；

TM7/4≥1.0云母；

TM7/4≤1.0明矾石和石膏；

TM4/3，识别植被和褐铁矿化岩石，植被发育区呈亮色调，褐铁矿化岩石呈暗色调；

TM5/7，识别含羟基矿物、硫酸盐和碳酸盐岩的含水化合物，由于这些矿物在2.2（TM7）处的吸收谷，其TM5/7值很大，在图像上呈亮色调。但植被的TM5/7值也很大，需要用其他方法加以区分。

比值可分为大于1和小于1两大部分，反映波谱特征差别的强弱是不一致的，即在大于1的部分反差较大，在小于1的部分反差很小，实际上是被压缩了。在比值处理过程中，通过自主研发的TM弱信息提取系统的处理，在该系统中增加了一个拟合放大的功能，可以根据需要进行不同比例的放大。基本上解决了比值结果有可能被压缩这一问题。

7.1.3.2 主成分分析处理

主成分分析（或称为主组分变换，数学上称之为K-L变换）是遥感图像增强和信息提取中用得最多的线性变换，它是在统计基础上的多维正交线性变换，是对原波段图像进行波谱信息的线性投影变换。在尽可能不减少信息量的前提下，将原图像的高维多光谱空间的像元亮度值投影到新的低维空间，减少特征空间维数，达到数据压缩、提高信噪比、提取相关信息、降维处理和提取原图像特征信息的目的，并能有效地提取影像信息。它可使原来多波段图像经变换后提供出一组不相关的图像变量，最前面的主分量具有较大的方差，包含了原始影像的主要信息，所以要集中表达信息，突出图像的某些细部特征，可采用主分量变换来完成。

对工作区的遥感图像的6个波段TM1、TM2、TM3、TM4、TM5、TM7进行了主成分分析，以主成分分析后的第一分量为基础解译图像，参考其他分量图像进行遥感解译。

7.1.3.3 反差扩展（主要是线性拉伸）

反差扩展是一种通过拉伸或扩展图像的亮度数据分布，使之占满整个动态范围（0～255），以达到扩大地物之间亮度差异，分出更多亮度等级的一种处理技术。

例如：原始的一幅TM图像，亮度范围集中在10～100范围内，我们可以将其扩展到0～255，扩大了相邻亮度值之间的差别，提高了分辨能力（但不能增加亮度等级）（图7-2）。

图7-2 线性增强前后对比

反差扩展的原理是：在反差扩展中，输出的像元值y，是输入的像元值x的函数：y=f（x）0＜y＜255

这个函数可以是线性的，也可是非线性的。本次主要应用的是普通线性扩展。如果用直线方程来扩展图像，就是y=f（x）

斜率=45°，即y=x，无变化；

斜率＜45°，如 y=1/2x，压缩；

斜率>45°，如 y=2x，扩展。

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dmin，dmax分别代表输入的最小和最大值。

①原来图像的最小和最大值。

②人为规定最小和最大值。

此时，

这就是说把区间〔a，b〕以外的像元值分别压缩为0及255。

③给定要舍掉的像元数百分比，小于此百分数的值均舍去，由程序来确定dmax和dmin。

反差处理贯穿于整个图像处理过程。根据实际情况对不同的处理结果均进行了反差处理（主要是普通线性拉伸处理）。

7.1.3.4 反色（又称为反相）处理

反色就是形成底片效果。反色有时是很有用的。反色的实际含义是将R、G、B值反转。若颜色的量化级别是256，则新图中的R、G、B值为255减去原图的R、G、B值。这里针对的是所有图，包括真彩图、带调色板的彩色图（又称为伪彩色图）和灰度图。

本次反色处理主要是针对主成分分析的几个分量进行的。主成分分析结果仍然是灰度图，而灰度图又是一种特殊的伪彩色图，只不过调色板中的R、G、B值都是一样的。由于位图中的数据只是对应调色板中的一个索引值，所以只需要将调色板中的颜色反转，形成新调色板，而位图数据不用动，就能够实现反转。由于主成分分析结果的6个分量中，每个分量图像如果不进行反差处理（主要是线性拉伸），图像均较暗，根据处理后的结果显示，水体为黑色，其灰度值大约在0～20，而山体的灰度值多在50～100之间，尽管对其进行了拉伸处理，仍不理想。为了比较准确地区分图像，提高判读解译的准确性，降低解译时间消耗，所以对反差处理后的结果又进行了反色处理。

7.1.4 信息提取处理

信息提取主要是针对影像的光谱特征、空间（几何）特征和纹理特征的提取，它是图像增强处理后的对图像的继续处理。

（1）光谱特征：可提取颜色或灰度或波段间的亮度比等目标物的光谱特征，例如Landsat7有7个波段，根据某类地物的光谱特征，采用特定的比值可将其突出出来。

（2）空间（几何）特征：把目标物的形状、大小、或者边缘，线性构造等几何性特征提取出来，例如把区域断层明显突出出来。

（3）纹理特征：是指周期性图案及区域均匀性等有关纹理的特征。根据构成图案的要素形状、分布密度、方向性等纹理进行图像特征提取的处理叫做纹理分析。

本次工作区的遥感影像信息特征提取主要是在PCI软件、TM弱信息提取系统（自主开发）等软件中进行初步工作，最后通过目视解译和计算机自动解译相结合来完成的。