【正文】 件進行遙感圖像預(yù)處理的相關(guān)操作 。 分析幾種遙感影像預(yù)處理中幾何校正以及影像融合等的具體方法。結(jié)合現(xiàn)代應(yīng)用，分析遙感圖像預(yù)處理的發(fā)展前景。 技術(shù)路線 首先，搜集論文 分析所需要的遙感影像數(shù)據(jù)，由于沒有影像特征明顯的相關(guān)數(shù)據(jù)，論文數(shù)據(jù)決定在圖像預(yù)處理的每部分都選用不同的影像數(shù)據(jù)，分開操作并對其進行理論分析。 本研究的具體技術(shù)路線操作見下圖： 圖 技術(shù)路線圖 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 遙感技術(shù)是一種新興的綜合地理學(xué)、物理學(xué)、計算機科學(xué)、地質(zhì)學(xué)、天 文學(xué)以及許多其它學(xué)科的綜合性技術(shù)。 在數(shù)據(jù)分析處理方面，強調(diào)大氣訂正、信息提取技術(shù)，要求發(fā)展新算法并完善已有的算法，向構(gòu)成標準化應(yīng)用處理軟件包方向努力，特別是發(fā)展和完善那些針對高光譜海量數(shù)據(jù)和豐富光譜信息特點設(shè)計的算法和軟件，以提高高光譜數(shù)據(jù)處理效率以及分析、研究和應(yīng)用水平。到目前為止，我國已經(jīng)成功發(fā)射了 18 顆返回式衛(wèi)星，并成功回收 17 顆，為資源、環(huán)境研究和誤差檢查 控制點選取 校正模型選擇 影像重采樣 影像 參考源 校正圖像 其它影像 同名點選?。ㄈ斯?/自動） 影像配準 配準影像 圖像融合 圖像鑲嵌 圖像裁剪 影像 不符合 4 國民經(jīng)濟建設(shè)提供了寶貴的空間圖像數(shù)據(jù)，在我國國防建設(shè)中起到了不可替代的作用[1]。我國還發(fā)射了第一顆海洋衛(wèi)星，為我國海洋環(huán)境和海洋資源的研究提供了及時可靠的數(shù)據(jù)。 除了上述已發(fā)射的遙感衛(wèi)星外，我國還先后成立了國家遙感中心、國家氣象衛(wèi)星中心、中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心、衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心和中國遙感衛(wèi)星地面接收站等國家級遙感應(yīng)用機構(gòu)。 時下，我國衛(wèi)星遙感應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、國土、水利、城鄉(xiāng)建設(shè)、環(huán)境、測繪、交通、氣象、海洋、地球科學(xué)研究等方面得到廣泛應(yīng)用。 國外研究現(xiàn)狀 經(jīng)過幾十年的發(fā)展，遙感現(xiàn)在已經(jīng)形成了比較完整的理論體系及技術(shù)支持。作為一種獲取信息的手段，遙感技術(shù)結(jié)合了計算機、電子、通訊、航天等多種學(xué)科的知識，以得到一步步的提升。對于遙感圖像預(yù)處理分析的基本框架以及算法大多是國外學(xué)者研究 的成果。在 1986 年，法國也發(fā)射了 SPOT1 遙感衛(wèi)星，此后日本、印度、歐空局、加拿大等國家和國際集團也相繼發(fā)射了各自的遙感衛(wèi)星。 就現(xiàn)在而言，國外的衛(wèi)星獲取影像技術(shù)比較先進，各國家都在努力完善自己的衛(wèi)星及獲取遙感圖像的技術(shù)。 此外，隨著計算機技術(shù)越來越先進，遙感影像處理軟件也逐步向易操作化發(fā)展。它提供了詳細的預(yù)處理方法，操作簡單，功 5 能豐富，能夠被不同層次的遙感使用者所接受。但由于它不能提供 WEB 方式的開發(fā)，與目前流行的 WEB 方式開發(fā)趨勢很不相符，許多開發(fā)型人員也會選擇 GIS軟件 。 另外，還有 PCI GEOMATICA、 ER MAPPER、像素工廠等多種軟件，都是各有自己特點的遙感圖像處理系統(tǒng)，分別收到不同行業(yè)人群的青睞。遙感學(xué)科的科學(xué)含義一般理懈為：在不接觸物體的情況下，感測目標的“信息”，并在該信息之中，提取我們所需要的物體物理狀態(tài)、屬性、發(fā)展趨勢等內(nèi)容，從而進一步應(yīng)用。 遙感技術(shù)是近幾十年新興的一門科學(xué)技術(shù)，現(xiàn)代遙感技術(shù)的基本過程是： 在距目標物幾米至幾千公里的距離以外，以汽車、飛機和衛(wèi)星等為觀測平臺，使用光學(xué)、電子學(xué)或電子光學(xué)等探測儀器，接收目標反射、散射和發(fā)射來的電磁輻射能量，以圖像膠 片或數(shù)字磁帶形式進行記錄； 然后把這些信息傳送到地面接收站，接收站把這些遙感數(shù)據(jù)和膠片進一步加工成遙感資料產(chǎn)品； 最后結(jié)合己知物體的波譜特性，從中提取有用信息，識別確定目標物之間的相互關(guān)系。具體過程如圖 所示。 遙感圖像處理過程 遙感圖像的處理過程主要是通過計算機以及人機互動來實現(xiàn)。其次，圖像預(yù)處理技術(shù)就是通過現(xiàn)已開發(fā)出來的圖像處理軟件來實現(xiàn)，通過對圖像進行去噪、幾何糾正、融合鑲嵌等處理，來使其盡量接近真實影像。最后，遙感信息可以制成相應(yīng)的專題地圖并對其進行三維可視化分析，通過與 GIS 軟件的結(jié)合使用，來實現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)的利用價值，形成形象易分析的數(shù)據(jù)形式并最終生成地理信息分析的成果報告。一是以模塊化處理已經(jīng)獲得的遙感影像數(shù)據(jù)為優(yōu)勢；二是在處理遙感圖像的基礎(chǔ)上，利用它的平臺進一步提供良好的二次開發(fā)環(huán)境；三是能夠提供 WEB 形式的開發(fā)，適應(yīng)現(xiàn)今計算機科技的發(fā)展潮流 [3]。它是處理、分析并顯示多光譜數(shù)據(jù)、高數(shù)據(jù)的輸入和 輸出 圖像顯示與輸出 圖像預(yù)處理（幾何糾正、融合、鑲嵌等） 影像信息提?。ㄈ斯そ庾g、自動分類、特征提取、動態(tài)檢測等） 專題制圖 /三維可視化分析（集成 GIS 現(xiàn)有數(shù)據(jù)） 成果報告（ GIS 分析／共享） 8 光譜數(shù)據(jù)以及雷達數(shù)據(jù)的高級影像處理工具，并獲得了 2020 年美國權(quán)威機構(gòu) NIMA遙感軟件測評第一。因其易操作、功能強大，備受不同層次的遙感使用者所喜愛。 ENVI 的主要優(yōu)勢有：先進、可靠的影像分析工具，全套的影像信息智能化提取工具，全面提升影像價值；專業(yè)的光譜分析，其中的高光譜分析一直處于世界領(lǐng)先地位；可以隨心所欲的拓展新功能；底層的 IDL 語言可以幫助用戶輕松地添加、擴展ENVI 的功能，甚至開發(fā)定制自己的專業(yè)遙感平臺；流程化圖像處理工具 — 將眾多主流的圖像處理過程集成到流程化 Workflow 圖像處理工具中，進一步提高了圖像處理的效率； RSI 公司與 ESRI 公司加強了合作， ENVI 軟件于 2020 年與 ArcGIS 的整合，更為遙感與 GIS 的一體化集成提供了典型案例。 ENVI 文件格式： ENVI 使用的是通用柵格數(shù)據(jù)格式，包含一個簡單的二進制文件（ a simle flat binary）和一個相關(guān)的 ASCII（文本）的頭文件。 精度評定： ENVI 中圖像校正精度顯示分為一階、二階、三階，它決定了重采樣的精度。 ENVI 軟件的缺點是不提供 WEB 方式開發(fā)，與目前流行的軟件 WEB 開發(fā)趨勢很不相符。 遙感圖像預(yù)處理技術(shù) 由于空間、時間、波譜以及輻射分辨率的限制 (即遙感信息獲取過程中會受到衛(wèi)大氣校正 模塊 空間特征 提取模塊 立體像對高程 提取模塊 正射校正 模塊 雷達高程 處理模塊 NITF 數(shù)據(jù) 支持模塊 ENVI IDL 數(shù)據(jù)與統(tǒng)計拓展工具包 數(shù)據(jù)連接工具包 9 星影響、地形起伏變化、天氣變化、大氣吸收與散射等隨機條件的影響 )，遙感系統(tǒng)很難精確地記錄復(fù)雜的地表信息，因此不可避免會在數(shù)據(jù)獲取的過程中存在誤差，所以，遙感圖像在進行解譯應(yīng)用之前一定要經(jīng)過消除或 減小這些誤差的預(yù)處理操作，才能保證地理信息獲取的準確性。 數(shù)據(jù)源的選擇 選擇遙感數(shù)據(jù)源要考慮分辨率、時相、價格、覆蓋范圍等因素。 近年來，大量的環(huán)境與資源遙感衛(wèi)星為民用提供數(shù)據(jù)。這些遙感數(shù)據(jù)不僅在環(huán)境與資源調(diào)查中還是商務(wù)方面都發(fā)揮了非常大的作用 [4]。它的重要性主要體現(xiàn)在三個方面： 首先為了滿足各類專題圖的量 測和定位要求，原始圖像必須進行相應(yīng)的幾何校正；其次當(dāng)應(yīng)用不同的傳感方式，不同光譜范圍以及不同成像時間的各種同一地域復(fù)合圖像數(shù)據(jù)來進行計算機自動分類、地物特征的變化監(jiān)測或其它應(yīng)用處理時，就需要進行圖像的幾何配準，以便滿足復(fù)合原理上的正確性；最后星遙感的快速發(fā)展和應(yīng)用對遙感圖像的幾何糾正提出了更嚴格的要求。針對原理不同，在校正過程中分析人員就需要采取不同的處理方式，下面介紹遙感圖像處理的具體內(nèi)容： 遙感圖像的幾何處理包括兩個層次：遙感圖像的粗加工處理和幾何精校正。主要內(nèi)容是系統(tǒng)的輻射校正與系統(tǒng)的幾何校正。 遙感衛(wèi)星地面接收站通過天線跟蹤衛(wèi)星，接收到衛(wèi)星傳送下來的遙感信號，經(jīng)接收處理，記錄在高密度存儲介質(zhì)上，成為原始數(shù)據(jù) ，并送處理站進行系統(tǒng)處理。 幾何精校正 它是利用地面控制點 (ground control point， GCP)對由各種因素引起的遙感影像的幾何畸變的校正，幾何精校正幾何精校正的 原理 是回避成像的空間幾何過程，而直接 11 利用地面控制點數(shù)據(jù)對遙感影像的幾何畸變本身進行數(shù)學(xué)模擬。 由于一般由提 供衛(wèi)星數(shù)據(jù)的地面接收站完成，所以用戶在應(yīng)用影像數(shù)據(jù)前的幾何校正只是進行幾何精校正。地面控制點應(yīng)當(dāng)均勻地分布在整幅圖像內(nèi)，且要有一定的數(shù)量保證?？刂泣c的精度和選取的難易程度與圖像的質(zhì)量、地物的特征及圖像的空間分辨率密切相關(guān)。 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。另外，選點的過程中盡量保持點的分布均勻，這樣能減小數(shù)據(jù)誤差。其參考圖上的坐標可以是經(jīng)緯度，也可以是統(tǒng)一的平面投影坐標 (如高斯一克呂格投影 )；圖像上的像元坐標一般是其行、列號，也可以是變形的地理坐標。其數(shù)學(xué)表達式中： a0 、 a a a3 、 b0 、 b b b3 為多項式系數(shù)，Ⅳ是多項式的次數(shù)。對于多數(shù)具有中等幾何變形的小區(qū)域的衛(wèi)星圖像，一次線性多項式就可以校正 6 種幾何變形，包括 (X， Y)方向的平移， (X， Y)方向的比例尺變形、傾斜和旋轉(zhuǎn)，從而取得足夠的校正精度。 x = a0 + a1x + a2Y + a3x2 + a4xy + a5Y2 +…… （ ） y = b0 + blx + b2Y + b3X2 + b4xy + b5Y2 +… （ ） 解出 a0 、 a a a3等點，代入多項式中去，再解出其他的點的過程。但這只是最少控制點，一般選擇的時候所選控制點個數(shù)要多于這個數(shù)。 遙感圖像的精加工處理 包括兩個方面的內(nèi)容：一是圖像像素空間位置變換；二是像素灰度值的內(nèi)插。重采樣的方法有：最鄰近法、雙線性內(nèi)插法和三次卷積法。下面著重介紹一下三種內(nèi)插方法： (1)最鄰近法 是將最鄰近的像元值賦予新像元。但這種方法 最大可產(chǎn)生半個像元的位置偏移，可能造成輸出 圖像中某些地物的不連貫。 特點：簡單易用，計算量小，圖像的亮度 具 圖 最鄰近法原理圖 不連續(xù)性，精度差。該方法具有平均化的濾波效果，邊緣受到平 滑作用，而產(chǎn)生一個比較連貫的輸出圖像，其缺點 是破壞了原來的像元值，在后來的光譜識別分類中， 會引起一些問題。 圖 雙線性內(nèi)插法原理圖 (3)三次卷積內(nèi)插法 較為復(fù)雜，它是使用內(nèi)插點 周圍的 16 個像元值，用三次卷積函數(shù)進行內(nèi)插 。但是它仍然破壞了原來的像元值，且計算量較 大。 圖 三次卷積內(nèi)插法原理圖 特點：相對比較精度最高，處理速度最慢。它一般使用高空間分辨率的全色波段或單一波段的雷達影像來增強多光譜影像的空間分辨率 [7]。 像素級融合屬于三個融合層次中的初級融合，其主要目的是用于目視解譯，或△ x △ y △ x △ y 14 者為特征級或決策級融合提供特征。從作用域出發(fā)，可以將遙感影像像素級融合分為空間域融合和變換域融合兩類，對現(xiàn)有方法分類歸納 (如圖 所示 )。 進行圖像鑲 嵌時，首先要指定一幅參照圖像，作為鑲嵌過程中對比度匹配以從鑲嵌后輸出圖像的地理投影、像元大小、數(shù)據(jù)類型的基推；在重復(fù)覆蓋區(qū)，各圖像之間應(yīng)有較高的配準精度，必要時要在圖像之間利用控制點進行配準；盡管其像元大小可以不一樣，但應(yīng)包含與參照圖同樣數(shù)量的層數(shù) [8]。本實驗是按照 ENVI 的方式進行圖像裁剪，可以分為規(guī)則裁剪和不規(guī)則裁剪。圖像增強的重點放在使分析者能從視覺上便于識別圖像內(nèi)容這一點上，也就是采用一系列技術(shù)去改善圖像的視覺效果，或轉(zhuǎn)換圖像的形式。 影像融合法 加權(quán)融合法 乘積性融合法 比值融合法 空間高通濾波融合法 高頻調(diào)制融合法 空間域融合 多分辨率分析融合 分量替換融合 變換域融合 金字塔融合法 小波變換融合 色彩變換融合法 主分量分析融合法 線性回歸融合法 15 本章小結(jié) 本章簡單介紹了遙感圖像預(yù)處理的基本原理以及處理過程，分別從遙感圖像預(yù)處理所需數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源 的選擇、圖像的幾何糾正、圖像融合、圖像鑲嵌與裁剪、圖像增強的方面深入了解了遙感圖像預(yù)處理的知識。 16 第 3 章 遙感圖像預(yù)處理的應(yīng)用 坐標系定義 地圖投影的基本原理 常用的地圖坐標系有兩種，即地理坐標系和投影坐標系。由于地球表面的不規(guī)則形，它不能用數(shù)學(xué)公式來表達，也就無法實現(xiàn)直接運算，因此必須以形狀和大小都很接近地球的橢球體來代替地球，這個橢球體就被稱作地球橢球體 [9]。 投影坐標系是利用一定的數(shù)學(xué)法則把地球表面上的經(jīng)緯網(wǎng)表示到平面上來，屬于平面坐標系 (數(shù)學(xué)法則也就是投影類型 )。 高斯克呂格的中央經(jīng)線和赤道相互垂直，分帶標準為 3176。帶，中央經(jīng)線的長度比等于 1[10]。 1： 至 1： 50 萬比例尺地形圖采用經(jīng)差 6176。分帶。再 用精密儀器量測各個三角形的角值，根據(jù)起算邊的邊長和點位，就可以推算出其它各點的對應(yīng)坐標。 17 我國 1954 年在北京設(shè)立了大地坐標原點，并由此計算出各大地控制點的坐標，就稱為1954 年北京坐