遙感圖像處理第1章緒論

遙感圖像處理遙感學(xué)院祝善友

第1章緒論(2學(xué)時(shí))第2章遙感數(shù)字圖像的獲取與存儲(2學(xué)時(shí))第3章圖像顯示及統(tǒng)計(jì)評價(jià)(2學(xué)時(shí))第4章遙感數(shù)字圖像幾何校正(4學(xué)時(shí))第5章遙感數(shù)字圖像輻射校正(4學(xué)時(shí))第6章遙感數(shù)字圖像增強(qiáng)-光譜變換(6學(xué)時(shí))第7章遙感數(shù)字圖像增強(qiáng)-空間增強(qiáng)(6學(xué)時(shí))第8章遙感數(shù)字圖像分類(8學(xué)時(shí))

2理論課程內(nèi)容遙感圖像處理軟件系統(tǒng)（1學(xué)時(shí)）遙感圖像統(tǒng)計(jì)評價(jià)（2學(xué)時(shí)）遙感圖像幾何校正（2學(xué)時(shí)）遙感圖像輻射校正（2學(xué)時(shí)）遙感圖像增強(qiáng)處理1（2學(xué)時(shí)）遙感圖像增強(qiáng)處理2（2學(xué)時(shí)）遙感圖像分類（4學(xué)時(shí)）數(shù)字圖像GIS分析

（2學(xué)時(shí)）3實(shí)習(xí)內(nèi)容實(shí)習(xí)時(shí)間周二（1-2節(jié)）：12、14、15周

周三（3-4節(jié)）：4、6、8、10、14、16周實(shí)習(xí)地點(diǎn)北辰樓遙感圖像處理實(shí)驗(yàn)室4實(shí)習(xí)時(shí)間與地點(diǎn)1.1圖像處理概述1.2遙感數(shù)字圖像1.3遙感數(shù)字圖像處理的基本概念1.4遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)5第1章緒論聽覺占20%（耳）視覺占60%（眼）其他（包括味覺、觸覺、嗅覺等）占20%（鼻、舌等）人類感知世界主要媒介語音和圖像71.1圖像處理概述

1.1.1什么是圖像

1.1.2圖像的分類1.1.3圖像的表征1.1.4圖像處理1.1.5數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容“圖”，就是物體透射或者反射光的分布；

“像”是人的視覺系統(tǒng)接收圖的信息而在大腦中形成的印象或認(rèn)識.1.1.1什么是圖像

是以不同形式和手段觀測客觀世界而獲得的可以直接或間接作用于人眼，進(jìn)而產(chǎn)生視覺的一種實(shí)體。

它是對客觀對象的一種相似性的描述或?qū)懻?，它包含了被描述或?qū)懻鎸ο蟮男畔ⅰ?圖像（image）1.1.1什么是圖像

可見圖像不可見圖像數(shù)字圖像(不可見)模擬(光學(xué))圖像(可見)單波段圖像多波段圖像靜態(tài)圖像動(dòng)態(tài)圖像人眼的視覺特點(diǎn)

圖像的明暗程度和空間坐標(biāo)的連續(xù)劃分

波段的數(shù)量

時(shí)間特性

1.1.2圖像的分類

2023/11/1011&數(shù)字圖形與數(shù)字圖像&數(shù)字圖形與數(shù)字圖像2023/11/1012圖像信息大致可以分為三類：符號（symbol）信息：用文字、符號、圖形表示的具體或抽象的事物，如電路圖、機(jī)械圖、地圖中的符號。景物信息：能夠使人產(chǎn)生主觀感覺，但不取決于人本身的客觀場景中包含的信息，如衛(wèi)星云圖中的氣旋。情緒（feeling）信息：依賴于觀察者，無法刻畫。131）圖像信息1.1.3圖像的表征

決定圖像的主要因素有四個(gè)，它們是：景物中各部分的幾何關(guān)系，可見表面的反射情況，場景的照明情況，觀察點(diǎn)。這個(gè)四個(gè)因素決定了圖像的光強(qiáng)度值。

142）光照模型

1.1.3圖像的表征

常用的數(shù)學(xué)表征法有兩種：確定性表示和統(tǒng)計(jì)性表示。

確定性表示法是用確定的數(shù)學(xué)形式表示圖像中每個(gè)像素點(diǎn)的性質(zhì)，對于數(shù)字圖像，則表示成矩陣或向量形式。一幅圖像記錄的是物體輻射能量的空間分布，這一分布既是空間點(diǎn)（x,y,z）的函數(shù)，也是光波長λ的函數(shù)，對于動(dòng)態(tài)圖像，還是時(shí)間t的函數(shù)。因此，圖像函數(shù)是一個(gè)五維函數(shù)，可表示為：I=f(x,y,z,λ,t)這就是圖像的亮度函數(shù)。其中：x,y,z是空間坐標(biāo)，λ是波長，t是時(shí)間，I是像素點(diǎn)的強(qiáng)度。

153)亮度函數(shù)

1.1.3圖像的表征

對于平面上靜止的單色圖像來說，其數(shù)學(xué)表達(dá)式可簡化為：I=f(x,y)式中f(x,y)稱為二維亮度函數(shù)，把整個(gè)陣列稱為圖像。

3)亮度函數(shù)

1.1.3圖像的表征

統(tǒng)計(jì)性表示法用統(tǒng)計(jì)平均參數(shù)反映圖像的特性。由于測量上的誤差以及各種干擾因素存在，采集到的圖像像素的量度數(shù)值可以認(rèn)為是具有隨機(jī)性的。例如在遙感圖像中，目前多數(shù)人認(rèn)為某一量度間隔內(nèi)像素出現(xiàn)的頻率是按高斯分布的，即亮度的密度函數(shù)是高斯型。

3)亮度函數(shù)

1.1.3圖像的表征

模擬圖像處理（AnalogImageProcessing）包括光學(xué)處理（圖像處理的起源）和電子處理。

“數(shù)字圖像處理”（DigitalImageProcessing）：通常是指由數(shù)字計(jì)算機(jī)進(jìn)行的二維圖像處理。1.1.4圖像處理1）圖像信息的獲取2）圖像信息的存儲3）圖像信息的傳輸4）圖像信息的處理5）圖像信息的顯示1.1.5數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容①幾何處理②算術(shù)處理③圖像增強(qiáng)④圖像復(fù)原⑤圖像重建⑥圖像編碼⑦圖像識別⑧圖像理解1.1圖像處理概述1.2遙感數(shù)字圖像1.3遙感數(shù)字圖像處理的基本概念1.4遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)20第1章緒論遙感技術(shù)系統(tǒng)是人類在模擬人的視覺系統(tǒng)基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的高科技觀測系統(tǒng)。遙感圖像實(shí)質(zhì)上是一幅反映地物目標(biāo)電磁輻射特性的能量分布圖。這種能量分布在空間上和時(shí)間上都是連續(xù)的，并與地物目標(biāo)的平面坐標(biāo)（X,Y）,電磁波長（λ）和成像時(shí)間（t）等因素有關(guān)。

1.2遙感數(shù)字圖像

遙感圖像是地物電磁波特征的實(shí)時(shí)記錄。人們可以根據(jù)圖像上記錄的影像特征（包含地物的光譜特征、空間和時(shí)間特征等），來推斷地物的電磁波性質(zhì)。不同地物的這些特征和性質(zhì)不同，在圖像上的表現(xiàn)也不同。遙感圖像的解譯過程是遙感成像過程的逆過程。即從遙感對地面實(shí)況的模擬影像中提取遙感信息、反演地面原型的過程。221.2遙感數(shù)字圖像

23遙感中，傳感器所接收的通常是電磁波的強(qiáng)度信息，通過量化，以數(shù)據(jù)形式記錄下來。該數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換，可以反射率表示：由上式可以看出，遙感數(shù)據(jù)是波長

、空間位置s、時(shí)間t、觀測方向

和偏振狀態(tài)p的函數(shù)。由此我們可以定義遙感數(shù)據(jù)的五種基本特征，即光譜特征、空間特征、時(shí)間特征、角度特征和偏振特征。1.2遙感數(shù)字圖像

遙感數(shù)據(jù)的特征24數(shù)字圖像的表示方法

矩陣中每一個(gè)元素都是離散值，稱為像素（或像元），每個(gè)像素都一數(shù)字表示，稱為像素的亮度值（或灰度值）。1.2遙感數(shù)字圖像

遙感數(shù)字圖像：是指數(shù)字形式表達(dá)的遙感影像，最基本單元是像素，每個(gè)像素具有空間位置特征和屬性特征?？臻g位置特征：是用離散的X值和Y值來表示；屬性特征：常用亮度值表示。251.2遙感數(shù)字圖像

表征屬性特征的亮度值：亮度值大小由傳感器所探測到的電磁輻射強(qiáng)度決定不同圖像相同地點(diǎn)的亮度值不同入射到傳感器中的電磁波被探測元件轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，成為絕對輻射亮度值R。為了便于應(yīng)用R又被轉(zhuǎn)換為能夠表征地物的輻射亮度相對值V。1.2遙感數(shù)字圖像

舉例：

絕對輻射亮度值R與地物的輻射亮度相對值V,兩者關(guān)系如下：R=V*（Rmax-Rmin）/Dmax+RminRmax為探測器可檢測到的最大輻射亮度；Rmin為探測器可檢測到的最小輻射亮度；Dmax為級數(shù)；R為輻射亮度值；V為像素表征的地物輻射亮度的相對值。1.2遙感數(shù)字圖像

1.1圖像處理概述1.2遙感數(shù)字圖像1.3遙感數(shù)字圖像處理的基本概念1.4遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)28第1章緒論對遙感圖像進(jìn)行一系列的操作，以求達(dá)到預(yù)期目的的技術(shù)稱作遙感圖像處理。利用計(jì)算機(jī)對遙感數(shù)字圖像進(jìn)行一系列操作，從而獲得某種預(yù)期結(jié)果的技術(shù)，稱為遙感數(shù)字圖像處理。

1.3遙感數(shù)字圖像處理的基本概念遙感數(shù)字圖像處理，根據(jù)抽象程度不同可分為三個(gè)層次：狹義的圖像處理、圖像分析和圖像解譯。狹義的圖像處理著重強(qiáng)調(diào)在圖像之間進(jìn)行變換，是從一個(gè)圖像到另外一個(gè)圖像的過程。主要是對圖像進(jìn)行各種操作以改善圖像的視覺效果，或校正圖像誤差，或?qū)D像進(jìn)行壓縮編碼，以減少所需存儲空間或傳輸時(shí)間。

1.3遙感數(shù)字圖像處理的基本概念圖像分析主要是對圖像中感興趣的目標(biāo)進(jìn)行檢測和量測，從而建立對圖像的描述。圖像分析是從一個(gè)圖像到數(shù)值或符號表示的過程。圖像解譯是進(jìn)一步研究圖像中各目標(biāo)物的性質(zhì)、特征和它們之間的相互關(guān)系。并得出對圖像內(nèi)容的理解以及對原來地面客觀地物、場景的解譯，從而為生產(chǎn)、科研提供真實(shí)的、全面的客觀世界方面的信息。圖像理解是借助知識、經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行遙感圖像的解譯過程。

1.3遙感數(shù)字圖像處理的基本概念1）圖像校正（與恢復(fù)）：幾何處理、圖像復(fù)原（去噪，去模糊）2）圖像轉(zhuǎn)換：

光譜變換（KL、KT、代數(shù)運(yùn)算）、彩色變換、傅立葉變換3）圖像增強(qiáng)：空間域增強(qiáng)、頻率域增強(qiáng)、輻射增強(qiáng)、光譜增強(qiáng)（包括彩色增強(qiáng)、光譜變換）、4）多源信息復(fù)合5）計(jì)算機(jī)解譯1.3遙感數(shù)字圖像處理的基本概念遙感數(shù)字圖像處理的內(nèi)容1.1圖像處理概述1.2遙感數(shù)字圖像1.3遙感數(shù)字圖像處理的基本概念1.4遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)33第1章緒論1.4.1遙感數(shù)字圖像處理硬件系統(tǒng)

1.4.2遙感數(shù)字圖像處理軟件系統(tǒng)1.4.3幾種通用遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)

341.4遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)數(shù)字化器：傳感器、數(shù)碼相機(jī)、掃描儀等大容量存儲器：顯示和輸出設(shè)備：操作臺：

351.4.1遙感數(shù)字圖像處理硬件系統(tǒng)包括圖像處理系統(tǒng)軟件和圖像處理應(yīng)用軟件。

361.4.2遙感數(shù)字圖像處理軟件系統(tǒng)1)ENVI2)ERDAS3)PCI4)ERMAPPER371.4.3幾種通用遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)

381)ENVIENVI是基于IDL（InteractiveDataLanguage）開發(fā)的，由于IDL在科學(xué)計(jì)算與可視化方面的優(yōu)勢，所以其二次開發(fā)功能強(qiáng)大。ENVI在圖象處理中是基于波段的，各個(gè)波段可以是不同的數(shù)據(jù)類型。ENVI最具特色的是其強(qiáng)大的高光譜分析功能，不僅提供了較多的光譜庫，還提供了極為豐富的定量分析工具。

ENVI(TheEnvironmentForVisualizingImages)是由美國ResearchSystems,Inc（并入上市公司ITT公司）開發(fā)的一套功能齊全的遙感圖像處理系統(tǒng)，其目的是實(shí)現(xiàn)遙感地物識別定量，可處理分析并顯示多光譜數(shù)據(jù)、高光譜數(shù)據(jù)和雷達(dá)數(shù)據(jù)，主要面向高端用戶，多用于教學(xué)與科研中，與PCI、ERDAS等并稱為三大遙感圖像處理軟件。ENVI包含所有基本的遙感影像處理功能，且具有強(qiáng)大的二次開發(fā)工具—IDL，可擴(kuò)展性較強(qiáng)。文件基本操作基本工具分類轉(zhuǎn)換濾波光譜操作地圖工具矢量處理地形分析雷達(dá)工具窗口操作幫助402)ERDAS

IMAGINEERDAS是美國亞特蘭大ERDAS（EarthResourceDataAnalysisSystem）公司集遙感和GIS于一身的軟件包。ERDAS的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了高度的模塊化，主要模塊有核心模塊、圖像處理模塊、地形分析模塊、數(shù)字化模塊、掃描儀模塊、柵格GIS模塊、硬拷貝模塊、磁帶機(jī)模塊。其中圖像處理模塊又包括增強(qiáng)模塊、預(yù)分類模塊、分類模塊、分類后處理模塊、輻射度糾正模塊、幾何糾正模塊。ERDAS是以模塊化的方式提供給用戶的，可使用戶根據(jù)自已的應(yīng)用要求、資金情況合理地選擇不同功能模塊及其不同組合，對系統(tǒng)進(jìn)行剪裁，充分利用軟硬件資源，并最大限度地滿足用戶的專業(yè)應(yīng)用要求。413)PCIGeomaticaPCI是加拿大PCI公司的產(chǎn)品，可進(jìn)行遙感圖像的處理，也可應(yīng)用于地球物理數(shù)據(jù)圖像、醫(yī)學(xué)圖像、雷達(dá)數(shù)據(jù)圖像、光學(xué)圖像的處理，并能夠進(jìn)行分析、制圖等工作。PCI擁有最齊全的功能模塊：常規(guī)處理模塊、幾何校正、大氣校正、多光譜分析、高光譜分析、攝影測量、雷達(dá)成像系統(tǒng)、雷達(dá)分析、極化雷達(dá)分析、干涉雷達(dá)分析、地形地貌分析、矢量應(yīng)用、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)