第3章遙感數(shù)字圖像的表示和統(tǒng)計(jì)描述

第3章遙感數(shù)字圖像的表示和統(tǒng)計(jì)描述目錄遙感圖像模型

1遙感圖像的數(shù)字表示2單波段圖像的統(tǒng)計(jì)特征3多波段圖像的統(tǒng)計(jì)特征4窗口、鄰域和卷積53.1遙感圖像模型遙感圖像：傳感器通過探測地物電磁波輻射能量所得到的圖像，反映連續(xù)變化的物理場。遙感圖像模型：從理論上講，遙感圖像可以表示為某一時(shí)刻t，在不同波長λ和不同極化（偏振）方向p，能夠收集到的位于坐標(biāo)（x,y）的目標(biāo)物所輻射的電磁波能量。其中：P代表極化方向；

λ代表波長；

t為成像時(shí)間；（x，y）為坐標(biāo)。公式中前項(xiàng)表示目標(biāo)物發(fā)射的電磁波輻射量，后項(xiàng)表示反射的電磁波輻射量。在可見光和近紅外波段，白天物體自身發(fā)射的輻射量可忽略不計(jì)。圖像模型表明：除了空間位置（x,y）之外，圖像表示的地物輻射量受波長、時(shí)間和極化方向3個(gè)參數(shù)的影響。在同一地區(qū)，隨時(shí)間、波段和極化方向不同而獲得的多個(gè)圖像的組合，叫做多源圖像。目標(biāo)物反射率入射的輻射量多源圖像多波段圖像：傳感器的波段數(shù)大于3，如TM，有助于識別巖石、土壤、植被，各種水體等多時(shí)相圖像：不同時(shí)間，一個(gè)特定的波段上獲取的圖像，監(jiān)測地物或環(huán)境因素的動(dòng)態(tài)變化多極化圖像：電磁波的振動(dòng)方向，水平極化圖像，交叉極化圖像等。極化極化方式(Polarization）:V垂直極化；H水平極化，即電磁場的振動(dòng)方向，衛(wèi)星向地面發(fā)射信號時(shí)，所采用的無線電波的振動(dòng)方向可以有多種方式，目前所使用的有：水平極化（H）：水平極化是指衛(wèi)星向地面發(fā)射信號時(shí)，其無線電波的振動(dòng)方向是水平方向。例如：我們拿一條繩子左右抖動(dòng)，產(chǎn)生的波是左右波動(dòng)。垂直極化（V）：垂直極化是指衛(wèi)星向地面發(fā)射信號時(shí)，其無線電波的振動(dòng)方向是垂直方向。例如：我們拿一條繩子上下抖動(dòng)，產(chǎn)生的波是上下波動(dòng)。極化方式有兩類：一種是線極化，一種是圓極化。其中在線極化方式下又分為水平極化和垂直極化；在圓極化方式下又分左旋圓極化和右旋圓極化。圖像函數(shù)圖像函數(shù)實(shí)際上代表在二維空間內(nèi)物體反射或發(fā)射的電磁波輻射能量的分布，不是傳感器實(shí)際記錄的圖像數(shù)據(jù)?？偸桥c地物的“真實(shí)圖像”有不同程度的差異（如大氣層的影響）。遙感圖像處理后產(chǎn)生的圖像二維空間內(nèi)物體反射或發(fā)射的電磁波輻射能量的分布某種由地物到圖像的轉(zhuǎn)換二維空間圖像函數(shù)g(x,y)的特點(diǎn)連續(xù)性定義域的限定性：x,y坐標(biāo)有限函數(shù)值的限定性：非負(fù)的；灰度空間。物理意義的明確性：對地物電磁波輻射的一種量度。3.2遙感圖像的數(shù)字表示確定的方法：寫出圖像的函數(shù)表達(dá)式，數(shù)字圖像表示成矩陣或向量的形式；統(tǒng)計(jì)的方法：平均特征表示圖像。3.2.1圖像的確定性表示圖像類別表示方式說明二值圖像f(x,y)=0,1文字、線圖形、指紋等灰度圖像0≤f(x,y)≤2n-1普通照片。量化位數(shù)n=6,…,24,一般為8位色彩圖像｛fi(x,y)｝,i=R,G,B用彩色三原色表示多光譜圖像｛fi(x,y)｝,i=1,…,K遙感圖像，K為波段數(shù)立體圖像fLfR用于攝影測量和計(jì)算機(jī)視覺分析等。L和R分別為左右圖像運(yùn)動(dòng)圖像｛fi(x,y)｝,i=1,…,t動(dòng)態(tài)分析，視頻制作。T為時(shí)間。圖像的矩陣表示設(shè)圖像數(shù)據(jù)為N列，M行，K個(gè)波段。對于任一波段的數(shù)據(jù)，可以表示為包括M×N個(gè)元素的矩陣：黑白圖像灰度圖像色彩圖像圖像的向量表示按行的順序排列像素，使圖像下一行第一個(gè)像素緊接著上一行最后一個(gè)像素，圖像可以表示成1×MN的列向量f：3.2.2圖像的統(tǒng)計(jì)性特征遙感圖像中某一灰度級內(nèi)像素出現(xiàn)的頻率是服從高斯分布，即密度函數(shù)是正態(tài)的。把圖像作為一個(gè)隨機(jī)向量X，按照概率論可以有兩種方法來表示。一種用密度函數(shù)來表示（分布函數(shù)）；另一種用統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)來表示，這往往是在密度函數(shù)不可知條件下的表示，如期望、反差、協(xié)方差等。3.3單波段圖像的統(tǒng)計(jì)特征如果沒有特殊的說明，設(shè)數(shù)字圖像為，大小為M×N，N為圖像的列數(shù)，M為圖像的行數(shù)，3.3.1基本統(tǒng)計(jì)特征（1）.反映像素值平均信息的統(tǒng)計(jì)參數(shù)均值：像素值的算數(shù)平均值，反映的是圖像中地物的平均反射強(qiáng)度，大小由圖像中主體地物的光譜信息決定。中值：圖像所有灰度級中處于中間的值。由于一般遙感圖像的灰度級都是連續(xù)變化的，因而大多數(shù)情況下，中值可通過最大灰度值和最小灰度值來獲得。眾數(shù)：圖像中出現(xiàn)次數(shù)最多的灰度值，反映了圖像中分布較廣的地物反射能量。（2）反映像素值變化信息的參數(shù)方差：像素值與平均值差異的平方和，表示像素值的離散程度。是衡量圖像信息量大小的重要度量。變差：像素最大值和最小值的差，表示圖像灰度值的變化程度，間接地反映了圖像的信息量。反差：反映圖像的顯示效果和可分辨性，又稱為對比度。3.3.2直方圖什么是直方圖？直方圖是灰度級的函數(shù)，描述的是圖像中各個(gè)灰度級像素的個(gè)數(shù)。

以灰度級為橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)為灰度級的頻率，繪制頻率同灰度級的關(guān)系圖就是灰度直方圖?；叶葓D像的直方圖

該圖像像元總數(shù)為8*8=64,i=[0,7]v0=5/64v1=12/64v2=18/64v3=8/64v4=1/64v5=5/64v6=8/64v7=5/64直方圖的性質(zhì)（1）直方圖只能反映圖像的分布情況，但不能反映這些像素的位置信息?？赏ㄟ^修改圖像的直方圖來改變圖像的反差。（2）一幅圖像對應(yīng)唯一的直方圖，但不同的圖像可以有相同的直方圖。下圖兩圖像具有相同的直方圖。（3）一幅圖像分為多個(gè)區(qū)域，多個(gè)區(qū)域的直方圖之和即為原圖像的直方圖。直方圖的應(yīng)用根據(jù)直方圖的形態(tài)可以大致推斷圖像的反差，可有目的地改變直方圖的形態(tài)來改善圖像的對比度。接近正態(tài)分布：反差適中；峰值偏向灰度值大的一邊，圖像偏亮；峰值位置偏向灰度值小的一邊，圖像偏暗。峰值變化過陡、過窄，說明圖像的灰度值過于集中，反差小。3.4多波段圖像的統(tǒng)計(jì)特征協(xié)方差相關(guān)系數(shù)（反映兩波段圖像所包含信息的重疊程度）值越高，說明兩個(gè)波段的圖像之間的協(xié)變性越強(qiáng)。3.5窗口、鄰域和卷積窗口：任一像素（i，j），以此為中心，按上下左右對稱所設(shè)定的像素范圍。行列數(shù)為奇數(shù)。

3×3窗口，5×5窗口。鄰域：中心像素周圍的行列。4-鄰域8-鄰域卷積運(yùn)算模板圖像數(shù)據(jù)卷積計(jì)算后的數(shù)據(jù)窗口處理和模板處理對圖像的處理，一般采用對整個(gè)畫面進(jìn)行處理，但也有只對畫面中特定的部分進(jìn)行處理的情況。這種處理方式的代表有窗口處理和模板處理。單獨(dú)對圖像中選定的矩形區(qū)