遙感數(shù)字圖像處理

遙感數(shù)字圖像處理

RemoteSensingDigtalImageProcessing

地理信息與旅游學(xué)院韓芳2021年春季自我介紹姓名：韓芳QQ:1583827681學(xué)習(xí)目標(biāo)根本知識：系統(tǒng)掌握遙感圖像幾何處理，圖像校正，圖像變換，圖像增強(qiáng)，圖像分析，圖像分類處理等算法。根本技能：熟練使用ERDAS遙感專業(yè)處理圖像軟件進(jìn)行遙感圖像處理與圖像分析工作．主要參考書目遙感導(dǎo)論梅安新，高等教育出版社數(shù)字圖像處理賈永紅，武漢大學(xué)出版社數(shù)字圖像處理岡薩雷斯,電子工業(yè)出版社遙感圖像信息系統(tǒng)張永生，科學(xué)出版社遙感影像地學(xué)理解與分析周成虎，科學(xué)出版社參考期刊參考資料:研究機(jī)構(gòu)網(wǎng)站科技部國家遙感中心中科院遙感應(yīng)用研究所

中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心

中國遙感衛(wèi)星地面站

理論內(nèi)容及安排〔36學(xué)時〕第一章概論〔第一周，2課時〕第二章遙感數(shù)字圖像的獲取和存儲〔第二周，2課時〕第三章遙感數(shù)字圖像的表示和統(tǒng)計描述〔第三周，2課時〕第四章圖像的顯示和拉伸〔第四、五周，4課時〕第五章圖像校正〔第六、七周，4課時〕第六章圖像變換〔第八、九周，4課時〕第七章圖像濾波〔第十、十一周，4課時〕第八章圖像分割〔第十二、十三周，4課時〕第九章遙感圖像分類〔第十四、十五、十六周，6課時〕第十章地物成分分析的信息提取〔第十七、十八周，4課時〕根底知識重點(diǎn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容及安排〔16學(xué)時〕1.ERDAS視窗的根本操作，第三周，2學(xué)時2.數(shù)據(jù)預(yù)處理，第五、七周，4學(xué)時〔講授2學(xué)時，練習(xí)穩(wěn)固2學(xué)時〕3.遙感圖像的增強(qiáng)處理，第九、十一周，4學(xué)時〔講授2學(xué)時，練習(xí)穩(wěn)固2學(xué)時〕4.遙感圖像的監(jiān)督分類，第十三周，4學(xué)時〔講授2學(xué)時，練習(xí)穩(wěn)固2學(xué)時〕5.遙感圖像的非監(jiān)督分類，第十五、十七周，4學(xué)時〔講授2學(xué)時，練習(xí)穩(wěn)固2學(xué)時〕第一章緒論內(nèi)容1.課程性質(zhì)、教學(xué)方案和要求簡介；2.數(shù)字圖像處理的根本概念、主要內(nèi)容、系統(tǒng)組成、特點(diǎn)及其應(yīng)用。目的1.了解數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容及相關(guān)知識，熟悉數(shù)字圖像處理與其他學(xué)科的關(guān)系；2.重點(diǎn)掌握數(shù)字圖像處理的根本概念、系統(tǒng)組成、特點(diǎn)及應(yīng)用。1.1圖像和遙感數(shù)字圖像1.1.1圖像和數(shù)字圖像圖像是對客觀存在的物體的一種相似性的、生動的寫真或描述〔RC岡薩雷斯〕。圖像的類別物體圖像數(shù)學(xué)函數(shù)不可見的物理圖像可見的圖像光圖像照片、圖與畫

400nm700nm紫外光紅外光546.1nm435.8nm780nm可見圖像和不可見圖像模擬圖像和數(shù)字圖像模擬圖像〔光學(xué)圖像〕：空間坐標(biāo)和明暗程度連續(xù)變化的、計算機(jī)無法直接處理的圖像，屬于可見圖像?？梢杂眠B續(xù)的數(shù)學(xué)函數(shù)來表達(dá)。數(shù)字圖像：用計算機(jī)存儲和處理的圖像，空間坐標(biāo)和灰度均不連續(xù)、以離散數(shù)學(xué)原理〔矩陣〕表達(dá)的圖像。在計算機(jī)內(nèi)部，數(shù)字圖像表現(xiàn)為二維陣列〔網(wǎng)格〕，屬于不可見圖像。一幅圖像可定義為一個二維函數(shù)f(x,y)，其中x和y是空間〔平面〕坐標(biāo)，而在任何一對空間坐標(biāo)(x,y)處的幅值f稱為圖像在該點(diǎn)處的強(qiáng)度或灰度。當(dāng)x、y和灰度值f是有限的離散數(shù)值時，我們稱該圖像為數(shù)字圖像。模擬圖像：圖像是連續(xù)的，即用函數(shù)f(x,y)表示的圖像。其中：x,y表示空間坐標(biāo)點(diǎn)的位置；f表示圖像在點(diǎn)〔x,y〕的某種性質(zhì)的數(shù)值，如亮度、灰度，色度等。f,x,y可以是任意實(shí)數(shù)。.數(shù)字圖像I(r,c)是對f(x,y)的離散化后的結(jié)果。

r表示圖像的行(row)；

c表示圖像的列(column)；

I表示離散后的f；

I,r,c的值只能是整數(shù)。

數(shù)字圖像可用矩陣或數(shù)組進(jìn)行描述。.數(shù)字圖像的矩陣表示1.1.2遙感數(shù)字圖像遙感數(shù)字圖像(RemoteSensingDigitalImage)：指以數(shù)字形式表達(dá)的遙感影像。存儲在硬盤或光盤中，區(qū)別于以攝影膠片存儲的遙感模擬圖像〔光學(xué)圖像〕。(像素值:亮度值,DN)遙感數(shù)字圖像與照片的差異照片遙感數(shù)字圖像來自于模擬方式來自于數(shù)字方式通過攝影系統(tǒng)產(chǎn)生通過掃描和數(shù)碼照相機(jī)產(chǎn)生沒有像素基本構(gòu)成單位是像素沒有行列結(jié)構(gòu)具有行和列沒有掃描行可能會觀察到掃描行0表示沒有數(shù)據(jù)0是數(shù)值，不表示沒有數(shù)據(jù)任何點(diǎn)都沒有編號每個點(diǎn)都有確定的數(shù)字編號攝影受電磁光譜的成像范圍限制可以是電磁光譜的任意范圍一旦獲取了照片，顏色就是確定的顏色沒有特定的規(guī)則，在處理過程中可以根據(jù)需要通過合成產(chǎn)生具有紅、綠、藍(lán)三個通道多個波段（3~8000）數(shù)字圖像處理及其特點(diǎn)1.數(shù)字圖像計算機(jī)圖像處理的圖像必須以數(shù)字格式存儲;以數(shù)字格式存放的圖像稱之為數(shù)字圖像;常見的各種照片、圖片、海報、廣告畫等一般為模擬圖像，通過數(shù)字化設(shè)備可將模擬圖像數(shù)字化;計算機(jī)可以方便地處理各種數(shù)字圖像，以到達(dá)視覺效果和特殊效果。在計算機(jī)中，圖像被分割成像素〔Pixel〕，各像素的灰度值用整數(shù)表示。一幅M×N個像素的數(shù)字圖像，其像素灰度值可以用M行、N列的矩陣G表示：

數(shù)字圖像1.2遙感數(shù)字圖像處理1.2.1概述遙感數(shù)字圖像處理:利用計算機(jī)圖像處理系統(tǒng)對遙感圖像中的像素進(jìn)行操作的過程。遙感數(shù)字圖像處理從信息處理、自動控制信息論、計算機(jī)科學(xué)、數(shù)據(jù)通訊、電視科學(xué)、等學(xué)科脫穎而出，成為遙感圖像信息獲取、傳輸、存儲、變換、顯示、判讀與應(yīng)用的一門新興交叉學(xué)科。地物成像系統(tǒng)采樣和量化數(shù)字存儲計算機(jī)顯示記錄地物觀測數(shù)字化存儲圖像處理遙感與圖像處理遙感數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容〔1〕圖像增強(qiáng)增強(qiáng)過程本身不會增加數(shù)據(jù)中原有的信息內(nèi)容，僅僅是突出了特定的圖像特征，使圖像更容易理解、解釋和判讀。〔2〕圖像校正〔輻射校正、幾何校正〕也稱圖像恢復(fù)、圖像復(fù)原，主要包括輻射校正和幾何校正。目的是使圖像信息能夠正確地反響實(shí)際地物信息或物理過程?！?〕信息提取〔圖像分割、分類〕根據(jù)地物光譜特征和幾何特征，確定不同地物信息的提取規(guī)那么。在此根底上，利用該規(guī)那么從校正后的遙感數(shù)據(jù)中提取各種有用的地物信息。主要包括圖像分割、分類等方法，處理結(jié)果為分類專題圖。數(shù)字圖像處理的具體內(nèi)容圖像的數(shù)字化

如何由一幅模擬圖像獲取一幅滿足需求的數(shù)字圖像，使圖像便于計算機(jī)處理、分析。圖像變換圖像變換目的在于：處理問題簡化、有利于特征提取、加強(qiáng)對圖像信息的理解。圖像變換算法很多，重點(diǎn)學(xué)習(xí)傅立葉變換的算法、性質(zhì)和應(yīng)用。圖像的編碼與壓縮256k21k圖像分割圖像分割是指將一幅圖像劃分為互不重疊的區(qū)域的處理。重點(diǎn)介紹圖像分割的方法及其應(yīng)用。圖像識別對圖像中的不同對象進(jìn)行分類、描述和解譯。圖像增強(qiáng)介紹各種增強(qiáng)方法及其應(yīng)用。增強(qiáng)圖像的有用信息，消弱噪聲的干擾。圖像的恢復(fù)與重建把退化、模糊了的圖像復(fù)原.包括圖像輻射校正和幾何校正等內(nèi)容。由斷層掃描重建二、三維圖像。1.2.2遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)硬件系統(tǒng)數(shù)字化器〔數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、掃描儀〕大容量存儲器〔磁盤、光盤〕顯示與輸出設(shè)備〔打印機(jī)、繪圖儀〕操作臺軟件系統(tǒng)ERDASIMAGE最突出的特色是專家模型系統(tǒng)、可視化建模工具以及與ArcGIS軟件的高度集成。ENVI〔theenvironmentforvisualizingimage〕最突出的特色是具有豐富的高光譜數(shù)據(jù)處理工具和內(nèi)嵌的IDL開發(fā)語言。TITANIMAGE北京東方泰坦科技股份國內(nèi)唯一的專業(yè)遙感空間信息軟件平臺。只有熟練掌握了圖像處理的根本原理，才有可能用好圖像處理系統(tǒng)。1.3數(shù)字圖像處理的開展和兩個觀點(diǎn)1964年7月31日上午9點(diǎn)09分，美國“徘徊者7號〞航天器在撞擊月球外表前約17分鐘攝取的月球外表圖像。“徘徊者7號〞積累的圖像處理方法可作為增強(qiáng)和復(fù)原圖像的方法的根底。原圖像由NASA提供NASA美國國家航空航天局NationalAeronauticsandSpaceAdministration，NASA于1958年10月開始運(yùn)轉(zhuǎn)。負(fù)責(zé)美國的太空探索，例如登月的阿波羅方案，太空實(shí)驗(yàn)室，以及隨后的航天飛機(jī)。自2006年2月，美國國家航空航天局的愿景是“開拓未來的太空探索，科學(xué)發(fā)現(xiàn)及航空研究〞。美國國家航空航天局的使命是“理解并保護(hù)我們賴以生存的行星；探索宇宙，找到地球外的生命；啟示我們的下一代去探索宇宙〞。在太空方案之外，美國國家航空航天局還進(jìn)行長期的民用以及軍用航空太空研究。美國國家航空航天局被廣泛認(rèn)為是世界范圍內(nèi)太空機(jī)構(gòu)中執(zhí)牛耳者。美國國家航空航天局透過地球觀測系統(tǒng)提升對地球的了解，透過太陽科學(xué)研究方案精進(jìn)太陽科學(xué)。美國國家航空航天局注重于利用先進(jìn)的機(jī)械任務(wù)探索太陽系中的的所有天體并利用天文觀測臺及相關(guān)方案研究天體物理學(xué)中的主題，例如大爆炸理論。美國國家航空航天局與許多美國國內(nèi)及國際的組織分享其研究數(shù)據(jù)。1.3數(shù)字圖像處理的開展和兩個觀點(diǎn)〔1〕離散方法空間域〔x,y〕以圖像平面本身作為參考，直接對圖像中的像素進(jìn)行處理?！?〕連續(xù)方法頻率域〔頻率：像素值的變化程度〕基于傅里葉變換，頻率域的圖像處理是對傅里葉變換后產(chǎn)生的反映頻率信息的圖像進(jìn)行處理。數(shù)字圖像處理的產(chǎn)生和開展主要受如下三個方面的影響:1.4根底理論和根本知識要求物理學(xué)地學(xué)數(shù)學(xué)信息理論1.概論2.遙感數(shù)字圖像處理獲取和存儲3.遙感數(shù)字圖像表示和統(tǒng)計描述5.圖像校正6.圖像變換7.圖像濾波8.圖像分割9.遙感圖像分類10.地物成分分析和信息提取4.圖像顯示和拉伸圖像處理根本知識本教程的組織結(jié)構(gòu)1.6數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)及其應(yīng)用1.6.1數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)?精度高對于一幅圖像而言，數(shù)字化時不管是用4比特、8比特還是其它比特表示，只需改變計算機(jī)中程序的參數(shù)，處理方法不變。所以從原理上講不管對多高精度的數(shù)字圖像進(jìn)行處理都是可能的。而在模擬圖像處理中，要想使精度提高一個數(shù)量級，就必須對裝置進(jìn)行大幅度改進(jìn)。?再現(xiàn)性好不管是什么數(shù)字圖像，均用數(shù)組或數(shù)組集合表示。在傳送和復(fù)制圖像時，只在計算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行處理，這樣數(shù)據(jù)就不會喪失或遭破壞，保持了完好的再現(xiàn)性。而在模擬圖像處理過程中，就會因?yàn)楦鞣N干擾因素而無法保持圖像的再現(xiàn)性。70年代,IP有了較大的開展，1976年出版了第一本圖像處理的專著。70年代處理地球衛(wèi)星獲取的遙感圖片，進(jìn)行地質(zhì)資源探測，農(nóng)作物估產(chǎn)，水文氣象監(jiān)測等;--圖像增強(qiáng)和圖像識別的研究和開展。地球資源勘探遙感圖片氣象預(yù)報氣象云圖氣象預(yù)報計算機(jī)繪畫

計算機(jī)合成圖像

廣告設(shè)計21世紀(jì)，IP將改變?nèi)藗兊纳罘绞健＞W(wǎng)頁設(shè)計網(wǎng)頁設(shè)計阿波羅登月遙感：農(nóng)、林等資源的調(diào)查，農(nóng)作物長勢監(jiān)測，自然災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)報，地勢、地貌測繪以及地質(zhì)構(gòu)造解譯、找礦，環(huán)境污染檢測等等。顯微鏡圖像分析DNA成像分析不同波長的電磁波在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用骨骼掃描圖像遙感：農(nóng)、林等資源的調(diào)查，農(nóng)作物長勢監(jiān)測，自然災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)報，地勢、地貌測繪以及地質(zhì)構(gòu)造解譯、找礦，環(huán)境污染檢測等等。遙感通常包括可見光和紅外波譜范圍的一些波段。波段號名稱波長（μm）特征和用途1可見藍(lán)光0.45~0.52對水體有較大的穿透性2可見綠光0.52~0.60適用于度量植物活力3可見紅光0.63~0.69植被辨別4近紅外光0.76~0.90生物團(tuán)和海岸線測繪5中紅外光1.55~1.75土壤和植被含水量6熱紅外光10.4~12.5土壤溫度、熱量測繪7中紅外光2.08~2.35礦物測繪NASA的LANDSAT衛(wèi)星的主要波段RSApplicationinMonitoringtheChangesofLanduse(1)RSApplicationinMonitoringtheChangesofLanduse(2)水情監(jiān)控天氣觀測與預(yù)報2005年8月29日拍攝的“卡特里娜〞颶風(fēng)的衛(wèi)星圖像天氣觀測與預(yù)報也是衛(wèi)星多光譜成像的主要應(yīng)用領(lǐng)域。例如，右圖是由美國國家海洋和大氣管理衛(wèi)星〔NOAA〕在可見光及紅外波段使用傳感器拍攝的颶風(fēng)圖像，圖像中的颶風(fēng)眼清晰可見。氣象預(yù)報：獲取氣象云圖進(jìn)行測繪、判讀等。風(fēng)云1號風(fēng)云2號工業(yè)生產(chǎn)：無損探傷，石油勘探，生產(chǎn)過程自動化〔識別零件，裝配質(zhì)量檢查〕，工業(yè)機(jī)器人研制等軍事：航空及衛(wèi)星偵察照片的測繪、判讀，雷達(dá)、聲納圖像處理，導(dǎo)彈制導(dǎo)，軍事仿真等。在軍事方面制作電子沙盤Landscape電子沙盤電視、網(wǎng)絡(luò)等媒體中的應(yīng)用語音圖像唇形同步只需350毫秒Hi…Hello…超凡卓越的音頻視頻表現(xiàn)地圖符號識別數(shù)字圖像處理的開展方向〔4〕加強(qiáng)理