遙感數(shù)字圖像處理復習資料

1、第一章 概論1、 按圖像的明暗程度和空間坐標的連續(xù)性，可以分為數(shù)字圖像和模擬圖像。數(shù)字圖像：可用計算機存儲和處理，空間坐標和灰度均不連續(xù)。模擬圖像：計算機無法直接處理，空間坐標和明暗程度連續(xù)變化。2遙感數(shù)字圖像中的像素值稱為亮度值（灰度值/DN值），它的高低由傳感器所探測到的地物電磁波的輻射強度決定。2、 遙感數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容包括以下三個方面：圖像增強、圖像校正、信息提取。1）圖像增強：用來改善圖像的對比度，突出感興趣的地物信息，提高圖像大的目視解譯效果，它包括灰度拉伸、平滑、銳化、濾波、變換（KL/KT）、彩色合成、代數(shù)運算、融合等。圖像顯示：為了理解數(shù)字圖像中的內(nèi)容，或?qū)μ幚斫Y(jié)果進行

2、對比。圖像拉伸：為了提高圖像的對比度（亮度的最大值與最小值的比值），改善圖像的顯示效果。2）圖像校正（恢復/復原）：為了去除和壓抑成像過程中由各種因素影響而導致的圖像失真。注意：圖像校正包括輻射和幾何校正，前者通過輻射定標和大氣校正等處理將像素值由灰度級改變?yōu)檩椪斩然蚍瓷渎剩笳呃靡延械膮⒄障敌薷南袼刈鴺?，使得圖像能夠與地圖匹配或多景圖像之間可以相互匹配。3）信息提?。簭男Ｕ蟮倪b感數(shù)據(jù)中提取各種有用的地物信息。包括圖像分割、分類等。圖像分割：用于從背景中分割出感興趣的地物目標。分割的結(jié)果可作為監(jiān)督分類的訓練區(qū)。圖像分類：按照特定的分類系統(tǒng)對圖像中像素的歸屬類別進行劃分。3、 遙感數(shù)字圖像處

3、理系統(tǒng)：硬件系統(tǒng)（輸入、存儲、處理、顯示、輸出），軟件系統(tǒng)。4、 數(shù)字圖像處理的兩種觀點：離散方法（空間域）、連續(xù)方法（頻率域）2. 遙感圖像的獲取和存儲1、 遙感是遙感信息的獲取、傳輸、處理以及分析判讀和應用的過程。遙感的實施依賴于遙感系統(tǒng)2、 遙感系統(tǒng)是一個從地面到空中乃至整個空間，從信息收集、儲存、傳輸、處理到分析、判讀、應用的技術體系，主要包括遙感試驗、信息獲?。▊鞲衅?、遙感平臺）、信息傳輸、信息處理、信息應用等5個部分。3、 傳感器按是否具有人工輻射源，可分為被動方式和主動方式；按數(shù)據(jù)記錄方式，可分為成像方式（攝影成像、掃描成像）和非成像方式。按成像原理分為攝影成像和掃描成像兩類。a

4、) 攝影成像：其傳感器主要為攝影機，其基本特點是在快門打開后的一瞬間幾乎同時收集目標上所有的反射光，聚焦到膠片上成為一幅影像，并記錄下來。b) 掃描成像：其特點逐點逐行地收集信息。4、 傳感器分辨率指標主要有4個：輻射分辨率、光譜分辨率、空間分辨率和時間分辨率。A. 輻射分辨率：是傳感器區(qū)分反射或發(fā)射的電磁波輻射強度差異的能力。高輻射分辨率意味著可以區(qū)分信號強度的微小差異。在可見、近紅外波段用噪聲等效反射率表示，在熱紅外波段用噪聲等效溫差、最小可探測溫差和最小可分辨溫差表示。B. 光譜分辨率：是傳感器記錄的電磁光譜中特定波長的范圍和數(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

5、。C. 空間分辨率：是指遙感圖像上能夠詳細區(qū)分的最小單元的尺寸或大小，即傳感器能把兩個目標物作為清晰的實體記錄下來的兩個目標物之間最小的距離。它是表征圖像分辨地面目標細節(jié)能力的指標。通常用像素大小、解像力或視場角來表示。D. 時間分辨率：對同一目標進行重復探測時，相鄰兩次探測的時間間隔稱為時間分辨率。5、 數(shù)字化包括兩個過程：采樣和量化。6、 采樣：將空間上連續(xù)的圖像變換成離散點的操作稱為采樣。采樣間隔越小，圖像越接近真實，但所需存儲空間也越大；采樣間隔越大，細節(jié)損失越多，圖像的棋盤化效果越明顯。7、 量化：將像素灰度值轉(zhuǎn)換成整數(shù)灰度級的過程。*圖像所需的存儲空間=M*N*g / 8字節(jié)，M

6、N為圖像數(shù)據(jù)的行列，g為圖像的量化位數(shù)*。量化影響著圖像細節(jié)的可分辨程度，量化位數(shù)越高，細節(jié)的可分辨程度越高；保持圖像大小不變，降低量化位數(shù)減少灰度級會導致假輪廓的出現(xiàn)。8、 遙感圖像的類型根據(jù)傳感器選用的波長范圍不同分為：相干圖像、不相干圖像。a) 不相干圖像 光學遙感屬于被動遙感，圖像受大氣狀況影響很大。b) 相干圖像 微波遙感屬于主動遙感，其穿透能力強，不受天氣影響，可以全天時全天候工作。9、 遙感數(shù)字圖像數(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)過初步輻射校正的圖像數(shù)據(jù)；2級產(chǎn)品：經(jīng)過系統(tǒng)級的幾何校正；3級產(chǎn)品：經(jīng)過幾何精校正。10、 通用遙感圖像數(shù)據(jù)格式：BSQ、

7、BIL、BIP（詳細解釋見教材P30-32）A. BSQ：是像素按波段順序依次排列的數(shù)據(jù)格式。即先按照波段順序分塊排列，在每個波段內(nèi)，再按照行列順序排列。B. BIL：像素先以行為單位分塊，在每個快內(nèi)，按扎波段順序排列像素。C. BIP：以像素為核心，像素的各個波段數(shù)據(jù)保存在一起，打破了像素空間位置的連續(xù)性。11、 特殊遙感圖像數(shù)據(jù)格式：陸地資源衛(wèi)星L5的數(shù)據(jù)格式、HDF數(shù)據(jù)格式、TIFF圖像格式、GeoTIFF圖像格式。3. 遙感圖像的表示和統(tǒng)計描述1、 遙感圖像的數(shù)字表示：確定性表示（圖像的矩陣表示、圖像的向量表示）、統(tǒng)計性表示。注意：二值圖像：每個像素的取值為0或1的圖像。2、 單波段圖

8、像的統(tǒng)計特征：a) 反映像素值平均信息的統(tǒng)計參數(shù)：均值、中值、眾數(shù)；b) 反映像素值變化信息的統(tǒng)計參數(shù)：方差、變差、反差；3、 直方圖：是灰度級的函數(shù)，描述的是圖像中各個灰度級像素的個數(shù)。Hi=ni/Na) 性質(zhì)：1）反映了圖像灰度的分布規(guī)律2） 任何一幅特定的圖像都有唯一的直方圖與之對應，但不同的圖像可以有相同的直方圖。3） 如果一幅圖像僅包括連個不相連的區(qū)域，并且每個區(qū)域的直方圖已知，則整幅圖像的直方圖就是這兩個區(qū)域的直方圖之和。4） 直方圖的形態(tài)與正太分布的曲線形態(tài)類似。b) 應用：根據(jù)直方圖的形態(tài)可以大致推斷圖像的反差，然后可通過有目的地改變直方圖形態(tài)來改善圖像的對比度。（如果圖像的直

9、方圖形態(tài)接近正太分布，則這樣的圖像反差適中）4、 多波段圖像的統(tǒng)計特征（考慮了波段間存在的關聯(lián)）協(xié)方差、相關系數(shù)、直方圖匹配5、 窗口：對于圖像中的任一像素(x,y)，以此為中心，按上下左右對稱所設定的像素范圍。6、 濾波：指從含有干擾的接受信號中提取有用信號的一種技術。主要應用在頻率域圖像處理中。在空間域，濾波即為卷積運算。7、 傳統(tǒng)的紋理特征描述方法：統(tǒng)計方法（包括空間自相關函數(shù)法和灰度共生矩陣法等）、結(jié)構(gòu)方法。a) 空間自相關函數(shù)法：可用來對紋理的粗糙度進行描述b) 灰度共生矩陣法：對圖像中所有像素進行統(tǒng)計，以描述其灰度分布。它不但c)d) 用于紋理的識別，而且用于圖像分割 第四章 圖像

10、的顯示和拉伸1、 顏色模型：RGB顏色模型、CMY顏色模型、YIQ顏色模型、HIS顏色模型。2、 彩色的3個基本屬性：色調(diào)、亮度、飽和度。3、 圖像的彩色合成目的：為了充分利用色彩在遙感圖像判讀中的優(yōu)勢。4、 圖像的彩色合成分為3中：偽彩色合成（將單波段灰度圖像變換成彩色圖像密度分割）、真彩色合成（用波長與紅綠藍相同或相似的波段來進行彩色合成）、假彩色合成（用多波段圖像合成的彩色圖像）和模擬真彩色合成a) 植被在近紅外波段有較高的反射率，其次是在綠色波段。進行真彩色合成時，綠色分量（對應于植被在綠色波段的反射）在整個像素的3個分量中占得比重最大，所以該像素表現(xiàn)為綠色；而進行假彩色合成時，紅色分

11、量（對應于植被在近紅外波段的反射）在整個像素的3個分量中占得比重最大，所以該像素表現(xiàn)為紅色。假彩色增強圖像可以有效地突出植被要素，有利于植被的判讀。b) TM圖像中，波段2為綠波段，波段3為紅波段，波段4為近紅外波段，對4、3、2波段分別賦予紅、綠、藍色合成的假彩色圖像稱為標準假彩色圖像。對于MSS圖像，選擇波段4、2、1分別賦予紅、綠、藍色合成可得標準假彩色圖像。SPOT圖像的標準假彩色合成方案為3(紅)、2（綠）、1（藍）。在標準假彩色圖像中，突出了植被、水體、城鄉(xiāng)、山區(qū)、平原等特征，植被為紅色，水體為黑色或藍色，城鎮(zhèn)為深色，地物類型信息豐富。5、 拉伸：以波段為處理對象，它通過處理波段中

12、單個像素值來實現(xiàn)增強的效果。圖像直方圖是選擇拉伸具體方法的基本依據(jù)。6、 灰度拉伸分為線性拉伸（全域線性拉伸、分段線性拉伸、灰度窗口切片）和非線性拉伸（指數(shù)變換、對數(shù)變換）外加多波段拉伸7、 圖像圖像均衡化：使圖像灰度的動態(tài)范圍增加，使原圖像的灰度直方圖修正為均勻分布的直方圖，從而提高圖像的對比度。但它也同時增加了圖像的顆粒感。8、 直方圖均衡化得特點：a) 各灰度級中像素出現(xiàn)的頻率近似相等。b) 原圖像上像素出現(xiàn)頻率小的灰度級被合并，實現(xiàn)壓縮；像素出現(xiàn)頻率高的灰度級被拉伸，突出了細節(jié)信息。9、 直方圖規(guī)定化（匹配）：修改一幅圖象的直方圖，使得它與另一幅圖象的直方圖匹配或具有一種預先規(guī)定的函數(shù)

13、形狀。作用：通過直方圖匹配可以部分消除由于太陽高度角或大氣影響造成的相鄰圖像的色調(diào)差異，從而可以降低目視解譯的錯誤。 第五章 圖像校正1、 輻射誤差產(chǎn)生的原因：傳感器的響應特征和外界（自然）環(huán)境，其中后者包括大氣（霧和云）和太陽輻射等。2、 根據(jù)輻射的波長與散射微粒的大小之間的關系，按散射作用可分為三種：瑞利散射、米氏散射和非選擇性散射。3、 消除條紋常用的方法：平均值法、直方圖法及在垂直掃描線方向采用最近鄰點法或三次褶積法等。4、 斑點的校正：校正后的斑點亮度值取其鄰域像素亮度值的平均值或用三次褶積法進行修正。5、 紅外波段的總輻射組成：通過大氣向上傳輸?shù)闹苯拥孛孑椛?、大氣自身向上傳輸?shù)妮椛?/p>

14、、大氣向下輻射到地面再經(jīng)地面反射后通過大氣向上傳輸?shù)妮椛洹?、 大氣校正主要有3種方法：統(tǒng)計學方法（通常將野外實地光譜測試獲得的無大氣影像的輻射值與衛(wèi)星傳感器同步觀測結(jié)果進行回歸分析計算，確定校正量）；輻射傳遞方程計算法（測量大氣參數(shù)，按理論公式求得大氣干擾輻射量）；波段對比法（在特殊條件下，利用某些不受大氣影響或影響很小的波段校正其他波段）。A. 統(tǒng)計學方法主要有內(nèi)部平均法、平場域法、經(jīng)驗線性法、實測光譜回歸法。B. 波段對比法一般通過兩種方法進行計算：回歸分析法和直方圖法。7、 太陽輻射校正，主要校正由太陽高度角導致的輻射誤差，即將太陽光線傾斜照射時獲取的圖像校正為太陽光 線垂直照射時獲取

15、的圖像。主要方法有：公式法、波段比值法。8、 地面輻射校正，需要有地區(qū)的DEM數(shù)據(jù)，通過公式I=I0*COS進行校正。9、 遙感圖像的幾何誤差分為靜態(tài)誤差（傳感器相對地球呈靜止狀態(tài)時所具有的各種誤差，可分為內(nèi)部誤差和外部誤差兩類）和動態(tài)誤差（由于成像過程中地球的旋轉(zhuǎn)所造成的圖像誤差）兩大類。10、 幾何精糾正又稱為幾何配準，主要步驟有：準備工作、輸入原始數(shù)字圖像、確定工作范圍、選擇地面控制點、選擇地圖投影、匹配地面控制點和像素位置、評估糾正精度、坐標變換、重采樣、輸出糾正后圖像。*具體步驟請看教材P111-12111、 常用的糾正方程有多項式（K階多項式的控制點數(shù)目最小應為：(k+1)(k+2

16、)/2）和共線方程兩種12、 重采樣過程包括兩步：像素位置變換和像素值變換。13、 重采樣方法有：最近鄰方法、雙線性內(nèi)插方法和三次卷積內(nèi)插方法。14、 多圖像的幾何配準：將多圖像（多時相圖像）的同名圖像通過幾何變換實現(xiàn)重疊。4. 圖像變換1、 圖像變換的目的：簡化圖像處理；便于圖像特征提??；圖像壓縮；從概念上增強對圖像信息的理解。圖像變換包括兩個過程：正變換和逆變換。2、 圖像變換常用的方法有五種：傅里葉變換：針對特定波段圖像的頻率特征進行分析處理，常用于周期性噪聲的去除。如圖像特征提取、頻率域濾波、周期性噪聲的去除、圖像恢復、紋理分析；主成分變換（K-L變換）：針對多波段圖像進行的數(shù)學變換方

17、法，常用于數(shù)據(jù)的壓縮或噪聲的去除；纓帽變換（K-T變換）：適用于LANDSAT圖像的多波段經(jīng)驗性變換方法，變換結(jié)果可以比較好的突出主體地物特征。變換后的前三個分量為 亮度、綠度、濕度；代數(shù)運算：通過簡單的代數(shù)運算產(chǎn)生新的波段，以增強特定的地物信息；主要的代數(shù)運算有：加法運算、差值運算、乘法運算、比值運算、歸一化指數(shù)（公式：B=(B1-B2)/(B1+B2)）、植被指數(shù)。其中植被指數(shù)有以下四種（IR為近紅外，R為紅外）：A. 比值植被指數(shù)（RVI）RVI=IR/RB. 歸一化植被指數(shù)（NDVI）NDVI=(IR-R)/(IR+R)C. 差值植被指數(shù)（DVI）DVI=IR-RD. 正交植被指數(shù)（P

18、VI）PVI=1.6225(IR)-2.2978(R)+11.0656或PVI=0.939(IR)-0.344(R)+0.09色彩變換：將圖像從RGB色彩空間轉(zhuǎn)換到其他色彩空間顯示，以突出RGB色彩空間難以表示的內(nèi)容。如HIS變換，Hue(色調(diào))，Intensity(強度)，Saturation(飽和度)3、 彩色變換的主要應用：1進行不同分辨率圖像的融合；2增強合成圖像的飽和度；3通過對強度I成分的處理進行圖像增強；4多源數(shù)據(jù)綜合顯示；5其他應用 第七章 圖像濾波1、 圖像濾波可分為空間域濾波和頻率域濾波兩種方法。2、 空間域圖像濾波稱為平滑和銳化處理，強調(diào)像素與其周圍相鄰像素的關系，常用的

19、方法是卷積運算。3、 在頻率域濾波中，保留圖像的低頻部分抑制高頻部分的處理稱為低通濾波，起到平滑的作用；保留圖像的高頻部分抑制低頻部分的處理稱為高通濾波，起到銳化的作用4、 遙感圖像中常見的噪聲：高斯噪聲、脈沖噪聲、周期噪聲。5、 圖像平滑：為了抑制噪聲、改善圖像的質(zhì)量所做的處理6、 圖像平滑的方法a) 均值濾波：是最常用的線性低通濾波器，對高斯噪聲比較有效。常用的鄰域有4-鄰域和8-鄰域。b) 中值濾波：是一種常用的非線性平滑濾波器?？梢杂脕頊p弱隨機干擾和脈沖干擾。c) 高斯低通濾波：對高斯噪聲的去除非常有效，平滑程度越高，濾波后的圖像越模糊。d) 梯度倒數(shù)加權法：平滑后圖像的邊沿和細節(jié)不會

20、受到明顯的損害。e) 選擇式掩模平滑：旨在追求既完成濾波操作，又不破壞區(qū)域邊界的細節(jié)。7、 圖像銳化：為了突出圖像中的地物邊緣、輪廓或線狀目標的操作8、 圖像銳化方法：線性銳化濾波器、梯度法、羅伯特梯度、Prewitt和Sobel梯度、Laplacian算子*9、 定向檢測：為了有目的的提取某一特定方向的邊緣或線性特征。常用的模板有：檢測垂直線、檢測水平線、檢測對角線10、 頻率域濾波：理想低通濾波器、理想高通濾波器；Butterworth低通濾波、Butterworth高通濾波；指數(shù)低通濾波、指數(shù)高通濾波；梯形低通濾波、梯形高通濾波；高斯低通濾波、高斯高通濾波；同態(tài)濾波。5. 圖像分割1、

21、圖像分割是：指把圖像分成各具特征的區(qū)域并提取出感興趣的目標的技術和過程。2、 圖像分割的目的：是將一幅圖像分為幾個區(qū)域，這幾個區(qū)域之間具有不同的屬性，同一區(qū)域中各像素具有某些相同的性質(zhì)。3、 分割的原則：由于圖像的復雜性和應用的多樣性，圖像分割并沒有一個統(tǒng)一的標準和方法，一般可以依據(jù)以下兩個原則對圖像進行分割：a) 依據(jù)像素灰度值的不連續(xù)性進行分割。b) 依據(jù)同一區(qū)域內(nèi)部像素的灰度值具有相似性進行分割。4、 灰度閾值法：全局閾值法、自適應閾值法、最佳閾值的選擇（直方圖方法、自適應閾值方法、分水嶺算法）5、 邊緣檢測：常用的算法有Robers算子、Prewitt邊緣算子、拉普拉斯算子等。6、 邊緣連接：是將近鄰的邊緣點連接起來從而產(chǎn)生一條閉合的連通邊界的過程。7、 開運算：先腐蝕后膨脹；閉運算：先膨脹后腐蝕6. 遙感圖像的分類1、 分類方法：根據(jù)是否需要分類人員事先提供已知類別及其訓練樣本，對分類器進行訓練和監(jiān)督，可將遙感圖像分類方法劃分為監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類；根據(jù)分類使用的統(tǒng)計數(shù)學方法可以分為隨機統(tǒng)計方法（K-均值分類、最大相似性分類）和模糊數(shù)學方法分類。2、 絕對距離：dik=|xj=1pij-Mjk|式中，dik 為當前像素i到類k的距離；p為波段數(shù)；xij為像素i在j波段的像素值；Mjk為類k在波段j的均值