《遙感數(shù)字圖像處理》習題與答案

1、遙感數(shù)字圖像處理習題與答案第一部分1. 什么是圖像？并說明遙感圖像與遙感數(shù)字圖像的區(qū)別。答：圖像（image）是對客觀對象的一種相似性的描述或寫真。圖像包含了這個客觀對象的信息。是人們最主要的信息源。按圖像的明暗程度和空間坐標的連續(xù)性劃分，圖像可分為模擬圖像和數(shù)字圖像。模擬圖像（又稱光學圖像）是指空間坐標和明暗程度都連續(xù)變化的、計算機無法直接處理的圖像它屬于可見圖像。數(shù)字圖像是指被計算機儲存，處理和使用的圖像，是一種空間坐標和灰度都不連續(xù)的、用離散數(shù)字表示的圖像，它屬于不可見圖像。2. 怎樣獲取遙感圖像？答：遙感圖像的獲取是通過遙感平臺搭載的傳感器成像來獲取的。根據傳感器基本構造和成像原理不同

2、。大致可分為攝影成像、掃描成像和雷達成像三類。3. 說明遙感模擬圖像數(shù)字化的過程。灰度等級一般都取2m（m是正整數(shù)），說明m=8時的灰度情況。答：遙感模擬圖像數(shù)字化包括采樣和量化兩個過程。 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?？臻g采樣可以將模擬圖像具有的連續(xù)灰度（或色彩）信息轉換成為每行有N個像元、每列有M個像元的數(shù)字圖像。 量化：遙感模擬圖像經離散采樣后，可得到有MXN個像元點組合表示的圖像，但其灰度（或色彩）仍是連續(xù)的，不能用計算機處理。應進一步離散、歸并到各個區(qū)間，分別用有限個整數(shù)來表示，稱為量化。當m二8時，則得256個灰度級。若一幅遙感數(shù)字圖像的量化灰度級數(shù)g=256

3、級，則灰度級別有256個。用0255的整數(shù)表示。這里0表示黑，255表示白，其他值居中漸變。由于8bit就能表示灰度圖像像元的灰度值,因此稱8bit量化。彩色圖像可采用24bit量化，分別給紅，綠，藍三原色8bit,每個顏色層面數(shù)據為0255級。4. 什么是遙感數(shù)字圖像處理？它包括那些內容？答：利用計算機對遙感數(shù)字圖像進行一系列的操作，以求達到預期結果的技術，稱作遙感數(shù)字圖像處理。其內容有： 圖像轉換。包括模數(shù)（A/D）轉換和數(shù)模（D/A）轉換。圖像轉換的另一種含義是為使圖像處理問題簡化或有利于圖像特征提取等目的而實施的圖像變換工作，如二維傅里葉變換、沃爾什-哈達瑪變換、哈爾變換、離散余弦變換

4、和小波變換等。 數(shù)字圖像校正。主要包括輻射校正和幾何校正兩種。 數(shù)字圖像增強。采用一系列技術改善圖像的視覺效果，提高圖像的清晰度、對比度，突出所需信息的工作稱為圖像增強。圖像增強處理不是以圖像保真度為原則，而是設法有選擇地突出便于人或機器分析某些感興趣的信息，抑制一些無用的信息，以提高圖像的使用價值。 多源信息復合（融合）。 遙感數(shù)字圖像計算機解譯處理。5. 說明遙感數(shù)字圖像處理與其它學科之間的關系。答：應具備的基礎理論知識有：數(shù)學、地學、信息論、計算機、GIS、現(xiàn)代物理學。6. 說明全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)的任務和主要功能。目前，比較著名的全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)有哪些？答：全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)的任務是利

5、用數(shù)字影像完成攝影測量作業(yè)。主要功能有：數(shù)字影像處理、單像量測、多像量測、攝影測量解算、等值線自動繪制、生成數(shù)字高程模型（DEM）與正射影像圖、機助量測與解譯、交互編輯等。目前，比較著名的全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)有四維公司的JX-4、適普公司的VirtuoZ。、萊卡公司經銷的Helava全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)等。第二部分1. 說明遙感圖像幾何變形誤差的主要類型。答：遙感圖像的幾何變形誤差可分為靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差兩大類。靜態(tài)誤差是指在成像過程中，傳感器相對于地球表面呈靜止狀態(tài)時所具有的各種變形誤差；動態(tài)誤差主要是由于在成像過程中地球的旋轉所造成的圖像變形誤差。2. 簡述遙感數(shù)字圖像幾何糾正的一般過程。答：

6、準備工作。 輸入原始數(shù)字圖像。 建立糾正變換函數(shù)。 確定輸出影像范圍。 像元幾何位置變換。 像元的等灰度重采樣。 輸出糾正圖像。3. 試述中心投影的航空像片、多光譜掃描儀圖像、推掃式成像儀圖像和真實孔徑側視雷達圖像各自的幾何特征。答： 航空像片幾何特征：a. 地物點通過攝影中心與其成像點共一條直線。b. 投影中心到像平面的距離為物鏡主距f。c. 地面起伏使得各處影像比例尺不同。d. 地物由于成像平面傾斜其成像會發(fā)生變形。e. 具有高差的物體成像在像片上有投影差。 多光譜掃描儀圖像幾何特征：多光譜掃描儀使用點掃描方式，對地面景物靠掃描鏡與衛(wèi)星軌道相垂直方向的擺動或旋轉依次向下掃描，航向掃描則以飛

7、行器的運行實現(xiàn)。幾何特征有：a. 點中心投影，瞬間成像一個點。垂直于飛行方向的掃描影像為圓弧，圓弧掃描線沿飛行方向累加形成的圓柱面，構像方程在幾何上等效于全景投影。b. 在每個瞬間獲得的不是一條縫隙影像，而是相應于地面方形地區(qū)（如79mX79m）的一個像元。c. 在形成構像方程式時，應取每個像元的瞬間位置為該片坐標原點，因此像點坐標x=0，y=0。d. 對于每條圓弧掃描線，其幾何關系等 真實孔徑側視雷達圖像的幾何特征效于框幅攝影機以中心線（y=0）為基準沿旁向傾斜一個掃描角e后的情況，此時X=0,y=廠tg9。真實孔徑側視雷達是斜距投影，其圖像的幾何特征有：a. 當波束照射到傳感器一側的物方斜

8、面時，其波束到達斜面頂部的斜距之差AR比地距之差（即水平距離之差）AX要小，即AR小于AX時，在圖像上斜面應有的投影長度被縮短了，這種現(xiàn)象稱為透視收縮。b. 透視收縮進一步發(fā)展，使得波束到達頂部的斜距比到達底部的斜距更短時，其頂部和底部是顛倒顯示的，這種現(xiàn)象稱為頂?shù)孜灰?。c. 雷達陰影是由波束照射到有起伏的地形時，在斜面的背后往往存在微波不能到達的部分，稱雷達陰影（注意雷達陰影不是太陽光陰影，二者概念截然不同）。雷達陰影的斜距長度可以由地形斜面的高度h求出，它等于h-cos9。4. 為什么說中心投影構像是遙感影像構像的基礎。答：遙感影像中，框幅式影像屬于純中心投影構像，全景影像屬于多中心等焦距

9、圓柱投影，多光譜影像屬于多中心掃描投影，HRV影像屬于多中心推掃掃描投影，合成孔徑側視雷達屬于多中心斜距投影。由此可見，中心投影構像是遙感影像構像的基礎。5. 什么是內、外方位元素？答：內方位元素：確定投影中心S與像片坐標系之間關系的數(shù)據f,x0，y°稱內方位元素。外方位元素：確定投影中心S與像片在地面坐標系中的位置的數(shù)據Xs，Ys，Zs，P,K，稱為外方位元素。6. 什么是像空間輔助坐標系？答：像空間輔助坐標系是一種過渡坐標系，它以攝站點（也就是投影中心）S為坐標原點。在航空攝影測量中，其一，通常以鉛垂方向（或設定的某一豎直方向）為Z軸，并取航線方向為X軸，這樣有利于改正沿航線方向

10、積累的系統(tǒng)誤差。其二，以每條航線內第一張像片的像空間坐標系作為像空間輔助坐標系。其三，以每個立體像對的左片攝影中心S為坐標原點，攝影基線方向為X軸，以攝影基線及左片主光軸構成的面（左主核面）作為XZ平面，構成右手坐標系。7. 試述P,K轉角系統(tǒng)的轉角關系。答：以攝影中心S為原點，建立像空間輔助坐標系S-XYZ，與地面攝影測量坐標系D-XYZ軸相互平行，其中P表示航向傾角，它是指主光軸So在XZ平面的投影與Z軸的夾角；«表示旁向傾角，它是指主光軸與其在XZ平面上的投影之間的夾角；k表示像片旋角，它是指YSo平面在像片上的交線與像平面坐標系的y軸之間的夾角。8. 遙感圖像幾何糾正的目的是

11、什么？答：解決遙感圖像的幾何變形問題。9. 試述多項式糾正法糾正衛(wèi)星圖像的原理和步驟。答：原理：遙感圖像多項式糾正法的基本思想是回避成像的空間幾何過程，而直接對影像變形的本身進行數(shù)字模擬，認為圖像變形規(guī)律可以看作是平移、縮放、旋轉、仿射、偏扭和彎曲以及更高次的基本變形的綜合作用結果。該方法適用于各種傳感器影像的糾正。步驟：選擇控制點（控制點數(shù)量大于多項式系數(shù)的個數(shù)）。按最小二乘法平差解求系數(shù)。將各像元的坐標代入已知系數(shù)的多項式進行計算，求得糾正后的坐標?；叶戎夭蓸?。第三部分1. 什么是輻射誤差？輻射誤差產生的主要原因是什么？答：輻射誤差：傳感器探測目標的反射或輻射能量時，所得到的測量值與目標的

12、光譜反射率或光譜輻射亮度等物理量之間的差值稱為輻射誤差。輻射誤差造成了遙感圖像的失真，影響人們對遙感圖像的判讀、解譯，因此必須進行消除或減弱。輻射誤差產生的主要原因：因傳感器的響應特性引起的輻射誤差。因大氣影響引起的輻射誤差。2. 因大氣和太陽輻射引起的輻射誤差，其相應的校正方法有哪些？答：大氣引起的輻射誤差校正方法有：野外波譜測試回歸分析法。輻射傳遞方程計算法。波段對比法。太陽引起的輻射誤差校正方法有：公式法。波段比值法3. 簡述SAR輻射校正的技術？答：在SAR數(shù)據流中的不同位置插入一系列已知的信號以獲取必要的校正信息，再在數(shù)據流通過信號處理器之前或之后測試系統(tǒng)的響應，再加以校正。4. 簡

13、述遙感衛(wèi)星輻射校正場的含義。答：利用地球表面大面積均勻的地物為目標，當衛(wèi)星過頂時實施同步地面觀測，以實現(xiàn)對在軌道上運行的衛(wèi)星傳感器做輻射校正。第四部分1. 圖像增強的主要目的是什么？它包含的主要內容有哪些？答：主要目的有：改變圖像的灰度等級、提高圖像對比度；消除邊緣和噪聲，平滑圖像；突出邊緣或線狀地物，銳化圖像；合成彩色圖像；壓縮圖像數(shù)據量，突出主要信息等。主要內容有：空間域增強、頻率域增強、彩色增強、多圖像代數(shù)運算、多光譜圖像增強2. 直方圖均衡化的基本思想和采用何種變換函數(shù)？答：直方圖均衡化是將原圖像的直方圖通過變換函數(shù)變?yōu)榫鶆虻闹狈綀D，然后按均勻直方圖修改原圖像，從而獲得一幅灰度分布均勻

14、的新圖像。采用“累積直方圖曲線”作為直方圖均衡化的基本變換函數(shù)。3. 方圖規(guī)定化的基本原理是什么？答：直方圖規(guī)定化的原理是對兩個直方圖都做均衡化，變成相同的歸一化的均勻直方圖以此均勻直方圖起到媒介作用，再對參考圖像做均衡化的逆運算即可。4. 何謂圖像平滑？試述均值平滑與中值濾波的區(qū)別。答：圖像在獲取和傳輸?shù)倪^程中，由于傳感器的誤差及大氣的影響，會在圖像上產生一些亮點（“噪聲”點）或者圖像中出現(xiàn)亮度變化過大的區(qū)域，為了抑制噪聲、改善圖像質量或減少變化幅度，使亮度變化平緩所做的處理稱為圖像平滑。均值平滑方法均等地對待鄰域中的每個像元，對于每個像元在以它為中心的鄰域內取平均值，作為該像元新的灰度值。

15、中值濾波是對以每個像元為中心的MXN鄰域內的所有像元按灰度值大小排序，取排序后位于中間那個像元的灰度值作為中心像元新的灰度值，因此它是一種非線性的圖像平滑法。一般MXN取奇數(shù)（有中間像元），窗口運算與模板運算相同。5. 何謂圖像銳化？圖像銳化處理有幾種方法？試述Laplace算法的特點。答：圖像銳化可使圖像上邊緣與線狀目標的反差提高，即邊緣增強。銳化的結果突出了邊緣和輪廓、線狀目標信息。圖像銳化是通過微分算子使圖像邊緣突出，清晰。圖像銳化處理方法有：梯度法。Roberts梯度。Prewitt和Sobel梯度。Laplace算法。定向檢測等方法。Laplace算法的特點是檢測圖像灰度變化率的變化

16、率，是二階微分，在圖像上灰度均勻和變化均勻的部分，根據Laplace算子計算出的值為0。因此，它不檢測均為的灰度變化，產生的圖像更加突出灰度值突變的部分。6. 頻率域銳化的基本思想是什么？常用的高通濾波器有哪些？有何特點？答：頻率域銳化的基本思想是：采用高通濾波器讓高頻成分通過，阻止削弱低頻成分，達到圖像銳化的目的，其結果是突出了圖像的邊緣和輪廓。高通濾波器有：理想高通濾波器；Butterworth高通濾波器；指數(shù)高通濾波器；梯形高通濾波器。以上4種高通濾波器各有優(yōu)缺點。理想高通濾波器處理的圖像中邊緣有抖動的現(xiàn)象；Butterworth銳化效果較好，邊緣抖動現(xiàn)象不明顯，但計算復雜；指數(shù)高通濾波

17、器比Butterworth效果差些，邊緣抖動現(xiàn)象不明顯；梯形高通濾波器會產生輕微抖動現(xiàn)象，但因計算簡單經常被使用。7. 假彩色增強的基本原理是什么？最佳假彩色合成方案的原則是什么？答：假彩色增強處理的對象是同一景物的多光譜圖像。對于多波段遙感圖像，選擇其中的某三個波段，分別賦予紅，綠，藍三種原色，即可在屏幕上合成彩色圖像。由于三個波段原色的選擇是根據增強目的決定的，與原來波段的真實顏色不同，因此合成的彩色圖像并不表示地物真實的顏色，這種合成稱為假彩色合成。最佳假彩色合成方案的原則是：合成后的圖像應信息量最大而波段間的相關性最小。8. 試述彩色變換的原理，彩色變換的主要方法有哪些？答：遙感數(shù)字圖

18、像處理系統(tǒng)中一是采用RGB色彩模型，是基于色光混合來再現(xiàn)顏色的，即圖像中的每個像素是通過紅（R）、綠（G）、藍（B）三種色光按不同的比例組合來顯示顏色的，由多光譜圖像的三個波段組合的彩色圖像實際上是顯示在R、G、B空間中。二是采用IHS模型。亮度（intensity）、色度（hue）、飽和度（saturation）稱為色彩的三要素，亮度（I）、色度（H）、飽和度（S）構成的HIS模型所表示的彩色與人眼看到的更為接近。RGB和HIS兩種色彩模式可以相互轉換，有些處理在某個彩色系統(tǒng)中可以更方便。以上所述即為彩色變換的原理。把RGB系統(tǒng)變換為IHS系統(tǒng)稱為HIS正變換,HIS系統(tǒng)變換為RGB系統(tǒng)稱為

19、HIS逆變換。彩色變換的主要方法有1,球體變換2,圓柱體變換。9. 什么是植被指數(shù)？常用的植被指數(shù)如何計算？答：根據地物光譜反射率的差異作比值運算可以突出圖像中植被的特征，提取植被類別或估算綠色生物量，通常把能夠提取植被的算法稱為植被指數(shù)(VegetationIndex,簡稱VI)。常用的植被指數(shù)算法： 比值植被指數(shù)(ratiovegetationindex即RVI)RVI=IR/RIR為遙感多波段圖像中的近紅外(infrared)波段的反射值；R為紅波段的反射值。 歸一化植被指數(shù)(normalizedvegetationindex即NDVI)NDVI=(IR-R)/(IR+R) 差值植被指數(shù)

20、(differencevegetationindex即DVI)DVI=IR-R 正交植被指數(shù)(perpendicularvegetationindex即PVI)PVI=1.6225(IR)-2.2978(R)+11.0656(NOAA的AVHRR衛(wèi)星資料)PVI=0.939(IR)-0.344(R)+0.09(Landsat衛(wèi)星資料)10. 以陸地衛(wèi)星TM圖像和SPOT的全色波段圖像為例，說明TM圖像和SPOT圖像融合的優(yōu)越性。答：不同傳感器獲取的同一地區(qū)的圖像，由于其波長范圍不同，幾何特點不同，分辨率不同等因素而具有不同的應用特點。例如:Landsat的TM有7個波段，有豐富的光譜信息，其空

21、間分辨率為28.5m(重采樣后為30m),SPOT的全色波段(0.510.73um)是一個單波段圖像，但它的空間分辨率大大提高，可達到10m。將這兩種圖像融合，產生的具有10m分辨率的7個波段的新圖像具有以上兩種圖像的優(yōu)點，既提高了圖像的分辨率，又保留了TM豐富的光譜信息。因此，圖像融合的方法可以綜合不同傳感器圖像的優(yōu)點，大大提高圖像的應用精度。11. 什么是多光譜空間？主成分變換的應用意義是什么？答：多光譜空間是一個n維坐標系，每一個坐標軸代表多波段圖像的一個波段，坐標值代表該波段像元的灰度值，圖像中的每個像元對應于坐標空間中的一個點。主成分變換的應用意義是:數(shù)據壓縮圖像增強分類前預處理12

22、. 簡述多光譜增強的方法和目的。答:多光譜增強采用對多光譜圖像進行線性變換的方法，減少各波段信息之間的冗余，達到保留主要信息，壓縮數(shù)據量，增強和提取更具有目視解釋效果的新波段數(shù)據的目的。13. 簡述遙感多光譜圖像的特點。答：遙感多光譜圖像的波段多，例如應用最為廣泛的Landsat的TM圖像有7個波段；而高光譜圖像則包含幾十個甚至數(shù)百個很窄的波段，包含了大量的信息，但這些圖像的數(shù)據量過大，運算時耗費大量機時和占據大量的磁盤空間。同時，多光譜圖像的各波段之間具有一定的相關性，造成不同程度的信息重疊。14. 目前多光譜增強主要有哪2種變換？答：K-L(Karthunen-Loeve)變換，又稱為主成

23、分變換。K-T(Kauth-Thomas)變換，又稱為纓帽變換。第五部分1. 什么是監(jiān)督分類？什么是非監(jiān)督分類？答：監(jiān)督分類是基于對遙感圖像上樣本區(qū)內的地物的類屬已有先驗的知識，即已經知道它所對應的地物類別，于是可以利用這些樣本類別的特征作為依據來判斷非樣本區(qū)內數(shù)據的類別。非監(jiān)督分類是遙感圖像地物的屬性不具有先驗知識，純粹依靠不同光譜數(shù)據組合在統(tǒng)計上的差別來進行“盲目分類”，事后再對已分出各類的地物屬性進行確認的過程。2. 簡述增強處理與分類處理的異同。答：圖像增強處理與圖像分類處理都是為了增強和提取遙感圖像中的目標信息。圖像增強處理主要是增強圖像的視覺效果，提高圖像的可解譯性。給目視解釋提供

24、的信息是定性的。圖像分類處理則著眼于地物類別的區(qū)分，給目視解釋提供定量信息。3. 什么是特征選擇？答：特征選擇實際上就是確定分類的信息源。多光譜圖像一般有波段多、數(shù)據量大等特點。在分類時，特別是用最大似然分類方法，要對每一類計算均差和協(xié)方差矩陣，以及判別式的比較，計算量是非常大的。實際上，并不是每一個波段都是分類時最好的波段，對分類精度影響不大。在分類時所使用的波段或波段組合稱為特征，所以，這個選擇過程稱為特征選擇。這種選擇出來的、新的對于表示類別可分性更為有效的變更稱為特征參數(shù)，n個特征參數(shù)組成n維特征空間。具體的分類就是在該空間中進行的。4. 簡述計算機分類的基本原理。答：遙感圖像分類就是

25、把圖像中的每個像元或區(qū)域劃歸為若干類別中的一種，即通過對各類地物的光譜特征分析來選擇特征參數(shù)，將特征空間劃分為互不重疊的子空間，然后將影像內各個像元劃分到各個子空間中去，從而實現(xiàn)分類。5簡述遙感圖像計算機分類的一般流程。答：原始圖像的預處理； 訓練區(qū)的選擇； 特征選擇和特征提??； 圖像分類運算； 檢驗結果； 結果輸出。6. 什么是距離判別函數(shù)？答：距離判別函數(shù)的建立是以地物光譜特征在特征空間中是按集群方式分布為前提的。也就是說，假定不知道特征矢量的概率分布，但認為，同一類別的特征矢量在特征空間內完全聚集成團狀(集群)，每個團(集群)都有一個中心。這些團內點的數(shù)目越多，也即密度越大或點與中心的距

26、離越近，就可以肯定，他們屬于一個類別，所以點間的距離成為重要的判斷參量。7. 比較絕對值距離、歐氏距離、馬氏距離判別函數(shù)之間的異同點。答：絕對值距離是計算兩點之間的直角邊距離，其特點是各特征參數(shù)以等權參與進來，所以也稱等混合距離。歐氏距離是計算兩點之間直線距離。歐氏距離中各特征參數(shù)也是等權的。以上兩種距離與特征參數(shù)的量綱有關。而且沒有考慮特征參數(shù)間的相關性。馬氏距離是一種加權的歐氏距離，它是通過協(xié)方差矩陣來考慮變量的相關性8、簡要說明ISODATA法的基本內容。答：ISODATA(iterativeself-organizingdataanalysistechniquesalgorithm),

27、稱為“迭代自組織數(shù)據分析技術”ISODATA法的實質是以初始類別為“種子”進行自動迭代聚類的過程，它可以自動地進行類別的“合并”和“分裂”，其各個參數(shù)也在不斷地聚類調整中逐漸確定，并最終構建所需要的判別函數(shù)。因此，可以說基準類別參數(shù)的確定過程，也正是利用光譜特征本身的統(tǒng)計性質對判別函數(shù)的不斷調整和“訓練”過程。9. 簡述計算分類的新方法。答：神經網絡分類器;； 基于小波神經網絡遙感圖像分類； 模糊聚類法; 樹分類器; 專家系統(tǒng)方法的應用。第六部分1. 一般分析方法各有什么特點？參數(shù)的確定應考慮什么因素？答：遙感數(shù)字圖像一般分析主要是對圖像進行各種空間分析，進行像元之間或專題分類之間的空間關系處

28、理，使處理后的圖像能夠更好地表達主要的專題信息。 鄰域分析(neighborhood)是針對分類專題圖像，采用類似于卷積濾波的方法對圖像分類值(classvalues)進行多種分析。其方法是每個像元的值都參與用戶定義的鄰域范圍(definitionneighborhood)和分析函數(shù)(function)所進行的分析，而鄰域中心像元的值將被分析結果所取代。 查找分析(search)是對輸入的分類專題圖像或矢量圖形進行臨近(proximity)分析，產生一個新的輸出柵格文件，輸出像元的屬性值取決于其位置與用戶選擇專題類型像元的接近程度和用戶定義的接近距離，輸出文件中用戶所選擇專題類型的屬性值重新編碼為0，其它相鄰區(qū)域屬性值取決于它們所選擇專題類型像元的