大學(xué)課件-林業(yè)遙感-第七講-遙感數(shù)字圖像處理-圖像處理的基本原理

第七講遙感圖像的處理原理與方法

——圖像處理的基本概念主要內(nèi)容：數(shù)字圖像的概念數(shù)字圖像的描述遙感圖像處理遙感圖像處理軟件數(shù)字圖像校正林業(yè)遙感教學(xué)組數(shù)字圖像恢復(fù)數(shù)字圖像鑲嵌圖像增強(qiáng)圖像變換圖像融合第七講遙感圖像的處理原理與方法

1一數(shù)字圖像的概念圖像的數(shù)字化所謂的圖像數(shù)字化是指將模擬圖像經(jīng)過離散化之后，得到用數(shù)字表示的圖像。林業(yè)遙感教學(xué)組一數(shù)字圖像的概念圖像的數(shù)字化林業(yè)遙感教學(xué)組2數(shù)字圖像（DigitalImage）的概念

二維離散的光密度(或亮度)函數(shù)，相對(duì)于光學(xué)影像，它在空間函數(shù)(ｘ，ｙ)和密度上都已離散化，空間函數(shù)ｘ、ｙ僅取離散值，

其中：ｍ=0，1，2，…，ｍ-1；ｎ=0，1，2，…，ｎ-1；Δｘ、Δｙ為離散化函數(shù)間隔，同時(shí)ｆ(ｘ，ｙ)也取離散值，一般取0，1，…，255。一數(shù)字圖像的概念林業(yè)遙感教學(xué)組數(shù)字圖像（DigitalImage）的概念一數(shù)字圖像的概3二數(shù)字圖像的描述數(shù)字圖像的表示方法

1.

黑白圖像：是指圖像的每個(gè)像素只能是黑或者白，沒有中間的過渡，故又稱為２值圖像。2值圖像的像素值為0、1。林業(yè)遙感教學(xué)組二數(shù)字圖像的描述數(shù)字圖像的表示方法林業(yè)遙感教學(xué)組4二數(shù)字圖像的描述數(shù)字圖像的表示方法

2.

灰度圖像：灰度圖像是指每個(gè)像素的信息由一個(gè)量化的灰度級(jí)來描述的圖像，沒有彩色信息。林業(yè)遙感教學(xué)組二數(shù)字圖像的描述數(shù)字圖像的表示方法林業(yè)遙感教學(xué)組5灰度圖像林業(yè)遙感教學(xué)組灰度圖像林業(yè)遙感教學(xué)組6二數(shù)字圖像的描述數(shù)字圖像的表示方法

3.

彩色圖像：彩色圖像是指每個(gè)像素的信息由RGB三原色構(gòu)成的圖像，其中RBG是由不同的灰度級(jí)來描述的。林業(yè)遙感教學(xué)組二數(shù)字圖像的描述數(shù)字圖像的表示方法林業(yè)遙感教學(xué)組7林業(yè)遙感教學(xué)組林業(yè)遙感教學(xué)組8二數(shù)字圖像的描述數(shù)字圖像的表示方法

4.

偽彩色圖像：由于人眼分辨不同彩色的能力比分別不同的灰度級(jí)的能力強(qiáng)，因此，把人眼無法區(qū)別的灰度變化，施以不同的彩色來提高識(shí)別率，這便是偽彩色增強(qiáng)的基本依據(jù)。林業(yè)遙感教學(xué)組二數(shù)字圖像的描述數(shù)字圖像的表示方法林業(yè)遙感教學(xué)組9偽彩色圖像林業(yè)遙感教學(xué)組偽彩色圖像林業(yè)遙感教學(xué)組10二數(shù)字圖像的描述數(shù)字圖像的表示方法

5.

假彩色圖像：假彩色是指將一幅彩色圖像映射為另一幅彩色圖像，從而達(dá)到增強(qiáng)對(duì)比度的目的。林業(yè)遙感教學(xué)組二數(shù)字圖像的描述數(shù)字圖像的表示方法林業(yè)遙感教學(xué)組11假彩色圖像林業(yè)遙感教學(xué)組假彩色圖像林業(yè)遙感教學(xué)組12二數(shù)字圖像的描述數(shù)字圖像的表示方法

林業(yè)遙感教學(xué)組真彩色圖像6.

真彩色圖像：模擬現(xiàn)實(shí)世界的彩色圖像。二數(shù)字圖像的描述數(shù)字圖像的表示方法林業(yè)遙感教學(xué)組真彩13三遙感圖像處理遙感數(shù)字圖像處理

概念：利用數(shù)字計(jì)算機(jī)或其它高速、大規(guī)模集成數(shù)字硬件，對(duì)從遙感圖像信息轉(zhuǎn)換來的數(shù)字電信號(hào)進(jìn)行某些數(shù)字運(yùn)算或處理（如去除噪聲、增強(qiáng)、復(fù)原、分割、提取特征等），以期提高遙感圖像的質(zhì)量以達(dá)到人們所要求的某些預(yù)期結(jié)果。林業(yè)遙感教學(xué)組三遙感圖像處理遙感數(shù)字圖像處理林業(yè)遙感教學(xué)組14圖像處理的目的①提高遙感圖像的視感質(zhì)量，以改善遙感圖像的質(zhì)量，如進(jìn)行圖像的亮度、彩色變換等；②提取遙感圖像中所包含的某些特征或特殊信息，為計(jì)算機(jī)分析圖像提供便利，如灰度或顏色特征、邊界特征、區(qū)域特征、紋理特征等；③遙感圖像數(shù)據(jù)的變換、編碼和壓縮，以便于圖像的存儲(chǔ)和傳輸。三遙感圖像處理林業(yè)遙感教學(xué)組圖像處理的目的三遙感圖像處理林業(yè)遙感教學(xué)組15遙感數(shù)字圖像的記錄介質(zhì)磁帶（8mm、CCT）、光盤（CD-ROM、DVD-ROM

）遙感數(shù)字圖像的記錄方式1.BSQ（BandSequentialFormat）：按波段順序排列，{[（像素號(hào)順序），行號(hào)順序]，波段順序}；

2.BIL（BandInterleavedbyLine）：按掃描順序記錄圖像數(shù)據(jù)，對(duì)每一行中代表一個(gè)波段的光譜值進(jìn)行排列，然后按波段順序排列該行，最后對(duì)各行進(jìn)行重復(fù)，{[（像素號(hào)順序），波段順序]，行號(hào)順序}；3.BIP（BandInterleavedbyPixel）：按像素順序記錄圖像數(shù)據(jù)，在一行中按每個(gè)像素的波段順序排列，屬各波段數(shù)據(jù)間交叉記錄方式，{[（波段順序），像素號(hào)順序]，行號(hào)順序}；

4.HDF（HierarchicalDataFormat）：一個(gè)頭文件和一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象構(gòu)成。三遙感圖像處理林業(yè)遙感教學(xué)組遙感數(shù)字圖像的記錄介質(zhì)三遙感圖像處理林業(yè)遙感教學(xué)組16遙感圖像的獲取方式(1)攝影成像

照相機(jī)曝光(2)掃描成像

CCD掃帚式掃描儀，電視攝像機(jī)(3)雷達(dá)成像三遙感圖像處理林業(yè)遙感教學(xué)組遙感圖像的獲取方式三遙感圖像處理林業(yè)遙感教學(xué)組17遙感圖像的獲取過程林業(yè)遙感教學(xué)組遙感圖像的獲取過程林業(yè)遙感教學(xué)組18遙感數(shù)字圖像處理軟件

1.ERMapper：由澳大利亞EARTHRESOURCEMAPPING公司（以下簡稱ERM）開發(fā)，它除了具有傳統(tǒng)圖像處理功能外，它在開發(fā)起點(diǎn)和設(shè)計(jì)思想等方面完全區(qū)別于早期的傳統(tǒng)圖像處理系統(tǒng)，表現(xiàn)在：①獨(dú)特的軟件設(shè)計(jì)思想，算法概念貫穿整個(gè)圖像處理過程，更適用于大型工程的圖像處理作業(yè)；②數(shù)據(jù)高比例壓縮算法的應(yīng)用，最大幅度的節(jié)約用戶硬件投資。目前最新版本為7.0。四遙感圖像處理軟件林業(yè)遙感教學(xué)組遙感數(shù)字圖像處理軟件四遙感圖像處理軟件林業(yè)遙感教學(xué)組19遙感數(shù)字圖像處理軟件

2.Envi：由美國RSI公司開發(fā)，ENVI是遙感專家利用IDL，將最新的遙感技術(shù)研究成果與應(yīng)用相結(jié)合所開發(fā)的商業(yè)遙感軟件，它不僅簡單易用、功能全面，而且針對(duì)具體應(yīng)用的特殊要求，用戶可以利用IDL簡單快速地增加自己的功能而無須熟悉計(jì)算機(jī)語言。目前最新版本為4.2。

四遙感圖像處理軟件林業(yè)遙感教學(xué)組遙感數(shù)字圖像處理軟件四遙感圖像處理軟件林業(yè)遙感教學(xué)組20遙感數(shù)字圖像處理軟件

3.Erdas：

美國Leica公司開發(fā)的遙感圖像處理系統(tǒng)，應(yīng)用廣泛。目前最新版本為8.7。四遙感圖像處理軟件林業(yè)遙感教學(xué)組遙感數(shù)字圖像處理軟件四遙感圖像處理軟件林業(yè)遙感教學(xué)組21圖像校正概念消除遙感圖像因輻射度失真、大氣消光和幾何畸變等造成的圖像質(zhì)量的衰減，包括輻射校正、大氣校正和幾何校正。①輻射校正：指消除圖像中由傳感器、太陽高度及地形引起的依附在輻射亮度里的各種失真過程；②大氣校正：指消除由大氣的吸收、散射等引起失真的輻射校正；③幾何校正：指糾正由系統(tǒng)或非系統(tǒng)因素引起的圖像變形，包括幾何粗校正和幾何精校正

。五數(shù)字圖像校正林業(yè)遙感教學(xué)組圖像校正概念五數(shù)字圖像校正林業(yè)遙感教學(xué)組22圖像校正的方法

1.

輻射校正：一是分析輻射失真的過程，建立輻射失真的數(shù)學(xué)模型，然后對(duì)此數(shù)學(xué)模型求逆過程，用此逆過程求得遙感圖像失真前的圖像；二是利用實(shí)地測(cè)量的地物的真實(shí)輻射值，尋找實(shí)測(cè)值與失真之后的圖像之間的經(jīng)驗(yàn)函數(shù)關(guān)系，從而得到輻射校正的方法。

2.

大氣校正：一類為基于理論模型的方法，該方法必須建立大氣輻射傳遞方程，在此基礎(chǔ)上近似地求解；另一類方法為基于經(jīng)驗(yàn)或統(tǒng)計(jì)的方法，如回歸分析方法。五數(shù)字圖像校正林業(yè)遙感教學(xué)組圖像校正的方法五數(shù)字圖像校正林業(yè)遙感教學(xué)組23圖像校正的方法

3.

幾何粗校正：一般地面站提供的遙感圖像數(shù)據(jù)都已經(jīng)處理過了。

4.

幾何精校正：通過對(duì)遙感圖像上的各種畸變用適合的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬，建立原始圖像和標(biāo)準(zhǔn)空間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，把畸變空間的元素變換到標(biāo)準(zhǔn)空間中去。五數(shù)字圖像校正林業(yè)遙感教學(xué)組圖像校正的方法五數(shù)字圖像校正林業(yè)遙感教學(xué)組24圖像幾何精校正實(shí)例五數(shù)字圖像校正林業(yè)遙感教學(xué)組圖像幾何精校正實(shí)例五數(shù)字圖像校正林業(yè)遙感教學(xué)組25高分辨率圖像幾何精校正過程

——以GPS控制測(cè)量為例

利用GPS測(cè)量精度高的特點(diǎn)，測(cè)量遙感數(shù)字圖像上一定數(shù)量點(diǎn)的坐標(biāo)，將其作為控制點(diǎn)（GroundControlPoints,GCP）對(duì)影像進(jìn)行精校正。五數(shù)字圖像校正林業(yè)遙感教學(xué)組高分辨率圖像幾何精校正過程利用GPS測(cè)量精26

⊙首先，根據(jù)遙感影像精校正的要求設(shè)置控制點(diǎn)（GCP）；⊙其次，在GCP中加入至少3個(gè)已知點(diǎn)，根據(jù)GPS儀器的數(shù)量設(shè)置測(cè)量方案，野外測(cè)量；⊙第三，內(nèi)業(yè)解算測(cè)量結(jié)果；

⊙第四，利用控制點(diǎn)對(duì)遙感影像進(jìn)行精校正。高分辨率圖像幾何精校正過程五數(shù)字圖像校正林業(yè)遙感教學(xué)組⊙首先，根據(jù)遙感影像精校正的要求設(shè)置控制點(diǎn)（27控制點(diǎn)（GCP）在QuickBird影像上的分布圖

GCP需滿足的條件⊙首先，分布均勻；⊙其次，滿足軟件中校正方法所要求的最少GCP個(gè)數(shù)；⊙第三，能夠精確定位——圖上與實(shí)地一一對(duì)應(yīng)；⊙第四，各控制點(diǎn)的均方根誤差（RMS）必需控制在一個(gè)像元以內(nèi)

。林業(yè)遙感教學(xué)組控制點(diǎn)（GCP）在QuickBird影像上的分布圖28

⊙首先，引入已知點(diǎn)（通常為國家一等或二等水準(zhǔn)控制點(diǎn)），作為解算GCP的基準(zhǔn)（兩個(gè)）和結(jié)果驗(yàn)證（一個(gè)）；⊙其次，為保證GPS網(wǎng)平差后坐標(biāo)精度的均勻性以及減少尺度比誤差，起算點(diǎn)盡量構(gòu)成長邊圖形；⊙第三，網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)化。GPS測(cè)量網(wǎng)的布設(shè)五數(shù)字圖像校正林業(yè)遙感教學(xué)組⊙首先，引入已知點(diǎn)（通常為國家一等或二等水準(zhǔn)29GPS測(cè)量網(wǎng)在QuickBird影像上的分布圖林業(yè)遙感教學(xué)組GPS測(cè)量網(wǎng)在QuickBird影像上的分布圖林業(yè)遙感教學(xué)組30外業(yè)測(cè)量安置GPS儀天線定向林業(yè)遙感教學(xué)組外業(yè)測(cè)量安置GPS儀天線定向林業(yè)遙感教學(xué)組31GPS外業(yè)測(cè)量注意事項(xiàng)

觀測(cè)組各接收機(jī)應(yīng)嚴(yán)格按調(diào)度表規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行作業(yè)，確保同步觀測(cè)同一組衛(wèi)星。當(dāng)情況有變化需要修改調(diào)度計(jì)劃時(shí)，應(yīng)經(jīng)作業(yè)隊(duì)負(fù)責(zé)人同意，并將調(diào)整后的調(diào)度計(jì)劃公告各觀測(cè)組，觀測(cè)組不得擅自更改計(jì)劃；在一個(gè)時(shí)段觀測(cè)過程中，接收機(jī)不得關(guān)閉又重新啟動(dòng)；不得進(jìn)行自測(cè)試（發(fā)現(xiàn)故障除外）；不準(zhǔn)改變衛(wèi)星高度角；不準(zhǔn)改變天線位置；不準(zhǔn)改變數(shù)據(jù)采樣間隔；不準(zhǔn)按動(dòng)關(guān)閉文件和刪除文體等功能鍵；不準(zhǔn)阻擋衛(wèi)星信號(hào)；觀測(cè)員不準(zhǔn)擅自離開測(cè)站，以防儀器受震動(dòng)或被移動(dòng)，防止人或其他物體靠近天線；

在觀測(cè)過程中，不應(yīng)在接收機(jī)近旁使用對(duì)講機(jī)；在雷雨過境時(shí)應(yīng)暫時(shí)關(guān)機(jī)停測(cè)，并卸下天線以防雷擊；

觀測(cè)中應(yīng)保證接收機(jī)工作正常，數(shù)據(jù)記錄正確，經(jīng)檢查所有作業(yè)項(xiàng)目均按規(guī)定完成并符合要求，方可遷站；

每天觀測(cè)結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到計(jì)算機(jī)硬軟盤上，確保觀測(cè)數(shù)據(jù)不丟失。林業(yè)遙感教學(xué)組GPS外業(yè)測(cè)量注意事項(xiàng)觀測(cè)組各接收機(jī)應(yīng)嚴(yán)格按調(diào)度表32GPS外業(yè)測(cè)量手薄觀測(cè)者姓名

日期

年

月

日測(cè)站名

測(cè)站號(hào)

時(shí)段號(hào)

天氣狀況

測(cè)站近似坐標(biāo)：經(jīng)度：E

°

′緯度：N

°

′高程：

（m）本測(cè)站為：□

新點(diǎn)□

等大地點(diǎn)□

等水準(zhǔn)點(diǎn)

記錄時(shí)間：□北京時(shí)間□UTC□區(qū)時(shí)開機(jī)時(shí)間：

結(jié)束時(shí)間

接收機(jī)號(hào)

天線號(hào)

天線高：（m）測(cè)后校核值

1.

2.

3.

平均值

天線高量取方式略圖

測(cè)站略圖及障礙物情況觀測(cè)狀況記錄1.電池電壓

(塊條)2.接收衛(wèi)星號(hào)

3.信噪比(SUR)

4.故障情況

5.備注

林業(yè)遙感教學(xué)組GPS外業(yè)測(cè)量手薄觀測(cè)者姓名33內(nèi)業(yè)解算步驟

⊙首先，從GPS測(cè)量儀中下載測(cè)量數(shù)據(jù)；⊙其次，在解算軟件中進(jìn)行各種處理，包括：基線解算、無約束平差、二維約束平差、三維約束平差；⊙第三，坐標(biāo)換算。林業(yè)遙感教學(xué)組內(nèi)業(yè)解算步驟⊙首先，從GPS測(cè)量儀中34內(nèi)業(yè)解算軟件林業(yè)遙感教學(xué)組內(nèi)業(yè)解算軟件林業(yè)遙感教學(xué)組35解算結(jié)果林業(yè)遙感教學(xué)組解算結(jié)果林業(yè)遙感教學(xué)組36噪聲的消除

1.

噪聲產(chǎn)生的原因探測(cè)器的周期性偏移或探測(cè)器的故障、傳感器元件間的電子干擾或源于數(shù)據(jù)在傳播與記錄過程中的斷斷續(xù)續(xù)的“打嗝聲”。

2.

消除方式應(yīng)用直方圖恢復(fù)、像元均值處理、3×3鄰近像元算法。六數(shù)字圖像恢復(fù)林業(yè)遙感教學(xué)組噪聲的消除六數(shù)字圖像恢復(fù)林業(yè)遙感教學(xué)組37噪聲消除前林業(yè)遙感教學(xué)組噪聲消除后噪聲消除前林業(yè)遙感教學(xué)組噪聲消除后38圖像鑲嵌的概念將具有重疊部分的圖像通過裁剪、色調(diào)調(diào)整、統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)后拼接制作成一幅沒有重疊區(qū)域的新圖的過程。

七數(shù)字圖像鑲嵌林業(yè)遙感教學(xué)組圖像鑲嵌的概念七數(shù)字圖像鑲嵌林業(yè)遙感教學(xué)組39遙感數(shù)字圖像鑲嵌實(shí)例鑲嵌前鑲嵌后林業(yè)遙感教學(xué)組遙感數(shù)字圖像鑲嵌實(shí)例鑲嵌前鑲嵌后林業(yè)遙感教學(xué)組40遙感數(shù)字圖像鑲嵌實(shí)例林業(yè)遙感教學(xué)組遙感數(shù)字圖像鑲嵌實(shí)例林業(yè)遙感教學(xué)組41八圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng)的概念通過增加圖像中各特征在外觀上的反差性能，突出相關(guān)的專題信息，從而提高圖像的視覺效果，以利于目視解譯和提取定量化信息。林業(yè)遙感教學(xué)組八圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng)的概念林業(yè)遙感教學(xué)組42常用的圖像增強(qiáng)方法

1.反差增強(qiáng):包括灰度級(jí)閾值、密度（或灰度）分割和反差拉伸；2.空間特征增強(qiáng):包括空間濾波（低通濾波和高通濾波）、邊緣增強(qiáng)

；3.彩色增強(qiáng):包括彩色合成和假彩色密度分割

。八圖像增強(qiáng)林業(yè)遙感教學(xué)組常用的圖像增強(qiáng)方法八圖像增強(qiáng)林業(yè)遙感教學(xué)組43反差增強(qiáng)前反差增強(qiáng)后遙感數(shù)字圖像增強(qiáng)實(shí)例（反差增強(qiáng)）林業(yè)遙感教學(xué)組反差增強(qiáng)前44遙感數(shù)字圖像增強(qiáng)實(shí)例（假彩色密度分割）

分割后林業(yè)遙感教學(xué)組遙感數(shù)字圖像增強(qiáng)實(shí)例（假彩色密度分割）分割后林業(yè)遙感教學(xué)組45遙感數(shù)字圖像增強(qiáng)實(shí)例（空間濾波）高通濾波

低通濾波林業(yè)遙感教學(xué)組遙感數(shù)字圖像增強(qiáng)實(shí)例（空間濾波）高通濾波低通濾波林業(yè)遙感教46遙感數(shù)字圖像增強(qiáng)實(shí)例（TM彩色合成）

Band1真彩色321Band3假彩色432Band7假彩色741多波段數(shù)據(jù)林業(yè)遙感教學(xué)組遙感數(shù)字圖像增強(qiáng)實(shí)例（TM彩色合成）多波段數(shù)據(jù)林業(yè)遙感教學(xué)組47概念將圖像從一種空間域轉(zhuǎn)換到另一種域，利用這種域的特性來快速、方便地處理或分析圖像，這樣不僅可減少計(jì)算量，而且可獲得更有效的處理，有時(shí)處理結(jié)果需要再轉(zhuǎn)換到空間域，這種轉(zhuǎn)換過程稱為圖像變換。九圖像變換林業(yè)遙感教學(xué)組概念九圖像變換林業(yè)遙感教學(xué)組48常用