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(xué)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(nèi)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(diǎn)4、了解遙感數(shù)字圖像的處理軟件。教學(xué)重點(diǎn)：圖像與數(shù)字圖像、遙感圖像數(shù)字化及特點(diǎn)教學(xué)內(nèi)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(xué)科的關(guān)系

按圖像明暗程度和空間坐標(biāo)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(xué)圖像，是指空間坐標(biāo)和明暗程度連續(xù)變化的，計(jì)算機(jī)無(wú)法直接處理的圖像，它屬于可見(jiàn)圖像。數(shù)字圖像：是指能被計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、處理和使用的圖像，是空間坐標(biāo)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(zhuǎn)換）D/A（數(shù)/模轉(zhuǎn)換）遙感圖像的獲取方式攝影成像掃描成像雷達(dá)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(dá)是由發(fā)射機(jī)通過(guò)天線在很短的時(shí)間內(nèi)，向目標(biāo)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(biāo)地物反射的回波信號(hào)而進(jìn)行顯示的一種傳感器。按照雷達(dá)的工作方式可分為：成像雷達(dá)和非成像雷達(dá)。成像雷達(dá)中又可分為真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)和合成孔徑側(cè)視雷達(dá)采樣（空間離散）空間上連續(xù)的圖像變化成離散點(diǎn)的操作成為采樣，實(shí)際上是空間坐標(biāo)(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(guān)系到圖像的質(zhì)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(gè)灰度級(jí))也即圖像灰度的離散化。265×180133×9066×4533×22256灰度級(jí)16灰度級(jí)8灰度級(jí)4灰度級(jí)采樣大小與量化等級(jí)對(duì)圖像質(zhì)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(gè)像素灰度由0或1構(gòu)成多值圖像:每個(gè)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(zhì)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(biāo)題(BITMAP)文件標(biāo)識(shí)、整個(gè)文件長(zhǎng)度、文件頭長(zhǎng)度信息標(biāo)題(BITMAPINFOHEADER)信息標(biāo)題結(jié)構(gòu)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(diào)色板信息（RGBQUAD）儲(chǔ)存了biBitCount個(gè)RGBQUAD個(gè)結(jié)構(gòu)，RGBQUAD結(jié)構(gòu)成員變量包含藍(lán)、綠、紅的亮度實(shí)際圖像信息在不壓縮時(shí)，位圖文件是按行順序存儲(chǔ)，每一行從左到右進(jìn)行存儲(chǔ)。每行在位圖中的存儲(chǔ)位置是按照從下到上的順序進(jìn)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(xué)處理：利用光學(xué)、照相和電子學(xué)的方法對(duì)遙感模擬圖像（照片、底片）進(jìn)行處理遙感數(shù)字圖像處理：利用計(jì)算機(jī)對(duì)遙感數(shù)字圖像進(jìn)行一系列操作，從而得到某種預(yù)期結(jié)果的技術(shù)2、遙感數(shù)字圖像處理的內(nèi)容（1）圖像轉(zhuǎn)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(qiáng)：改善圖像的視覺(jué)效果，提高圖像的清晰度、對(duì)比度，突出所需要的信息。（4）多元信息復(fù)合：多遙感平臺(tái)數(shù)據(jù)、多時(shí)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(jì)算機(jī)解譯：以遙感數(shù)字圖像為研究對(duì)象，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持下，綜合運(yùn)用地學(xué)分析、遙感圖像處理、地理信息系統(tǒng)、模式識(shí)別與人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地學(xué)專題信息的智能化獲取3、遙感數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)（1）圖像信息損失低，處理精度高（2）抽象性強(qiáng)，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(xué)科的關(guān)系1、遙感數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展歷史（1）發(fā)展時(shí)期：20世紀(jì)60～70年代（2）成熟時(shí)期：20世紀(jì)80年代時(shí)地理信息系統(tǒng)普及和推廣應(yīng)用階段。（3）應(yīng)用時(shí)期：20世紀(jì)90年代～2、遙感數(shù)字圖像處理技術(shù)的與其他學(xué)科的關(guān)系EducationTransportationCityPlanningNaturalResourcesAtlanta,HeatIslandExperimentCalifornia,TeacherTraining(alert)Baltimore,LymeDiseaseStudyAgricultureKansas,PrecisionFarmingMississippi,RoadSitingHurricaneLandfallForecastingDisasterManagement

遙感應(yīng)用是推動(dòng)遙感發(fā)展的原動(dòng)力，要使遙感在不同領(lǐng)域得到很好很好的應(yīng)用，必須掌握相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)。（1）數(shù)學(xué)知識(shí)，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)（2）必須掌握地學(xué)方面的知識(shí)、理論（3）具有信息論的基礎(chǔ)知識(shí)（4）計(jì)算機(jī)技術(shù)與地理信息系統(tǒng)技術(shù)（5）現(xiàn)代物理學(xué)，特別是有關(guān)電磁波理論和電子光學(xué)方面的基本知識(shí)。光盤數(shù)學(xué)地圖學(xué)地理學(xué)地理信息系統(tǒng)遙感技術(shù)GPS技術(shù)測(cè)量學(xué)地面調(diào)查技術(shù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)人工智能問(wèn)題解決方案地學(xué)空間分析方法、模型GIS的外設(shè)備用戶界面空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理（圖形與屬性一體化管理；面向?qū)ο蟮墓芾?；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(yù)處理；數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；常規(guī)空間分析（系統(tǒng)提供）；空間分析應(yīng)用模型的構(gòu)建（用戶開(kāi)發(fā)）；可視化輸出GIS及其相關(guān)技術(shù)軟件的結(jié)構(gòu)GIS的功能1.數(shù)據(jù)的采集、檢驗(yàn)與編輯2.數(shù)據(jù)處理3.空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理4.基本空間分析5.應(yīng)用模型的構(gòu)建方法6.結(jié)果顯示與輸出一、概念與術(shù)語(yǔ)

遙感 數(shù)字?jǐn)?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(jìn)行的計(jì)算有關(guān)，如果我們定義數(shù)字圖像為一個(gè)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(duì)客觀對(duì)象的一種相似性的描述或?qū)懻?/p>

處理是讓某個(gè)事物受到一個(gè)過(guò)程的作用，一個(gè)過(guò)程（process）是指能導(dǎo)致某個(gè)所期望目標(biāo)的一系列的動(dòng)作或操作數(shù)字圖像指的是一個(gè)被抽樣和量化后的二維函數(shù)。一幅數(shù)字圖像就是一個(gè)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(guò)修改的圖像的過(guò)程，以得到所期望的結(jié)果。

數(shù)字圖像分析將一幅圖像轉(zhuǎn)化為非圖像的表示。

數(shù)字圖像理解是借助知、經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行遙感圖像解譯的過(guò)程

遙感數(shù)字圖像處理是利用計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)字處理的方法來(lái)增強(qiáng)和提取遙感圖像中的專業(yè)信息。本章回顧與總結(jié)二、哲學(xué)觀念

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

一般采用離散的技術(shù)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(duì)原來(lái)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(zhuǎn)換過(guò)程中，保證我們感興趣的內(nèi)容不丟失或不明顯損失的方法，第三，我們能夠預(yù)測(cè)采樣效應(yīng)，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(guò)程集成為一個(gè)更一般的方法。如此，所處理的數(shù)字圖像本質(zhì)上等價(jià)于它所表示的連續(xù)圖像。圖像間的對(duì)應(yīng)在大多數(shù)的數(shù)字圖像處理應(yīng)用中，處理一個(gè)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(jì)算機(jī)處理，因此數(shù)字圖像只是該物體的一個(gè)臨時(shí)表示，這樣我們就建立一個(gè)物體和表示該物體的圖像之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。因?yàn)槲覀儾荒軐?duì)一個(gè)物體進(jìn)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(duì)應(yīng)的數(shù)字圖像三、遙感數(shù)字圖像處理的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1線性代數(shù)：線性相關(guān)，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(jì)與誤差：概率分布、分布密度、數(shù)學(xué)期望、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、相關(guān)系數(shù)、協(xié)方差矩陣、樣本、直方圖、權(quán)、回歸分析、系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差。4信息論：馬爾可夫過(guò)程、熵、信息量等。四、圖像處理的地學(xué)基礎(chǔ)1天體與地球：太陽(yáng)、地球、經(jīng)緯度、時(shí)差。2大氣圈：對(duì)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(zhì)學(xué)、地層學(xué)、巖石學(xué)、地貌學(xué)、冰川、山系。5生物圈：生態(tài)學(xué)、植被、土壤學(xué)、荒漠6地理圈：自然地理學(xué)，區(qū)劃，地面控制點(diǎn)，地面實(shí)況調(diào)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(chǔ)電磁波譜

電磁波信號(hào)是遙感研究的對(duì)象，區(qū)分電磁波特性的主要因子之一是波長(zhǎng)（頻率），電磁波依據(jù)波長(zhǎng)軸線的分布稱為電磁波譜。紫外可見(jiàn)近紅外中紅外熱紅外微波0.3μm1.0μm3.0μm10.0μm100%0%大氣透過(guò)率XCSLPKKaKu大氣窗口1mm1cm1m六、遙感數(shù)字圖像處理的內(nèi)容與方法圖像信息的獲取圖像信息的存儲(chǔ)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(fù)校正圖像增強(qiáng)多元信息復(fù)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(xiàn)朱述龍等，遙感圖像處理與應(yīng)用，科學(xué)出版社，2006姚敏等編著，數(shù)字圖像處理，機(jī)械工業(yè)出版社，2006賈永紅，數(shù)字圖像處理，武漢大學(xué)出版社，2003湯國(guó)安編著，《遙感數(shù)字圖像處理》，科學(xué)出版社，2004章毓敏，數(shù)字圖像處理，清華大學(xué)出版社，1999范文義、羅傳文，“3S”理論與技術(shù)，2003游先祥，遙感原理及在資源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，2003RafaelC.Gonzalez,etal,DigitalImageProcessingUsingMATLAB,電子工業(yè)出版社，2004王曉丹等，基于MATLAB的系