遙感影像處理基礎(chǔ)

1、6.1 6.1 遙感圖像的存儲(chǔ)遙感圖像的存儲(chǔ) Remote Sensing Image Storage 1、存儲(chǔ)介質(zhì) 模擬存儲(chǔ)：模擬存儲(chǔ)： 膠片膠片 像片像片 數(shù)字存儲(chǔ)：數(shù)字存儲(chǔ)： 光盤(pán)光盤(pán) 磁盤(pán)（硬磁盤(pán)（硬 盤(pán)和軟盤(pán)）盤(pán)和軟盤(pán)） U U盤(pán)盤(pán) 磁帶磁帶 2 遙感圖像存儲(chǔ)格式有三種 1、BIP（Band Interlearved by Pixel） 按象元波段交叉式記錄， 有利于作子區(qū)處理，較 少使用 2、BIL（Band Interlearved by Line） 按行波段交叉式記錄， 便于單波段處理和提取 3、BSQ（Band Sequentiel） 按波段順序式記錄，適 用于多波段運(yùn)算和分

2、類 BIL（Band Interlearved by Line）記錄格式 按行波段交叉式記錄 BSQ（Band Sequentiel）記錄格 式按波段順序式記錄 3 圖像文件格式 TIFF(GeoTIFF) HDF BMP(微軟制定格式，無(wú)壓縮) JPEG(離散余弦變換壓縮) JPEG2000(小波變換壓縮) 軟件自身的格式 （1）標(biāo)簽化圖像文件格式（TIFF） 標(biāo)簽圖像文件格式(Tagged Image File Format，簡(jiǎn)寫(xiě)為T(mén)IFF)是Aldus公司與微軟公 司合作開(kāi)發(fā)的一個(gè)多用途可擴(kuò)展的用于存 貯柵格圖像的文件格式。 TIFF可處理多波段圖像，支持多種數(shù)據(jù)壓 縮方案。 TIFF用

3、標(biāo)簽化字段保存信息。 GeoTiff是包含地理信息的一種Tiff格式的文 件。多數(shù)遙感數(shù)據(jù)采用GeoTiff存儲(chǔ)。 GeoTiff 頭文件 （2）HDF文件格式 HDF： Hierarchical Data Format,即層次式文件格式， 是美國(guó)國(guó)家高級(jí)計(jì)算應(yīng)用中心推出的一種新型數(shù)據(jù) 格式，其目的用于記錄科學(xué)數(shù)據(jù)，美國(guó)國(guó)家航天局 （NASA）在HDF的基礎(chǔ)上提出來(lái)HDF-EOS子集， 用于記錄MODIS、MISR、ASTER等傳感器數(shù)據(jù)。 HDF格式是一種具有自我描述性、可擴(kuò)展性、自我 組織性的可用于絕大多數(shù)科學(xué)研究的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式。 6.2 遙感圖像的統(tǒng)計(jì)分析遙感圖像的統(tǒng)計(jì)分析Statist

4、ical analysis of remote sensing image 1單波段圖像的統(tǒng)計(jì)量 圖像灰度均值Mean 灰度中值Median 眾數(shù) mode 灰度方差與標(biāo)準(zhǔn)差 灰度反差Contrast 圖像的直方圖Histogram 2 多波段(Multi-band)間的統(tǒng)計(jì)分析 數(shù)字圖像的表示 相關(guān)參數(shù)： i：圖像中的某一行 j：圖像中的某一列 M：圖像總行數(shù) N：圖像總列數(shù) k：某一波段 遙感圖像第k波段f (i,j)的大小表示為M*N。 如圖，第一波段第四行第四列象元亮度值BV4,4,1=24 1 單波段影像的統(tǒng)計(jì)量 基本統(tǒng)計(jì)量是指一幅單波段圖像數(shù)據(jù)的中心趨 勢(shì)統(tǒng)計(jì)量和變化程度統(tǒng)計(jì)量。

5、(1)均值（mean）：是一幅圖像中所有像元灰度 值的算術(shù)平均值。 11 ( , ) MN ij f i j MN (2)中值(median)：是指圖像中所有不同灰度值的 中間值。 maxmin ( , )( , ) ( , ) 2 med fi jfi j fi j (3)(3)眾數(shù)眾數(shù) (mode) 圖像中出現(xiàn)頻率最圖像中出現(xiàn)頻率最 高的灰度值，是一高的灰度值，是一 幅圖像中分布較廣幅圖像中分布較廣 的地物類型反射能的地物類型反射能 量的反映。有時(shí)會(huì)量的反映。有時(shí)會(huì) 出現(xiàn)多個(gè)眾數(shù)。出現(xiàn)多個(gè)眾數(shù)。 (4)圖像灰度方差與標(biāo)準(zhǔn)差Variance and standard deviation 方差

6、和標(biāo)準(zhǔn)差描述了方差和標(biāo)準(zhǔn)差描述了 像元值與圖像平均值像元值與圖像平均值 的離散程度的離散程度, ,是圖像信是圖像信 息量大小的標(biāo)志。息量大小的標(biāo)志。 2 11 ( , ) MN ij f i j MN 標(biāo)準(zhǔn)差： 2 112 ( , ) MN ij f i j MN 方差： (5) 反差反差Contrast 灰度值域是圖像最大灰度值和最小灰度值 的差值。 灰度最大值與最小值的比值 即圖像灰度值的標(biāo)準(zhǔn)差 反差可反映圖像的顯示效果。 1maxmin ( , )( , )( , ) range Cfi jfi jfi j max 2 min ( , ) ( , ) fi j C fi j 3 C 標(biāo)準(zhǔn)

7、差小，亮度值比較集中，圖像反差?。?標(biāo)準(zhǔn)差大，亮度值比較分散，圖像反差大。 Min Max Mean Stdev 0 255 112.59 48.47 Min Max Mean Stdev 25 166 81.37 10.23 原始圖像拉伸處理后圖像 （6 6）圖像的直方圖Histogram a a圖像直方圖的基本概念：圖像直方圖的橫圖像直方圖的基本概念：圖像直方圖的橫 坐標(biāo)表示圖像的灰度級(jí)，直方圖的縱坐標(biāo)坐標(biāo)表示圖像的灰度級(jí)，直方圖的縱坐標(biāo) 表示圖像中某個(gè)灰度級(jí)出現(xiàn)的頻率或像元表示圖像中某個(gè)灰度級(jí)出現(xiàn)的頻率或像元 數(shù)。數(shù)。 b 直方圖的正態(tài)分布 normal distribution 由于圖

8、像數(shù)據(jù)具有隨機(jī)性質(zhì)，在圖像像元數(shù)目相 當(dāng)大，而地物類型差異不很大的情況下，遙感數(shù) 據(jù)像自然界的其它現(xiàn)象一樣，接近正態(tài)分布。 2 2 1() ( )exp 22 x f x 標(biāo)準(zhǔn)差； 均值。 不同圖像的直方圖 Min Max Mean Stdev 25 166 81.37 10.23 Min Max Mean Stdev 0 255 112.59 48.47 直方圖的應(yīng)用主要是通過(guò)直方圖變換增強(qiáng)圖像中的目標(biāo)信息。 直方圖的應(yīng)用 - 地物邊界閾值 的選取 如圖如圖 a a 水體水體 b b 濕地濕地 c c 陸地陸地 2 多波段影像的統(tǒng)計(jì)特征 多波段圖像數(shù)據(jù)之間存在著統(tǒng)計(jì)關(guān)系，最常用的是協(xié) 方差矩

9、陣和相關(guān)系數(shù)矩陣。 （1 1）協(xié)方差與協(xié)方差矩陣）協(xié)方差與協(xié)方差矩陣( (Covariance Matrix)： 圖像 f (i,j)和g (i,j)的大小為M*N，則兩圖像的協(xié)方差： N個(gè)波段協(xié)方差矩陣 22 11 1 ( , )( , ) MN gffgfg ij f i jg i j MN 22 111 22 1 N NNN （2 2）相關(guān)系數(shù)與相關(guān)矩陣）相關(guān)系數(shù)與相關(guān)矩陣Correlation Matrix 相關(guān)系數(shù)表示兩個(gè)波段圖像所包含的信息內(nèi)容的重疊 程度,是彩色合成的重要依據(jù)，彩色合成：選擇相關(guān)系 數(shù)小、方差大的波段組合方式。 2 fg fg ffgg r 1 1 1 1 N N

10、 r R r 相關(guān)系數(shù) 相關(guān)矩陣 Band 1 Band 2 Band 3Band 4 Band 5Band 7 焦作，焦作，TMTM， 2007.5.192007.5.19 Basic Stats Min Max Mean Stdev Num Eigenvalue Band 1 71 238 100.198278？13.282733 1 865.526840 Band 2 31 129 48.810632 7.960678 2 172.335425 Band 3 25 166 54.181880 13.189381 3 45.795327 Band 4 25 167 80.806152 10

11、.032392 4 11.086515 Band 5 21 249 95.733802 18.548537 5 5.464733 Band 7 10 186 50.995964 15.587194 6 1.212051 Covariance Band 1 Band 2 Band 3 Band 4 Band 5 Band 7 Band 1 176.430989 101.765209 162.994672 -38.125529 155.960734 175.349046 Band 2 101.765209 63.372388 102.338054 -15.756053 105.355173 108

12、.990120 Band 3 162.994672 102.338054 173.959768 -29.815253 178.904334 183.638468 Band 4 -38.125529 -15.756053 -29.815253 100.648899 41.989453 -17.068897 Band 5 155.960734 105.355173 178.904334 41.989453 344.048228 261.256711 Band 6 175.349046 108.990120 183.638468 -17.068897 261.256711 242.960618 Co

13、rrelation Band 1 Band 2 Band 3 Band 4 Band 5 Band 7 Band 1 1.000000 0.962414 0.930383 -0.286104 0.633021 0.846931 Band 2 0.962414 1.000000 0.974681 -0.197284 0.713504 0.878353 Band 3 0.930383 0.974681 1.000000 -0.225325 0.731285 0.893246 Band 4 -0.286104 -0.197284 -0.225325 1.000000 0.225645 -0.1091

14、52 Band 5 0.633021 0.713504 0.731285 0.225645 1.000000 0.903628 Band 7 0.846931 0.878353 0.893246 -0.109152 0.903628 1.000000 焦作地區(qū)相焦作地區(qū)相 關(guān)系數(shù)矩陣關(guān)系數(shù)矩陣 TMTM， 2007.5.192007.5.19 6.3常用的遙感圖像處理軟件常用的遙感圖像處理軟件 - ERDAS - ENVI - eCognition ENVI Interface ENVI Interface ERDAS Interface GeoTiff 頭文件 1 單波段影像的統(tǒng)計(jì)量 基本統(tǒng)

15、計(jì)量是指一幅單波段圖像數(shù)據(jù)的中心趨 勢(shì)統(tǒng)計(jì)量和變化程度統(tǒng)計(jì)量。 (1)均值（mean）：是一幅圖像中所有像元灰度 值的算術(shù)平均值。 11 ( , ) MN ij f i j MN (2)中值(median)：是指圖像中所有不同灰度值的 中間值。 maxmin ( , )( , ) ( , ) 2 med fi jfi j fi j (4)圖像灰度方差與標(biāo)準(zhǔn)差Variance and standard deviation 方差和標(biāo)準(zhǔn)差描述了方差和標(biāo)準(zhǔn)差描述了 像元值與圖像平均值像元值與圖像平均值 的離散程度的離散程度, ,是圖像信是圖像信 息量大小的標(biāo)志。息量大小的標(biāo)志。 2 11 ( , ) MN ij f i j MN 標(biāo)準(zhǔn)差： 2 112 (