遙感數(shù)字圖像處理ch1課件

遙感數(shù)字圖像處理2011年09月第一章緒論

Chapter1Introduction教學要求：1、了解圖像與數(shù)字圖像的概念2、掌握遙感數(shù)字圖像處理的概念、主要方法及主要內容3、掌握遙感圖像的數(shù)字化及遙感數(shù)字圖像的基本特點4、了解遙感數(shù)字圖像的處理軟件。教學重點：圖像與數(shù)字圖像、遙感圖像數(shù)字化及特點教學內容1.1遙感數(shù)字圖像1.2遙感數(shù)字圖像處理的基本概念1.3遙感數(shù)字處理系統(tǒng)1.4

遙感數(shù)字圖像處理的發(fā)展及與其他學科的關系

按圖像明暗程度和空間坐標的連續(xù)性劃分，圖像可以分為數(shù)字圖像和模擬圖像模擬圖像與數(shù)字圖像模擬圖像：也稱光學圖像，是指空間坐標和明暗程度連續(xù)變化的，計算機無法直接處理的圖像，它屬于可見圖像。數(shù)字圖像：是指能被計算機存儲、處理和使用的圖像，是空間坐標和灰度均不連續(xù)，用離散數(shù)字表示的圖像

A/D（模/數(shù)轉換）D/A（數(shù)/模轉換）遙感圖像的獲取方式攝影成像掃描成像雷達成像航向重疊60%旁向重疊30-20%航向Strip3Strip2Strip1單片攝影感光膠片磁帶或光盤

雷達是由發(fā)射機通過天線在很短的時間內，向目標地物發(fā)射一束很窄的大功率電磁波脈沖，然后用同一天線接收目標地物反射的回波信號而進行顯示的一種傳感器。按照雷達的工作方式可分為：成像雷達和非成像雷達。成像雷達中又可分為真實孔徑側視雷達和合成孔徑側視雷達采樣（空間離散）空間上連續(xù)的圖像變化成離散點的操作成為采樣，實際上是空間坐標(x,y)的數(shù)字化，即按一定的間隔(△x,△y)將圖像劃分M行×N列的網(wǎng)格顯然，采樣網(wǎng)格的大小關系到圖像的質量及所包含的信息1024×1024128×128256×256512×51264×6432×32

函數(shù)f(x,y)取值的數(shù)字化被稱為圖像的量化(如量化到256個灰度級)也即圖像灰度的離散化。265×180133×9066×4533×22256灰度級16灰度級8灰度級4灰度級采樣大小與量化等級對圖像質量的影響遙感圖像的類型1按灰度值可分為二值圖像和多值圖像二值圖像:每個像素灰度由0或1構成多值圖像:每個象素灰度由0～2n之間的數(shù)表示（n>1）2按波段量可分為單波段、彩色或多波段數(shù)字圖像遙感數(shù)字圖像的分辨率RadiometricResolution8bit(0-255)SpectralResolution0.52-0.61day17day31day3030Spatialresolution1pixel=30×30TemporalresolutionSameareaviewedevery16多波段遙感數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)格式Imagedatacanbearrangedinseveralwaysonatapeorothermedia.Themostcommonstorageformatsare圖像用以下常用的三種方式存貯在磁帶或其他的介質上如光盤?BSQ(bandsequential)

波段順序?BIL(bandinterleavedbyline)

波段與行?BIP(bandinterleavedbypixel)波段象素位圖（.BMP）文件格式文件標題(BITMAP)文件標識、整個文件長度、文件頭長度信息標題(BITMAPINFOHEADER)信息標題結構字節(jié)數(shù)、位圖的寬度、高度、每像素的位數(shù)、位圖顏色索引數(shù)等調色板信息（RGBQUAD）儲存了biBitCount個RGBQUAD個結構，RGBQUAD結構成員變量包含藍、綠、紅的亮度實際圖像信息在不壓縮時，位圖文件是按行順序存儲，每一行從左到右進行存儲。每行在位圖中的存儲位置是按照從下到上的順序進行的。404042405562426065444445455560456060101012105082128080404410404410424512404510555550626082424512606080656080404042444445101012405562455560105082426065456060128080404042405562426065444445455560456060101012105082128080BIP逐像元按波段BIL逐行按波段BSQ按波段順序頭尾頭尾頭，第1波段頭，第2波段頭，第3波段尾尾尾1.2遙感數(shù)字圖像處理的基本概念1、遙感數(shù)字圖像處理光學處理：利用光學、照相和電子學的方法對遙感模擬圖像（照片、底片）進行處理遙感數(shù)字圖像處理：利用計算機對遙感數(shù)字圖像進行一系列操作，從而得到某種預期結果的技術2、遙感數(shù)字圖像處理的內容（1）圖像轉換：A/DD/A;變換（2）數(shù)字圖像校正：輻射校正和幾何校正（3）數(shù)字圖像增強：改善圖像的視覺效果，提高圖像的清晰度、對比度，突出所需要的信息。（4）多元信息復合：多遙感平臺數(shù)據(jù)、多時相數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)與非遙感數(shù)據(jù)之間的信息組合匹配。（5）計算機解譯：以遙感數(shù)字圖像為研究對象，在計算機系統(tǒng)支持下，綜合運用地學分析、遙感圖像處理、地理信息系統(tǒng)、模式識別與人工智能技術，實現(xiàn)地學專題信息的智能化獲取3、遙感數(shù)字圖像處理的特點（1）圖像信息損失低，處理精度高（2）抽象性強，再現(xiàn)性好（3）通用性廣，靈活性高1.4

遙感數(shù)字圖像處理的發(fā)展及與其他學科的關系1、遙感數(shù)字圖像處理技術的發(fā)展歷史（1）發(fā)展時期：20世紀60～70年代（2）成熟時期：20世紀80年代時地理信息系統(tǒng)普及和推廣應用階段。（3）應用時期：20世紀90年代～2、遙感數(shù)字圖像處理技術的與其他學科的關系EducationTransportationCityPlanningNaturalResourcesAtlanta,HeatIslandExperimentCalifornia,TeacherTraining(alert)Baltimore,LymeDiseaseStudyAgricultureKansas,PrecisionFarmingMississippi,RoadSitingHurricaneLandfallForecastingDisasterManagement

遙感應用是推動遙感發(fā)展的原動力，要使遙感在不同領域得到很好很好的應用，必須掌握相關領域的知識。（1）數(shù)學知識，尤其是計算機技術和數(shù)理統(tǒng)計（2）必須掌握地學方面的知識、理論（3）具有信息論的基礎知識（4）計算機技術與地理信息系統(tǒng)技術（5）現(xiàn)代物理學，特別是有關電磁波理論和電子光學方面的基本知識。光盤數(shù)學地圖學地理學地理信息系統(tǒng)遙感技術GPS技術測量學地面調查技術計算機圖形學數(shù)據(jù)庫技術虛擬現(xiàn)實技術人工智能問題解決方案地學空間分析方法、模型GIS的外設備用戶界面空間數(shù)據(jù)庫管理（圖形與屬性一體化管理；面向對象的管理；空間數(shù)據(jù)引擎；）數(shù)字化輸入；RS、GPS數(shù)據(jù)；檢查編輯；預處理；數(shù)據(jù)格式轉換；常規(guī)空間分析（系統(tǒng)提供）；空間分析應用模型的構建（用戶開發(fā)）；可視化輸出GIS及其相關技術軟件的結構GIS的功能1.數(shù)據(jù)的采集、檢驗與編輯2.數(shù)據(jù)處理3.空間數(shù)據(jù)庫管理4.基本空間分析5.應用模型的構建方法6.結果顯示與輸出一、概念與術語

遙感 數(shù)字數(shù)字圖像 圖像處理遙感數(shù)字圖像處理

數(shù)字與采樣數(shù)字方法或離散單元進行的計算有關，如果我們定義數(shù)字圖像為一個物體的數(shù)字表示，則像素就是離散的單元，量化灰度就是數(shù)字量值。

圖像是對客觀對象的一種相似性的描述或寫真

處理是讓某個事物受到一個過程的作用，一個過程（process）是指能導致某個所期望目標的一系列的動作或操作數(shù)字圖像指的是一個被抽樣和量化后的二維函數(shù)。一幅數(shù)字圖像就是一個被量化的采樣數(shù)值的二維矩陣。

數(shù)字圖像處理指將一幅圖像變?yōu)榱硪环?jīng)過修改的圖像的過程，以得到所期望的結果。

數(shù)字圖像分析將一幅圖像轉化為非圖像的表示。

數(shù)字圖像理解是借助知、經(jīng)驗進行遙感圖像解譯的過程

遙感數(shù)字圖像處理是利用計算機通過數(shù)字處理的方法來增強和提取遙感圖像中的專業(yè)信息。本章回顧與總結二、哲學觀念

每個涉足數(shù)字圖像處理這類學科的人都不能不帶有自己的一套概念和想法，換個說法就是自己的哲學觀點連續(xù)方法和離散方法

一般采用離散的技術處理連續(xù)世界的圖像；數(shù)字圖像處理不是指“處理數(shù)字圖像”，而是“圖像的數(shù)字處理”；一方面，希望能夠刻畫對原來是連續(xù)形式的圖像施行數(shù)字化后所產(chǎn)生的影響；另一方面，尋求從模擬圖像到數(shù)字圖像、再由數(shù)字圖像到模擬圖像的轉換過程中，保證我們感興趣的內容不丟失或不明顯損失的方法，第三，我們能夠預測采樣效應，并有效降低或消除這種影響。這樣就將連續(xù)和離散的處理過程集成為一個更一般的方法。如此，所處理的數(shù)字圖像本質上等價于它所表示的連續(xù)圖像。圖像間的對應在大多數(shù)的數(shù)字圖像處理應用中，處理一個物體的圖像目的是為了取得物體本身的信息。由于只有數(shù)字圖像才能被計算機處理，因此數(shù)字圖像只是該物體的一個臨時表示，這樣我們就建立一個物體和表示該物體的圖像之間的對應關系。因為我們不能對一個物體進行數(shù)字處理，甚至不能處理一幅非數(shù)字圖像，所以我們只能局限于它們所對應的數(shù)字圖像三、遙感數(shù)字圖像處理的數(shù)學基礎1線性代數(shù)：線性相關，線性空間，線性組合，線性變換，矩陣，特征向量等。2圖像變換：（離散）傅立葉變換，拉普拉斯算子，K-L變換。3概率統(tǒng)計與誤差：概率分布、分布密度、數(shù)學期望、方差、標準差、相關系數(shù)、協(xié)方差矩陣、樣本、直方圖、權、回歸分析、系統(tǒng)誤差、隨機誤差。4信息論：馬爾可夫過程、熵、信息量等。四、圖像處理的地學基礎1天體與地球：太陽、地球、經(jīng)緯度、時差。2大氣圈：對流層、平流層、中間層、電離層、逃逸區(qū)、熱帶、溫帶、寒帶等。3水圈：海、湖泊、水系、洪水、泛濫區(qū)。4巖石圈：地質學、地層學、巖石學、地貌學、冰川、山系。5生物圈：生態(tài)學、植被、土壤學、荒漠6地理圈：自然地理學，區(qū)劃，地面控制點，地面實況調查。巖石圈水圈土壤圈生物圈智慧圈大氣圈地球圈地球圈蒸騰五、圖像處理的物理基礎電磁波譜

電磁波信號是遙感研究的對象，區(qū)分電磁波特性的主要因子之一是波長（頻率），電磁波依據(jù)波長軸線的分布稱為電磁波譜。紫外可見近紅外中紅外熱紅外微波0.3μm1.0μm3.0μm10.0μm100%0%大氣透過率XCSLPKKaKu大氣窗口1mm1cm1m六、遙感數(shù)字圖像處理的內容與方法圖像信息的獲取圖像信息的存儲圖像信息的傳輸數(shù)字圖像處理圖像信息輸出與顯示圖像恢復校正圖像增強多元信息復合圖像變換圖像解譯幾何校正輻射校正方法：空域法和變換域法主要參考文獻朱述龍等，遙感圖像處理與應用，科學出版社，2006姚敏等編著，數(shù)字圖像處理，機械工業(yè)出版社，2006賈永紅，數(shù)字圖像處理，武漢大學出版社，2003湯國安編著，《遙感數(shù)字圖像處理》，科學出版社，2004章毓敏，數(shù)字圖像處理，清華大學出版社，1999范文義、羅傳文，“3S”理論與技術，2003游先祥，遙感原理及在資源監(jiān)測中的應用，2003RafaelC.Gonzalez,etal,DigitalImageProcessingUsingMATLAB,電子工業(yè)出版社，2004王曉丹等，基于MATLAB的系