第04章图像的显示与拉伸

第4章 图像显示和拉伸4.1 数字图像的显示4.2 图像的彩色合成4.3 图像拉伸4.1 数字图像的显示l图像增强可用来改善图像的对比度，突出感兴趣图像增强可用来改善图像的对比度，突出感兴趣的地物信息，提高图像的目视解译效果。的地物信息，提高图像的目视解译效果。l数字图像以数字形式存储，具有不可视性。图像数字图像以数字形式存储，具有不可视性。图像的内容必须通过可视化的方式加以显示，才能为的内容必须通过可视化的方式加以显示，才能为人们的视觉所感觉，并进行处理和分析。人们的视觉所感觉，并进行处理和分析。l图像的显示过程图像的显示过程将一组离散数据还原为一幅将一组离散数据还原为一幅可见图像的过程，图像处理和分析过程都是基于可见图像的过程，图像处理和分析过程都是基于数字图像数据的运算，并以数字或决策的形式给数字图像数据的运算，并以数字或决策的形式给出处理或分析结果，其中间过程不可视。出处理或分析结果，其中间过程不可视。4.1 数字图像的显示l数字图像的显示必须符合人眼的视觉要求。数字图像的显示必须符合人眼的视觉要求。l人眼由晶状体（相当于光学镜头）和视网膜（相人眼由晶状体（相当于光学镜头）和视网膜（相当于胶片）组成。当于胶片）组成。视网膜表面分布许多光接收细胞：视网膜表面分布许多光接收细胞：锥细胞锥细胞明视器官，较亮时可分辨颜色，明视器官，较亮时可分辨颜色，RGB。柱细胞柱细胞对低亮度敏感，只提供视野整体信息。对低亮度敏感，只提供视野整体信息。一、颜色的特征一、颜色的特征1、颜色是外界光作用于人的视觉器官而产生的主管、颜色是外界光作用于人的视觉器官而产生的主管感受，分为两类：非彩色（消色）和彩色。感受，分为两类：非彩色（消色）和彩色。l消色消色黑、白以及从黑过渡到白的一系列灰色。黑、白以及从黑过渡到白的一系列灰色。中性色。中性色。l彩色彩色除黑白系列以外的各种颜色。除黑白系列以外的各种颜色。2、颜色的性质、颜色的性质l明度明度人眼对光源或物体的明亮程度的感觉。人眼对光源或物体的明亮程度的感觉。l色调色调色彩彼此相互区分的特性。色彩彼此相互区分的特性。l饱和度饱和度彩色的纯洁程度。频率是否单一、波彩色的纯洁程度。频率是否单一、波长是否窄。长是否窄。二、颜色空间二、颜色空间根据人眼的结构，所有颜色都可以看做是三种基本根据人眼的结构，所有颜色都可以看做是三种基本颜色颜色RGB按照不同的比例组合而成。国际照度按照不同的比例组合而成。国际照度委员会委员会CIE在在1931年规定，年规定，RGB的中心波长分的中心波长分别是别是700nm、546.1nm、435.8nm。数字图像是以亮度点集合的形式显示的，通常使用数字图像是以亮度点集合的形式显示的，通常使用的颜色模型有的颜色模型有RGB模型、模型、CMYK模型、模型、LAB模模型、型、HIS模型。模型。RGB模型模型根据人眼锥细胞接受光线的方法构根据人眼锥细胞接受光线的方法构成的模型。与显示器和扫描仪等设备紧密相关。成的模型。与显示器和扫描仪等设备紧密相关。CMYK模型模型彩色胶片的染料和印刷油墨所形彩色胶片的染料和印刷油墨所形成的颜色空间。成的颜色空间。a.灰度级沿黑白两点的连线从黑延伸到白，其它颜色由位于立方体内或立方体上的点来表示，同时由原点延伸的向量决定。b.RGB的值都假定在【0，1】内。a.减红青色b.减绿洋红色c.减蓝黄色三、三、图像的显示图像的显示1、显示过程：、显示过程：CPU从存储介质中读取数据，并以位的形式保从存储介质中读取数据，并以位的形式保存在图像处理器的缓冲存储器内。存在图像处理器的缓冲存储器内。读数器读取存储器里的位数据，然后将此值赋读数器读取存储器里的位数据，然后将此值赋给彩色查找表给彩色查找表CLUT中的中的RGB。模数转换器将模数转换器将RGB数值变为适当的模拟信号，数值变为适当的模拟信号，通过阴极射线管显示亮度。通过阴极射线管显示亮度。三、三、图像的显示图像的显示2、全色显示：、全色显示：8位图像处理器有一个相连的位图像处理器有一个相连的8位（位（256个元素）个元素）的查找表（的查找表（CLUT），该表中），该表中RGB排列均呈排列均呈0-255渐变顺序。渐变顺序。3、彩色显示、彩色显示显示器采用加色法显示；显示器采用加色法显示；印刷采用减色法显示。印刷采用减色法显示。单色图像和彩色图像对比单色图像和彩色图像对比选择不同波段作为选择不同波段作为RGB三个通道的输入，产生三个通道的输入，产生不同的颜色组合，可突出某些地物的信息。不同的颜色组合，可突出某些地物的信息。4.2 图像的彩色合成图像的彩色合成 人眼对黑白密度的分辨能力有限，大约只有10个灰度级，对彩色可达数百以上。l彩色图像彩色图像可分为真彩色和假彩色图像。可分为真彩色和假彩色图像。真彩色图像其颜色和人眼视觉看到的基本一致。假彩色图像与实际地物色调不一致。l彩色合成彩色合成伪彩色合成、真彩色合成、假彩色合成、模拟真彩色合成。一、伪彩色合成一、伪彩色合成 伪彩色合成伪彩色合成，把单波段灰度图像转变为彩色图像的方法。把单波段灰度图像中的不同灰度级按特定的函数把单波段灰度图像中的不同灰度级按特定的函数关系变换成彩色，然后进行彩色图像显示的方法。关系变换成彩色，然后进行彩色图像显示的方法。主要通过密度分割来实现。主要通过密度分割来实现。二、真彩色合成二、真彩色合成 彩色合成中选择的波段波长与红绿蓝波长相同或近似，合成后得到的图像颜色与真彩色近似。合成后的颜色接近自然色。如TM图像的3、2、1波段分别赋予RGB，可得到近似的真彩色图像。在遥感判读中经常使用。三、假彩色合成三、假彩色合成 假彩色合成假彩色合成，把多波段灰度图像转变为彩色图像的方法。三原色波段的选择根据增强的目的确定，与原来三原色波段的选择根据增强的目的确定，与原来的波段真色颜色不同，所合成的彩色图像并不表的波段真色颜色不同，所合成的彩色图像并不表示地物的真实颜色。也称假彩色增强。示地物的真实颜色。也称假彩色增强。l标准假彩色图像在TM图像中，对4、3、2波段分别赋予RGB颜色合成的假彩色图像。A-浅绿、植被；B-黑色、湖水；C-紫色、城镇；D-白色、新开工道路（南京紫金山）l在SPOT中，对应3、2、1波段为RGB为标准假彩色图像。（下图：农作物变化）l加拿大SIR-C雷达多波段合成图像（寒带森林）（上图4月份；下图：10月份）四、模拟真彩色合成四、模拟真彩色合成 由于蓝光易受大气中气溶胶的影响，有些传感器（如SPOT）舍弃了蓝波段，通过彩色合成无法得到真彩色图像。可通过某种形式的运算得到模拟的红绿蓝三个通道，然后近似地产生真彩色图像。Band1(XS1)：0.50-0.59m 绿波段 Band2(XS2)：0.61-0.68 m 红波段 Band1(XS3)：0.79-0.89 m 近红外 Band4(SWIR)：1.58-1.75 m 短波红外1、用SPOT IMAGE公司提供的方法XS2、(XS1+XS2+XS3)/3、XS1分别赋予成RGB。Band1(XS1)：0.50-0.59m 绿波段 Band2(XS2)：0.61-0.68 m 红波段 Band1(XS3)：0.79-0.89 m 近红外 Band4(SWIR)：1.58-1.75 m 短波红外2、用ERDAS IMAGING公司提供的方法（接近TM真彩色）XS2、(XS3 3+XS3)/4、XS1分别表示RGB。3、不确定参数法引入全色波段（Panchromatic用P表示），aP+(1-a)XS3、2PXS2/(XS1+XS2)、2PXS1/(XS1+XS2)分别表示RGB。a取值0.10.5，引入全色波段，分辨率更高。l不同彩色合成效果比较（南京紫金山和玄武湖，2000.6.12）4.3 图像拉伸 图像拉伸是为了改善图像显示对比度。具体图像拉伸是为了改善图像显示对比度。具体操作是直方图拉伸。操作是直方图拉伸。一、灰度拉伸一、灰度拉伸对比度对比度图像亮度最大值与最小值之比。具体方法：具体方法：线性拉伸、非线性拉伸。1、全域线性拉伸 假定原图像f(x,y)的灰度范围为a,b，希望增强后图像g(x,y)的灰度范围扩展到c,d，则线性拉伸的公式为g(x,y)=(d-c)/(b-a)f(x,y)+c若原图像f(x,y)大多数灰度级分布在 a,b之间，小部分超出，则拉伸的公式可为2%拉伸拉伸在遥感图像处理软件中，如果a取灰度级的2%，b取灰度级的98%，此种拉伸称之为2、分段式拉伸 如果已知地物的灰度范围，可通过分段式拉伸突出该地物的细节信息，设地物的灰度范围为a,b，则拉伸的公式可为3、灰度窗口切片 为了将某一灰度区间的灰度级和其他部分（背景）分开。分两种：（1）清除背景把不在灰度窗口内的像素值都赋值为最小灰度级，在灰度窗口内的像素值都赋值为最大灰度级。（2）保留背景把不在灰度窗口内的像素保持原灰度值，在灰度窗口内的像素值都赋值为最大灰度级。4、非线性拉伸 拉伸函数为非线性的，则为非线性拉伸。常用的拉伸函数有指数函数、对数函数、平方根、高斯函数等。（1）指数变换对图像中亮的部分，指数扩大了灰度间隔，突出了细节；对于暗的部分，缩小了灰度间隔，弱化了间隔。（2）对数变换与指数变换相反。5、多波段拉伸二、图像均衡化l 经过某种映射变换后，使图像的灰度的概率密度呈均匀分布，即变换后的图像灰度级均匀分布。l 变换后，图像的灰度的动态范围得到增加，提高了图像的对比度。l 频率小的灰度级被合并，实现压缩；频率高的灰度级被拉伸，突出了细节信息。三、图像规定化 使单波段图像的直方图变成规定形状直方图而对图像进行转换的方法。