遙感圖像處理的發(fā)展與應(yīng)用

遙感圖像處理與分析RemoteSensing

ImageProcessingandAnalysis教學(xué)內(nèi)容第1章

遙感圖像處理的發(fā)展與應(yīng)用第2章

遙感圖像處理系統(tǒng)及基本概念第3章

點(diǎn)運(yùn)算和幾何運(yùn)算第4章

線性系統(tǒng)理論和圖像的正交變換第5章

圖像增強(qiáng)第6章

圖像復(fù)原第7-8章圖像分割、分類與估計(jì)（圖像分類）第9章

圖像壓縮第10-11章彩色和多光譜處理（圖像融合）參考書1岡薩雷斯等，《數(shù)字圖像處理》第二版，

電子工業(yè)出版社，20032KennethR.Castleman,《DigitalImageProcessing》，清華大學(xué)出版社3朱志剛等譯，《數(shù)字圖像處理》，電子工業(yè)出版社第一章 遙感圖像處理的發(fā)展與應(yīng)用? 數(shù)字圖像處理的基本概念? 數(shù)字圖像處理的目的和主要內(nèi)容? 數(shù)字圖像處理的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀? 數(shù)字圖像處理的應(yīng)用? 數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量的應(yīng)用與實(shí)例一、基本概念圖像（Image/Picture）定義1：給定條件下目標(biāo)的電磁波表現(xiàn)形式（反射、輻射、透射等）定義2：以不同形式和手段觀測(cè)客觀世界而獲得的，可直接或間接作用于人眼并產(chǎn)生視知覺的實(shí)體。數(shù)字圖像（DigitalImage）適合于計(jì)算機(jī)處理的、以離散（數(shù)字）形式表示的圖像。本質(zhì)上，是由圖像經(jīng)采樣和量化后形成的二維離散函數(shù)。一幅單色圖像就是一個(gè)二維的光強(qiáng)函數(shù)，表示為

f(x,y)

；一幅彩色圖像是一個(gè)向量，每個(gè)分量代表該點(diǎn)顏色通道的亮度值。彩色圖像R(i,j);G(i,j);B(i,j)黑白圖像f(i,j)獲取方式：直接獲?。〝?shù)字成像）和間接獲取（數(shù)字化）。分類：灰度圖像（多值、彩色、多光譜）和二值圖像。為什么圖像常用2的正數(shù)冪表示？如何計(jì)算一幅圖像（灰度、彩色）的比特?cái)?shù)？? 圖像處理（Imageprocessing)：就是對(duì)圖像信息進(jìn)行加工，

以滿足人的視覺或心理或應(yīng)用的需求的行為。圖像處理就是用圖像變換方法對(duì)圖像進(jìn)行處理，圖像變換就是對(duì)圖像施以一個(gè)operator。什么是一個(gè)operator？特定算子-線性算子圖像處理的方法：模擬法和數(shù)字法。?

模擬法：計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以前，均采用模擬處理方法，利用光學(xué)、照像和電子學(xué)方法對(duì)模擬圖像的處理稱為模擬圖像處理。光學(xué)圖像處理方法已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史，典型的例子如：天文學(xué)、攝影測(cè)量學(xué)、粒子物理學(xué)。光學(xué)圖像處理的特點(diǎn)是處理速度快，信息容量大，分辨率高，又非常經(jīng)濟(jì)，但精度不夠高，穩(wěn)定性差，操作不方便。? 數(shù)字法（數(shù)字圖像處理）：就是利用計(jì)算機(jī)或其它數(shù)字硬件，對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行系列操作，從而獲得某種預(yù)期結(jié)果的技術(shù)。數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)是處理精度高，而且可以通過改進(jìn)處理軟件來優(yōu)化處理效果，操作方便?，F(xiàn)在所指的“圖像處理”主要指“數(shù)字圖像處理”。但不應(yīng)排除可能的發(fā)展（如“光學(xué)---數(shù)字”處理方式）。二、目的和主要內(nèi)容? 目的?

提高圖像的視感質(zhì)量，以達(dá)到賞心悅目目的。如去除噪聲，改變亮度、顏色，幾何變換等，都是為了某種期望的效果。包括用一個(gè)估計(jì)來恢復(fù)圖像，即圖像復(fù)原。? 提取圖像中所包含的某些特征或特殊信息，以便于計(jì)算機(jī)分析。如常用作模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺的預(yù)處理等。這些特征包括很多方面， 如頻域特性、灰度／顏色特性、邊界／區(qū)域特性、 紋理特性、 形狀／拓?fù)涮匦砸约瓣P(guān)系結(jié)構(gòu)等。? 對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行變換、編碼和壓縮，以便于圖像的存儲(chǔ)和傳輸。? 主要內(nèi)容圖像獲取、表示和表現(xiàn)（

Image

Acquisition，

Representation

andPresentation）：把模擬圖像信號(hào)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)字形式。?

圖像復(fù)原（Image

Restoration）：將退化的圖像（圖像品質(zhì)下降）進(jìn)行復(fù)原。? 圖像增強(qiáng)（ImageEnhancement）：改善圖像的視感效果。?

圖像分割（Image

Segmentation）：把圖像分成區(qū)域的過程就是圖像分割，目的是提取感興趣的目標(biāo)。? 圖像分析：依據(jù)不同的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)圖像的分類、識(shí)別和理解。?

圖像重建：圖像重建是指從數(shù)據(jù)到圖像的處理，即輸入的是某種數(shù)據(jù)，而經(jīng)過處理后得到的結(jié)果是圖像，CT就是圖像重建處理的典型應(yīng)用實(shí)

例。目前，圖像重建與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相結(jié)合，把多個(gè)二維圖像合成三維圖像，經(jīng)各種渲染技術(shù)，生成各種具有強(qiáng)烈真實(shí)感高質(zhì)量圖像。? 圖像壓縮編碼：圖像壓縮的目的就是壓縮數(shù)據(jù)量。?

圖像融合：將多源信道所采集到的同一目標(biāo)圖像進(jìn)行處理,提取各自信道信息,形成一幅圖像以獲取更豐富的目標(biāo)信息。遙感圖像處理遙感圖像處理遙感圖像處理三、發(fā)展歷史及現(xiàn)狀?

遙感圖像處理開始于50年代，美國在太空探測(cè)計(jì)劃的推動(dòng)

下，開始了這項(xiàng)技術(shù)的研究。?

誕生的重要標(biāo)志:1964年美國JPL(噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室)正式使用計(jì)算機(jī)對(duì)“旅行者七號(hào)”宇宙飛船發(fā)回的4316張?jiān)虑蛳嗥M(jìn)

行處理，校正飛船上電視攝象機(jī)產(chǎn)生的各種不同形式的圖像畸變，并取得了前所未有的清晰像片。? 50’s末→60’s:美

國

MIT

(Massachusetts

Institute

of

Technology)

、JPL、南加州大學(xué)、馬里蘭大學(xué)等，率先開展增強(qiáng)、校正、編碼、邊緣檢測(cè)等研究。NASA

(National

Aeronautics

and

Space

Administration)

美國宇航局是美國航天遙感和圖像研究與應(yīng)用的重要機(jī)構(gòu)。? 70’s:資源衛(wèi)星遙感圖像處理，出現(xiàn)大批商業(yè)化軟件。? 80’s:處理系統(tǒng)微機(jī)化和工作站化，出現(xiàn)了許多新的理論和算法：形態(tài)學(xué)、小波理論、人工智能等。? 90’s:向更多的領(lǐng)域滲透；更廉價(jià)的硬件和軟件；新方法的更深入研究和應(yīng)用；更強(qiáng)大的系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)化處理。? 21世紀(jì)：海量數(shù)據(jù)處理，專業(yè)應(yīng)用軟件不斷發(fā)展。?

上述事實(shí)說明，數(shù)字圖像處理產(chǎn)生于空間探測(cè)的需要，它是隨著空間技術(shù)、成像技術(shù)以及計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的一個(gè)密切結(jié)合應(yīng)用的學(xué)科。?

目前數(shù)字圖像處理已經(jīng)成為心理學(xué)、生理學(xué)、醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等諸多方面的學(xué)者研究視覺感知的有效工具。另外，圖像處理在軍事、氣象、工業(yè)、海洋探測(cè)等應(yīng)用中有不斷增長(zhǎng)的需求。? 已是各個(gè)學(xué)科競(jìng)相研究在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一門科學(xué)。LowResolutionMedium

ResolutionHighResolutionVeryHighResolutionMicrowaveRemoteSensingSatellites高分辯率遙感影像美國IKONOS衛(wèi)星（1米）紅波段

.63-.69microns(4m)同時(shí)采集的全色波段色片.45-.90microns(微米)(1m)美國QuickBird衛(wèi)星圖像（0.61米）德國TerraSAR-X雷達(dá)衛(wèi)星（1米，2007.6發(fā)射）四、應(yīng)用數(shù)字圖像處理在其短短的歷史中，以不同的程度成功地應(yīng)用于幾乎所有與成像相關(guān)的領(lǐng)域:醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：如X線圖像、顯微鏡圖像、CT、RI（放射性同位

素）、NMG(核磁共振)、

EIT（電阻抗斷層圖像技術(shù)）、冠狀動(dòng)脈x射線圖像三維重構(gòu)、超聲波圖像的處理、染色體分析、

血球分類、生物進(jìn)化分析…。醫(yī)學(xué)圖像處理奠定了早期處理方法的基礎(chǔ)。正逐步用數(shù)字技術(shù)取代模擬技術(shù),而影像獲取和顯示最為關(guān)鍵。大部分內(nèi)容同

時(shí)涉及到圖像重建、特征提取和模式識(shí)別。總之，是個(gè)頗受關(guān)注和極具潛力的領(lǐng)域。工業(yè)領(lǐng)域：生產(chǎn)過程監(jiān)控、交通管制、CAD/CAM、表面缺損自檢、外觀檢查和挑選、裝配/生產(chǎn)線自

動(dòng)化……大規(guī)模集成電路檢測(cè)：高精度對(duì)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)圖像和被檢圖像、分塊生成標(biāo)準(zhǔn)圖像（二值圖像和輪廓圖像）、逐塊匹配。電子器件內(nèi)部檢測(cè)：利用X射線CT技術(shù)。機(jī)器人障礙物識(shí)別：障礙物定義與判斷、障礙物分離、預(yù)處理、邊界生成、距離信息獲取。軍事、公安：可用于飛行器目標(biāo)識(shí)別與制導(dǎo)、側(cè)視雷達(dá)的地形偵察、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤、反偽裝偵察、指紋自動(dòng)識(shí)別、罪犯臉型合成、過期檔案復(fù)原……3S導(dǎo)航與定位（INS、 GPS 、 RS

）BLOK—109B戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈慣性導(dǎo)航航跡規(guī)劃 GIS地形匹配（中段）20---50M下視影像匹配（末段） RS/GPS 10M前視影像匹配辦公室自動(dòng)化：公文和圖紙讀取、郵件自動(dòng)分檢、文字識(shí)別、OCR、問卷調(diào)查數(shù)據(jù)自動(dòng)處理、運(yùn)動(dòng)員

號(hào)碼自動(dòng)識(shí)別。處理多為二值圖像。OCR（Optical

Character

Reader）：源于1970年

出現(xiàn)的郵政編碼自動(dòng)讀取。主要包括圖像輸入、文字區(qū)域提取、區(qū)域分割和文字識(shí)別等環(huán)節(jié)，而識(shí)別又由預(yù)處理、特征提取、分類等組成。遙感：如農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、資源環(huán)境調(diào)查、氣象預(yù)報(bào)、災(zāi)害檢測(cè)、地質(zhì)分析、城市規(guī)劃、地形測(cè)繪（攝影測(cè)量與制圖）。其它：可視電話、電視會(huì)議、圖像的遠(yuǎn)距離通訊、多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)字電視（數(shù)字編輯、動(dòng)畫片制作）、文物資料的復(fù)制、修復(fù)、運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練動(dòng)作分析和評(píng)分等。土

地

利

用

變

化

動(dòng)

態(tài)

監(jiān)

測(cè)－

動(dòng)

態(tài)

監(jiān)

測(cè)

城

市

擴(kuò)

展

狀

況－

及

時(shí)

發(fā)

現(xiàn)

非

法

用

地－

輔

助

制

定

城

市

發(fā)

展

規(guī)

劃植被覆蓋狀況動(dòng)態(tài)跟綜植被（VEGETATION）探測(cè)農(nóng)作物農(nóng)作物分類及分布圖by40kms(SPOTimageandclassification)農(nóng)

業(yè)

、

林

業(yè)方

面

的

應(yīng)

用地質(zhì)構(gòu)造解譯圖－

礦

產(chǎn)

資

源

調(diào)

查三峽大壩影像圖－

地

下

水

資

源

勘

查－

地

質(zhì)

結(jié)

構(gòu)

填

圖地

質(zhì)

方

面

的

應(yīng)

用水

庫

庫

容

動(dòng)

態(tài)

定

量

監(jiān)

測(cè)尼日爾內(nèi)陸水域蓄水量的估算與監(jiān)測(cè)水

文

模

型(

水

量

平

衡)水深

模型

29/10/8804/01/8913/03/89146.2

ha107.9

ha86.4

ha1998年洞庭湖地區(qū)洪水前后對(duì)比1998

年5

月1998

年8

月在

環(huán)

境

災(zāi)

害

方

面

的

應(yīng)

用GIS實(shí)地調(diào)查理解鹽堿地成因土

壤

土

質(zhì)

變

化

監(jiān)

測(cè)鹽堿地分布圖檢驗(yàn)鹽堿度天然鹽堿

地：與當(dāng)?shù)氐耐寥?/p>

狀況有

關(guān)，如

低洼地

人為造成鹽堿地

：如用含鹽井水

灌溉土

地，一般在

灌渠終端易形成

鹽堿

鹽堿地分

布

圖：按程度不

同分

為4

類?CNES1997.6June1997?CNES1997

.

29

July

1997?CNES1997.8Sept.1997印度尼西亞1997年森林大火災(zāi)森林火災(zāi)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)利

用SPOT

衛(wèi)

星

編

程

接

收，實(shí)

時(shí)

跟

蹤

火

災(zāi)

蔓

延

趨

勢(shì)在

環(huán)

境

災(zāi)

害

方

面

的

應(yīng)

用?CNES1986.15July1986?CNES1989

.

處理后的變化信息圖

巴西90.000公頃林地監(jiān)測(cè)1986年

: 毀

林

21.000 公

頃1989年

: 毀

林

41.000 公

頃86 年

至

89

年:共

毀

林20.000 公

頃在

環(huán)

境

災(zāi)

害

方

面

的

應(yīng)

用?CNES1989.22July1989SPOT 在

軍

事

方

面

的

應(yīng)

用情報(bào)偵察CA目標(biāo)解譯－3D信息用于戰(zhàn)略/戰(zhàn)術(shù)部署－導(dǎo)彈航程設(shè)

計(jì)及3D巡航演示－專