第二章 遙感圖像的獲取和數(shù)字化培訓(xùn)課件

課堂提問什么是圖像和象素什么是數(shù)字圖象數(shù)字圖像處理和圖像分析有什么區(qū)別第2章遙感數(shù)字圖像

的獲取和存儲

簡介遙感遠(yuǎn)距離、非接觸的目標(biāo)探測技術(shù)和方法回顧電磁波譜與大氣窗口電磁波譜大氣窗口一電磁波譜電磁波在真空或介質(zhì)中通過傳輸電磁場的振動而傳輸電磁能量的波光波、熱輻射、微波、無線電波性質(zhì)波粒二象性電磁波譜各種電磁波按其波長大小排列構(gòu)成的圖譜實際的波譜是連續(xù)的，但是，波段的劃分是相對的。任何物體，只要溫度大于絕對零度，都能反射、發(fā)射、吸收電磁波電磁波譜圖2電磁波的發(fā)射特性輻射量輻射測量以從γ射線到電波的整個波長范圍為對象的物體輻射量的測定光度測量對人類具有視覺感應(yīng)的波段（可見光）所引起的知覺的量的測定二大氣窗口電磁輻射能夠透過大氣層而未被完全反射、散射和吸收的波譜范圍大氣窗口決定了遙感傳感器波段的選擇常用的大氣窗口2.1.遙感圖像的獲取和數(shù)字化2.1.1遙感系統(tǒng)傳感器遙感平臺遙感系統(tǒng)遙感地面站遙感系統(tǒng)HDT：數(shù)字磁帶CCT：數(shù)據(jù)記錄格式按照工作平臺分：

航天遙感航空遙感地面遙感相機(jī)：鏡頭-膠片-顯影、定影-相片衛(wèi)星：透鏡和天線等-探測元件-信號處理-圖像記錄2.1.2傳感器遙感器Remotesensor分類按工作方式分主動被動按數(shù)據(jù)的記錄方式分非成像成像成像攝影成像工作波段：290nm～1400nm不是全天時全天候遙感掃描成像目標(biāo)面掃描的方式：包括光學(xué)－機(jī)械掃描儀、成像雷達(dá)等影像面掃描的方式：包括電視攝像機(jī)和固體掃描儀等照相機(jī)？主動遙感被動遙感2.1.3電磁波與傳感器按使用的工作波段，可分為紫外、可見光、紅外、微波、多波段等傳感器。遙感是要通過選擇波段將一個特定地物與其它的地物分離開來反射率%波長(微米)

不同光譜波段的遙感應(yīng)用光譜波段(nm)應(yīng)用藍(lán)色(450~500)水，土地利用，植被特性，泥沙綠色(500~600)健康植被紅色(600~700)紅色，葉綠素吸收的植被判別全色(500~750)制圖，土地利用，立體相片反射紅外(750~900)生物量，作物判別，土壤—作物，陸地—水域的邊界中紅外(1.5×103~1.75×103)植物，干旱，云，雪—冰的判別中紅外(2.0×103~2.35×103)地質(zhì)學(xué)應(yīng)用，巖石熱紅外(1.0×104~1.25×104)相對溫度，熱流量，植被分類，含水量研究，熱慣量微波—短波(1.0×106~5.0×107)積雪，雪深，植物含水量微波—長波(5.0×107~2.4×108)融雪，土壤含水量，水域—陸地的邊界；穿透植被2.1.4傳感器的分辨率輻射分辨率光譜分辨率空間分辨率時間分辨率（1）輻射分辨率區(qū)分電磁波輻射強(qiáng)度差異的能力可用量化位數(shù)近似表述Radiometric

Resolution8-bit(0-255)9-bit(0-511)10-bit(0-1023)0007-bit(0-127)0圖像的量化位數(shù)（2）光譜分辨率傳感器記錄的電磁波譜中特定的波長范圍和數(shù)量。波長范圍越窄，光譜分辨率越高。波段數(shù)越多，光譜分辨率越高。（3）空間分辨率能夠詳細(xì)區(qū)分的最小單元的尺寸或大小。像素解像力視場角環(huán)境變化的空間尺度不同，需要采用空間分辨率不同的遙感圖像空間分辨率影像分辨率1mm寬度內(nèi)能夠分辨的黑白線對的數(shù)目（線對/毫米）地面分辨率影像上能夠分辨的兩個地物之間的最小距離影像比例尺影像上線段長度與地面上對應(yīng)的水平距離的比值圖像的各處不同投影中心投影或多中心投影航片平行投影衛(wèi)片斜距投影雷達(dá)空間分辨率：遙感圖像上的最小尺寸，用來表征圖像分辨地面目標(biāo)細(xì)節(jié)能力（4）時間分辨率相鄰兩次探測的時間間隔分類超短(短)周期時間分辨率中周期時間分辨率長周期時間分辨率

對同一目標(biāo)進(jìn)行重復(fù)探測時，相鄰兩次探測的時間間隔Temporal

ResolutionJune1,2004June17,2004July3,2004RemoteSensorDataAcquisition16days2.1.5采樣和量化傳感器采樣量化數(shù)字圖像地面站I(x,y)=f(g(x,y))f:采樣和量化函數(shù)g(x,y)I(x,y)（1）采樣將空間上連續(xù)的圖像變換成離散點（即像素）的操作。參數(shù)：采樣間隔、采樣孔徑圖像采樣網(wǎng)格圖（2）量化將像素灰度值轉(zhuǎn)換成整數(shù)灰度級的過程量化后，圖像的像元值是輻射值所在的編碼區(qū)間的級數(shù)（常稱為灰度級）量化級數(shù)越大，量化后的圖像越接近于“真實”，但圖像占用的存儲空間也越大量化計算量化位數(shù)：2量化級數(shù)：2^20，1，2，3原始量化后150

3120210028012001原始數(shù)據(jù)0，1化2轉(zhuǎn)換為新的級別3取整X=(x-minx)/(maxx-minx)X=xmin+(xmax-xmin)*X(0<=X<=1)X=cint(X)量化影響著圖像細(xì)節(jié)的可分辨程度，量化位數(shù)越高，細(xì)節(jié)的可分辨程度越高；保持圖像大小不變，降低量化位數(shù)減少了灰度級會導(dǎo)致假的輪廓原始圖像（8位量化，256色）4位量化，16色2位量化，4色不同采樣密度的結(jié)果5122561286432細(xì)節(jié)再現(xiàn)的程度256不同量化級別的結(jié)果3282遙感圖像的量化級有什么意義？常用遙感圖像的量化級是多少？細(xì)節(jié)可分辨的程度442.2.常用遙感平臺及其傳感器特征常用遙感平臺LANDSAT5（5號陸地資源衛(wèi)星）LANDSAT7（7號陸地資源衛(wèi)星）SPOT5（地球觀測實驗系統(tǒng)）ORBVIEW-2（軌道觀測2號）Nimbus7（雨云7號衛(wèi)星）

AQUA（地球觀測綜合衛(wèi)星系列之一，下午軌道）NOAA（美國海洋氣象局）TERRA（地球觀測綜合衛(wèi)星系列之一上午軌道）IKONOS2艾科諾斯常用傳感器曾經(jīng)存在但不再使用的傳感器Landsat:RBV,MSS當(dāng)前常用的傳感器Landsat:TM4,5,7號衛(wèi)星30米分辨率185x185公里16天SPOT:HRV分辨率：全色20米，單色10米60x60公里4-5天NOAA:AVHRR分辨率：1.1公里其它成像光譜儀傳感器名稱衛(wèi)星名稱2.3.遙感圖像的類型（1）不相干圖像光學(xué)遙感所產(chǎn)生的圖像，通過自然光源或者通過非相干輻射源得到。1）多光譜圖像：TM圖像、SPOT圖像2）高光譜圖像：MODIS圖像（2）相干圖像微波遙感所產(chǎn)生的圖像。不相干圖像與相干圖像的區(qū)別不相干圖像屬于被動遙感，圖像受大氣狀況影響很大，這在一定程度上限制了它的應(yīng)用，特別是在多云多雨地區(qū)的應(yīng)用。相干圖像屬于主動遙感，其穿透能力強(qiáng)，不受天氣的影響，可以全天時全天候工作。按照空間分辨率劃分高空間分辨率圖像：小于10米，常用傳感器有SPOT，快鳥和IKNOS等?？禅B高分辨率圖像

SPOT圖像全色波段中空間分辨率圖像：10－100米，如：ASTER,TM等。低空間分辨率圖像：大于100米，如：NOAA，MODIS等。TM圖像，南京玄武湖NOAA圖像，框內(nèi)為南京2.4.遙感數(shù)字圖像的級別和數(shù)據(jù)格式級別你要使用哪個基本的數(shù)據(jù)格式什么格式是通用的2.4.1數(shù)據(jù)級別

0級產(chǎn)品：未經(jīng)過任何校正的原始圖像數(shù)據(jù)。1級產(chǎn)品：經(jīng)過了初步輻射校正的圖像數(shù)據(jù)。2級產(chǎn)品：經(jīng)過了系統(tǒng)級的幾何校正。3級產(chǎn)品：經(jīng)過了幾何精校正。2.4.2元數(shù)據(jù)是關(guān)于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)是重要的信息源。元數(shù)據(jù)與圖像數(shù)據(jù)同時分發(fā)，或者嵌入到圖像文件中，或者是單獨的文件。頭文件PRODUCT=00301123-01WRS=133/03400ACQUISITIONDATE=20000717SATELLITE=L5INSTRUMENT=TM10PRODUCTTYPE=ORBITORIENTEDPRODUCTSIZE=FULLSCENETYPEOFGEODETICPROCESSING=SYSTEMATICRESAMPLING=CCRADGAINS/BIASES=0.99992/-0.01002.42430/-0.02321.36344/-0.00782.62901/-0.01930.58771/-0.00803.20107/0.259940.38674/-0.0040VOLUME#/#INSET=1/1STARTLINE#=1LINESPERVOL=40096ORIENTATION=-9.57PROJECTION=TMUSGSPROJECTION#=9USGSMAPZONE=0USGSPROJECTIONPARAMETERS=6378245.0000000000000006356863.0187730473000001.0000000000000000.0000000000000001.7278760000000000.000000000000000500000.0000000000000000.0000000000000000.000000000000000

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EARTHELLIPSOID=Krassovsky

SEMI-MAJORAXIS=6378245.000SEMI-MINORAXIS=6356863.019PIXELSIZE=30.00PIXELSPERLINE=6518LINESPERIMAGE=5728UL0992538.0975E382353.4760N537323.0454251858.654UR1013720.4427E380436.3071N730109.8354219340.756LR1011503.4854E363329.8619N701533.8034049923.855LL0990553.1791E365221.1124N508747.0134082441.753BANDSPRESENT=1234567BLOCKINGFACTOR=1RECORDLENGTH=6518SUNELEVATION=62SUNAZIMUTH=117CENTER1002016.2702E372834.6812N618342.2084150285.99532272890OFFSET=-31REVBGains=Lmax-LminBases=LminPotentialLongevityofRemoteSensorDataStorageMediaDigitalImageStorageFormatsBandsequential(BSQ)-eachbandcontainedinaseparatefileBandinterleavedbyline(BIL)-eachrecordinthefilecontainsascanline(row)ofdataforoneband,withsuccessivebandsrecordedassuccessivelinesBandInterleavedbyPixel(BIP)2.4.3.通用數(shù)據(jù)格式BSQBILBIP(1)BSQ格式BandSequentialFormat

按波段順序記錄的數(shù)據(jù)格式NMXi,j第1波段第i波段optimalforspatial(X,Y)accessofanypartofasinglespectralband二BIL格式BandInterleavedbyLineFormat

波段順序交叉排列的數(shù)據(jù)存儲格式第1波段第2波段…第1波段第2波段…第一行第i行providesacompromiseinperformancebetweenspatialandspectralprocessing三BIPBandInterleavedbyPixelFormat)ImagesstoredinBIPformathavethefirstpixelforallbandsinsequentialorder,followedbythesecondpixelforallbands,followedbythethirdpixelforallbands,etc.,interleaveduptothenumberofpixels.Thisformatprovidesoptimumperformanceforspectral(Z)accessoftheimagedata數(shù)據(jù)的讀取設(shè)圖像行數(shù)N，列數(shù)M，波段數(shù)K讀1波段數(shù)據(jù)到數(shù)組X偽碼BSQ:ForI=1tonForj=1tomreadx(I,j)Nextj,iBIL:ForI=1tonForj=1tomreadx(I,j)Nextj‘空讀其它波段

forjj=2tokforj=1tomreadtmpinextj,jj

Nexti數(shù)據(jù)讀取需要考慮的問題需要知道的參數(shù)文件頭大小數(shù)據(jù)類型行數(shù)，列數(shù)，波段數(shù)購買到的CD中包括圖像文件文件參數(shù)說明圖像說明ENVI的數(shù)據(jù)格式1格式

BSQ2復(fù)合文件 一個文件中包括多個波段ENVI中有關(guān)的部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換需要的參數(shù)打開未知格式的圖像或進(jìn)行轉(zhuǎn)換時出現(xiàn)此對話框2.4.4特殊數(shù)據(jù)格式陸地資源衛(wèi)星L5的數(shù)據(jù)格式具有比較好的數(shù)據(jù)質(zhì)量，提供數(shù)據(jù)的時間長，應(yīng)用較廣。典型的L5數(shù)據(jù)目錄：LandSatTMMODISLandSatETM2.HDF數(shù)據(jù)格式HDF（層次數(shù)據(jù)格式）數(shù)據(jù)格式是美國伊利諾大學(xué)的國家超級計算應(yīng)用中心（NCSA）于1987年研制開發(fā)的一種軟件和函數(shù)庫。優(yōu)勢1）獨立于操作平臺的可移植性；2）超文本；3）自我描述性；4）可擴(kuò)展性。3.TIFF圖像格式圖像格式復(fù)雜、存貯信息多。4.GeoTIFF圖像格式GeoTIFF利用TIFF的可擴(kuò)展性，在其基礎(chǔ)上加了一系列標(biāo)志地理信息的標(biāo)簽(Tag)，來描述衛(wèi)星成像系統(tǒng)、航空攝影、地圖信息和DEM等。GeoTIFF描述地理信息條理清晰、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，且易于實現(xiàn)與其他遙感影像格式的轉(zhuǎn)換，應(yīng)用十分廣泛。2.4.5圖像文件的坐標(biāo)像素在圖像中的位置。對于任一波段的圖像，左上角像素的坐標(biāo)總是從0開始，向右向下按整數(shù)遞增2.4.6圖像文件的大小圖像行數(shù)x圖像列數(shù)x每個像素的字節(jié)數(shù)x波段數(shù)x輔助參數(shù)2.5.數(shù)字圖像分辨率單位長度所表達(dá)或獲取的像素數(shù)量。點的相關(guān)術(shù)語點（dot）樣本點（sample）像素（pixel）復(fù)合點（spot）分辨率（res）分辨率位分辨率設(shè)備分辨率圖像分辨率顏色和位顏色在經(jīng)過圖像處理軟件的數(shù)字化處理之后，轉(zhuǎn)變成了數(shù)字的形態(tài)，即由一個一個的們（BIt）組成，位中存儲顏色的情況如下：1位：2種顏色2位：4種顏色4位：16種顏色8位：256種顏色16位：65536種顏色24位：1677萬種顏色32位：1677萬種顏色加256級灰度36位：687億種顏色和4.96級灰度值

位分辨率（BitResolution）位深，是用來衡量每個像素儲存信息的位數(shù)。這種分辨率決定了每次在屏幕上可顯示多少種顏色，一般常見的有8位、16位、32位顏色標(biāo)準(zhǔn)VGA顯示模式是8位顯示模式，即在該模式下能顯示256種顏色在高彩色（HICOLOR）顯示的是16位顯示模式，能顯示65536種顏色，也稱64K色真彩色（TRUECOLOR）顯示模式