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第三章 遥感数字图像增强处理 Image Enhancement,一、辐射增强 radiation Enhancement 二、空间增强 Spatial Enhancement 三、频率域增强 frequency Enhancement 四、彩色增强 Color Enhancement 五、图像运算 Image Calcu. 六、多光谱增强 Multi-spectral Enhancement,图像增强的目的 主要目的：（1）采用一系列技术改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度；（2）将图像转换成一种更适合于人或机器进行解译和分析处理的形式 改变图像的灰度等级，提高图像的对比度； 消除边缘和噪声，平滑图像； 突出边缘和线状地物，锐化图像； 合成彩色图像； 压缩图像数据量，突出主要信息等,图像增强不是以图像保真度为原则，而是通过处理设法有选择地突出便于人或机器分析某些感兴趣的信息，抑制一些无用的信息，以提高图像的使用价值，即图像增强处理只是增强了对某些信息的辨别能力图像增强的分类 点处理和邻域处理 空间域法增强和频率域法增强 波谱信息增强、空间信息增强和时间信息增强,增强的实质 增强感兴趣地物与周围地物之间的反差。

图像增强的主要内容,通过改变单个像元及相邻像元的灰度值来增强图像对图像进行傅里叶变换，然后对变换后的频率域图像的频谱进行修改，达到增强的目的,一、辐射增强,1、直方图histogram,——通过直接改变图象中像元的亮度值来改变图像的对比度,一、辐射增强,1、直方图histogram,——通过直接改变图象中像元的亮度值来改变图像的对比度,一、辐射增强,1、直方图,计算方法：,数字图像直方图：以每个像元为单位，表示图像中各亮度值或亮度值区间像元出现的频率的分布图一、辐射增强,1、直方图,直方图的性质 （1）直方图反映了图像中的灰度分布规律，描述每个灰度级具有的像元个数，但不包含这些像元在图像中的位置； （2）任何图像有唯一的直方图，不同的图像可能有相同的直方图； （3）如果一幅图像有两个不相连的区域组成，并且每个区域的直方图已知，则整幅图的直方图为该两个区域直方图之和一、辐射增强,1、直方图,直方图的作用 直观地了解图像的亮度值分布范围、峰值的位置、均值以及亮度值分布的离散程度直方图的曲线可以反映图像的质量差异 正态分布：反差适中，亮度分布均匀，层次丰富，图像质量高 偏态分布：图像偏亮或偏暗，层次少，质量较差。

一、辐射增强,1、直方图,直方图的作用,我,一、辐射增强,1、直方图——histogram,累计直方图,图像直方图是描述图像质量的可视化图表在图像处理中，可以通过调整图像直方图的形态，改善图像显示的质量，以达到图像增强的目的一、辐射增强,1、直方图——histogram,累计直方图,一、辐射增强,2、线性变换linear stretch,线性变换——按比例拉伸 在改善图像对比度时，如果采用线性或分段线性的函数关系，那么这种变换就是线性变换 调整线性参数，改变变换效果,一、辐射增强,2、线性变换,线性变换——按比例拉伸,一、辐射增强,2、线性变换,线性变换——按比例拉伸,直方图的形状基本不改变,一、辐射增强,2、线性变换,线性变换——按比例拉伸,设图像变换前的亮度值为：,设图像变换后的亮度值为：,则,,,,This graphic illustrates the increase in contrast in an image before (left) and after (right) a linear contrast stretch.,一、辐射增强,2、线性变换,分段线性变换——是为了突出人们感兴趣的目标或亮度值区间，要求局部扩展亮度值范围。

它可以有效地利用有限个灰度级，达到最大限度增强图像中有用信息的目的，更有效地拉大感兴趣目标与其它地物之间的反差,一、辐射增强,一、辐射增强,一、辐射增强,3、非线性变换——nonlinear stretch,非线性灰度变换对于要进行扩展的亮度值范围是有选择的，扩展的程度是随亮度值的变化儿连续变化的 常用的有两种方法,1）对数变换 当希望对图像的低亮度区有较大的扩展而对高亮度区压缩时，可采用此种变换 2）指数变换 此种可以对图像的高亮度区给予较大的扩展一、辐射增强,3、非线性变换——nonlinear stretch,原始图像f (i, j)的灰度范围为[a, b]，可以通过自然对数变换到区间[a’, b’]上，从而求得图像f ’(i, j)：,一、辐射增强,3、非线性变换——nonlinear stretch,暗区压缩，亮区拉伸,暗区拉伸，亮区压缩,两端压缩，中间拉伸,中间压缩，两端拉伸,暗区拉伸，亮区压缩,一、辐射增强,4、直方图均衡化——Histogram Equalization,遥感图像其灰度分别集中在较窄的区间，从而引起图像细节的模糊，为使图像细节清晰，并使一些目标得到突出，达到增强图像的目的，可通过改善各部分亮度的比例关系，即可通过直方图的方法来实现。

直方图调整以概率论为基础的，常用的方法有直方图均衡化和直方图规定化一、辐射增强,4、直方图均衡化——Histogram Equalization,直方图均衡化又称直方图平坦化，是将一已知灰度概率密度分布的图像，经过某种变换，变成一幅具有均匀灰度概率密度分布的新图像，其结果是扩展了像元取值的动态范围，从而达到增强图像整体对比度的效果基本思想,原图像的灰度值,原图像中任一灰度出现的概率,新图像的灰度值,新图像中任一灰度出现的概率（相同）,经证明，累计直方图曲线即为直方图均衡化的基本变换函数,一、辐射增强,4、直方图均衡化——Histogram Equalization,计算方法,一、辐射增强,4、直方图均衡化——Histogram Equalization,步骤： （1）统计原图像每一灰度级的像元数和累积像元数； （2）计算原每一灰度级均衡化后的新值； （3）以新值代替原灰度值，形成均衡化后的新图像； （4）根据原图像像元统计值对应找到新图像的像元统计值，做出直方图If the input range is not uniformly distributed. In this case, a histogram-equalised stretch may be better. This stretch assigns more display values (range) to the frequently occurring portions of the histogram. In this way, the detail in these areas will be better enhanced relative to those areas of the original histogram where values occur less frequently,This graphic illustrates the rather uneven increase in contrast in an image before (left) and after (right) a histogram equalised stretch.,原图像,标准差小，低反差，层次较差,均衡化后新图像,标准差大，高反差，层次较好,计算示例,步骤： （1）统计原图像每一灰度级的像元数和累积像元数； （2）计算原每一灰度级均衡化后的新值； （3）以新值代替原灰度值，形成均衡化后的新图像； （4）根据原图像像元统计值对应找到新图像的像元统计值，做出直方图。

N=49，L-1=16,取整或四舍五入,,一、辐射增强,4、直方图均衡化——Histogram Equalization,均衡化后的效果： （1）各灰度级出现的频率近似相等； （2）原图像上频率小的灰度级被合并，实现压缩；频率高的灰度级被拉伸，使亮度集中于中部的图像得到改善，增强图像上大面积地物与周围地物的反差即：直方图上灰度分布较密的部分被拉伸；灰度分布稀疏的部分被压缩，从而使一幅图像的对比度在总体上得到很大的增强一、辐射增强,5、直方图规定化/匹配—— Histogram Specification/Matching,直方图规定化：是指使一幅图像的直方图变成规定形状的直方图而进行的图像增强方法规定直方图的类型 （1）参考图像的直方图，通过变换，使两幅图像的亮度变化规律尽可能地接近； （2）特定函数形式的直方图，通过变换，使变换后的图像亮度变化规律可能地服从这种函数的分布直方图规定化的原理：对两个直方图都做均衡化，变成相同的归一化的均匀直方图，以此均匀直方图为媒介，再对参考图像做均衡化的逆运算计算示例,计算示例,均衡化的变换函数采用归一化的形式，即拉伸因子为1；此时设N=1，L-1=1，其它值相应变为小数或分数。

因此，均衡化的变换函数即为该图像的积累直方图本身具体步骤：,计算示例,一、辐射增强,6、密度分割——黑白灰度图像变为彩色图像,概念：单波段黑白遥感图像可按亮度分层，对每层赋予不同的色彩，使之成为一幅彩色图像这种方法又叫密度分割 分层方案的确定：分层方案与地物光谱差异对应合适，可以较好地区分地物类别一、辐射增强,6、密度分割——黑白灰度图像变为彩色图像,密度分割或密度分层是伪彩色增强中最简单的一种方法，它是对图像亮度范围进行分割，使一定亮度间隔对应于某一类地物或几类地物从而有利于图像的增强和分类此法比较直观简单，缺点使变换出的彩色数目有限 密度分割的基本步骤 A：选定密度分割点，考虑因素：专业知识和经验、地物波谱 B：确定灰度与彩色的变换关系，灰度分割点对应于彩色分割点变换关系可以是等间隔的线性的、不间隔的线性的、分段线性分割的方法非线性的变换关系一、辐射增强,6、密度分割——黑白灰度图像变为彩色图像,计算步骤：,2）求图像的密度区间,3）求分割层的密度差,4）求各层的密度区间,1）求图像的极大值与极小值,一、辐射增强,6、密度分割——黑白灰度图像变为彩色图像,5）定出各密度层灰度值与颜色,一、辐射增强,6、密度分割——黑白灰度图像变为彩色图像,效果分析 以不同的色彩表示图像的色调变化，增强了图像的显示能力； 同一地物或现象可能被分割成两种不同密度并以不同的颜色显示出来，或同一色彩却表示两种以上不同的地物，造成判读错误。

7、灰度颠倒在光学图像中是将正片制成负片或将负片印制成正片，数字图像处理中是将灰度值大小颠倒，使得正像和负像互换，即：,,,,红,黄,绿,品,蓝,青,以重点突出图像上某些特征为目的 滤波增强的原理:任何一个复杂的波形曲线都可以分解成具有不同频率（波长）的较为简单的波形曲线 概念:根据需要，舍弃不需要的频率曲线，选择适宜和需要的频率波形曲线，重新构成新的图像，使一些地物或现象得到突出显示二、空间增强Spatial Enhancement 空间滤波Spatial Filtering,Spatial filtering encompasses another set of digital processing functions which are used to enhance the appearance of an image. Spatial filters are designed to highlight or suppress（抑制） specific features in an image based on their spatial frequency. Spatial frequency is related to the concept of image texture, and refers to the frequency of the variations in tone that appear in an image,。