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应用图像滤波器

来源: https://vis-webcontent.s3.amazonaws.com/quickguides/Image+Preprocessing/Apply+Image+Filters/index.html#/

第 1 课，共 1 课

应用图像滤波器

ENVI 提供了 26 种图像滤波工具，用途广泛，包括平滑、锐化、边缘检测、纹理分析、快速傅里叶变换 (FFT)、卷积和形态学处理。每种滤波器都有不同的用途。对于其中大多数滤波器，您可以预览它们对图像部分区域的效果，然后将滤波器应用于整个图像。

本快速指南演示了几个常用的滤波器。您将：

  • 对全色图像应用高通滤波器和方向滤波器，以增强地物边缘。
  • 对 SAR 图像应用增强Lee自适应滤波器，以去除斑点噪声并进行平滑。

打开全色图像

  1. 在菜单栏中选择 文件 > 打开。出现一个打开对话框。
  2. 转到您 ENVI 安装路径下的 "data" 目录。 Windows 系统：C:\Program Files\NV5\ENVIxx\data (xx 是版本号) Linux 系统：/user/local/NV5/envixx/data Mac 系统：/Applications/NV5/envixx/data
  3. 选择文件 qb_boulder_pan 并点击 打开。该图像被添加到图层管理器并显示在图像窗口中。这是美国科罗拉多州博尔德市的一幅 QuickBird 全色图像。
  4. 在工具栏的 定位至 字段中，输入像素坐标 3009, 483 并按 Enter 键。视图将居中显示一个包含房屋、街道、网球场和池塘的住宅区。

应用高通滤波器

高通滤波器主要用于锐化图像。ENVI 工具栏中有一个 锐化 滑块，可用于锐化图像和增强地物边缘，但这仅用于显示目的。如果将图像保存到磁盘上的新 ENVI 格式文件，这些显示增强效果将不会被保留。高通滤波器实际上会改变图像的像素值。您可以选择将图像保存到磁盘，并根据需要进行进一步处理。

高通滤波器是一种卷积滤波器，其中给定像素的亮度值是周围像素亮度值加权平均的函数。它们去除图像的低频分量，同时保留高频分量。它们使用具有高中心值的核，通常周围是负权重。ENVI 的默认高通滤波器核如下所示：

  1. 在工具箱中，展开 滤波器 文件夹，然后双击 高通滤波器。出现高通滤波器对话框。
  2. 启用 预览 选项。回加 (Add Back) 值控制滤波结果与原始图像之间的混合比例。默认值为 0.1，即您在此处看到的预览效果。仅保留 10% 的原始图像，而显示 90% 的高通滤波结果。

  1. 在 回加 (Add Back) 字段中输入值 0.5。这将生成一个混合图像，显示 50% 的原始（未滤波）图像和 50% 的高通滤波图像。

  1. 保持 核大小 列 (Kernel Size Cols) 和 行 (Rows) 的默认值 3。ENVI 将使用一个滑动的 3 x 3 核（如上图所示）来确定每个像素的目标值。例如，将值增加到 9，将应用 9 x 9 的核到每个像素。这会产生一个稍微平滑的高通滤波图像。
  2. 保持 数据忽略值 (Data Ignore Value) 字段为空。
  3. 在 输出栅格 (Output Raster) 字段中，输入文件名 qb_boulder_pan_HighPass.dat。

  1. 点击 确定。处理完成后，高通滤波后的图像被添加到图层管理器并显示在图像窗口中。

  1. 在继续下一部分之前，请在图层管理器中取消勾选 qb_boulder_pan_HighPass.dat 图层。

应用方向滤波器

方向滤波器可以有选择性地增强具有特定方向分量的图像特征。它们能有效地定位受扰动土壤、地质中断层引起的线性构造、地表特征的细微纹理变化等。

  1. 点击工具栏中的 缩放 百分比下拉列表，选择 100% (1:1)。视图将缩放至 100%。
  2. 在工具栏的 定位至 字段中，输入像素坐标 1563, 823 并按 Enter 键。视图跳转到一个空地上。

  1. 在工具箱中，双击 方向滤波器。出现方向滤波器对话框。
  2. 在 回加 (Add Back) 字段中输入值 0.2。
  3. 启用 预览 选项。图像窗口显示结果的预览。默认的角度 (Angle) 为 0 度，它强调南北走向的线性特征。

  1. 在 角度 (Angle) 字段中，输入值 90 并按 Enter 键。这会揭示东西走向的特征。

  1. 本练习中您不需要创建输出栅格。当您尝试完不同的 角度 (Angle) 值后，点击 取消 按钮关闭方向滤波器对话框。
  2. 在菜单栏中选择 文件 > 数据管理器。
  3. 点击数据管理器工具栏中的 关闭所有文件 按钮。

接下来，您将使用自适应滤波器对 SAR 图像进行去斑处理。

对 SAR 图像应用自适应滤波器

自适应滤波器使用每个像素周围核内像素的标准差来计算新的像素值。它们通常用于平滑图像。然而，与低通平滑滤波器不同，自适应滤波器在抑制噪声的同时能保持图像的锐度和细节。它们在去除 SAR 图像斑点噪声方面特别有用。

SAR 图像会受到斑点噪声的影响，这是由于雷达信号在分辨率单元内向多个方向后向散射造成的。这会使 SAR 图像呈现“椒盐”状外观，使目视解译变得困难。

在本练习中，您将评估一幅来自 Capella Space 的单视复数据 (SLC) 图像。请下载下面的 ZIP 文件，并将其内容解压到您系统上的一个目录中。

下载示例数据

[Capella_SAR_SICD_Rotterdam.zip

56.6 MB

下载](assets/Capella_SAR_SICD_Rotterdam.zip)

副标题

  1. 从菜单栏中选择 文件 > 打开。
  2. 转到保存示例数据的目录，选择文件 Capella_Rotterdam.dat。
  3. 点击 确定。该图像被添加到图层管理器并显示在图像窗口中。以下截图显示了图像的全貌。

这是一个传感器独立复数据 (SICD) NITF 文件，已导出为 ENVI 栅格格式。如果 ENVI NITF/NSIF 模块已安装并获得许可，ENVI 6.0 及更高版本可以直接读取和显示 SICD 文件 (.ntf)。将文件保存为 ENVI 格式可确保所有 ENVI 版本的用户在本练习中都能读取和显示该文件。

原始 SICD 图像可从 Capella 的 Open Data Gallery（在新标签页中打开） 获取。SICD 图像具有复数数据值，ENVI 将其分离为五个波段：功率 (Power)、幅度 (Magnitude)、相位 (Phase)、实部 (Real) 和虚部 (Imaginary)。您正在查看的是幅度 (Magnitude) 波段，它最适合用于目视解译。在 100% 分辨率下，您可以看到之前讨论的斑点噪声：

ENVI 提供了 10 种可用于去除 SAR 图像斑点噪声的自适应滤波器。以下滤波器与此类 SICD 图像配合使用效果最佳：

  • 增强Frost (Enhanced Frost)
  • 增强Lee (Enhanced Lee)
  • Frost
  • Gamma
  • 中值 (Median)

应用增强 Lee 滤波器

  1. 在工具箱中，双击 增强 Lee 滤波器 (Enhanced Lee Filter)。出现增强 Lee 自适应滤波器对话框。
  2. 点击 输入栅格 (Input Raster) 旁边的 浏览 按钮，选择文件 Capella_Rotterdam.dat。
  3. 将 窗口大小 (Window Size) 值更改为 5。这将使用 5 x 5 的核大小，从而进一步平滑图像。
  4. 保持其余参数为默认值。
  5. 在 输出栅格 (Output Raster) 字段中，输入文件名 Capella_Rotterdam_Filtered.dat。

  1. 处理完成后，平滑后的图像被添加到图层管理器并显示在图像窗口中。以下截图显示了平滑效果对停靠在港口的两艘船的影响：

  1. 图像以平方根 (Square Root) 拉伸方式显示，这使所有内容变亮，便于目视解译。然而，您仍然可以在水域中看到一些斑点噪声。为了解决这个问题，请点击工具栏中的拉伸类型下拉列表，选择 优化线性 (Optimized Linear)。

  1. 本练习到此结束。

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