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1、第一章数字图像处理基础1数字图像处理：将图像转换成一个数字矩阵存放在图像存储器中，然后利用计算机对图像信息进行数字运算和处理，以提高图像质量或者提取所需要的信息2数字图像获取：把客观场景发射或者发射的电磁波信息首先利用光学成像系统生成一副模拟图像，然后通过模数转换将模拟图像转换为计算机可以存储的离散化数字图像。3采样：即图像空间坐标或位置的离散化，也就是把模拟图像划分为若干图像元素，兵赋予它们唯一的地址。；离散化的小区域就是数字图像的基本单元，称为像元也称像素。量化：即电磁辐射能量的离散化，也就是把像元内的连续辐射亮度中离散的数字值来表示，这些离散的数字值也称灰度值，因为它们代表了图像上不同的
2、亮暗水平。4遥感数字图像获取特征参数质量特征：空间分辨率：数字图像上能被详细区分的最小单元的尺寸或大小辐射分辨率 传感器探测原件在接受光谱信号时，所能分辨的最小辐射度差信息量特征：光谱分辨率：传感器探测元件在接收目标地物辐射能量时所用的波段数目时间分辨率：对同一区域进行重复观测的最小时间间隔。5模拟图像：在图像处理中通过某种物理量的强弱变化来记录图像亮度信息的图像6数字图像：把连续的模拟图像离散化成规则网格并用计算机以数字的模式记录图像上各网格点亮度信息的图像7数字图像特性：空间分布特性：1空间位置：数字图像以二维矩阵的结构的数据来描述物体，矩阵按照行列的顺序定位数据，所以物体的位置也是用行列
3、号表示。2形状：点状线状和面状3大小：线状物体的长度或面状物体的面积，表现为像元的集聚数量4空间关系：包含，相邻，相离三种拓扑关系数值统计特性：对图像的灰度分布进行统计分析。图像的灰度直方图：用来描述一幅数字图像的灰度分布，横坐标为灰度级，纵坐标为灰度级在图中出现8直方图的用途：1图像获取质量评价2边界阙值的选择3噪声类型的判断9遥感数字图像的输出特征参数： 1输出分辨率：屏幕分辨率和打印的分辨率2灰度分辨率：指输出设备能区分的最小灰度差 3颜色空间模型：RGB模型CMYK模型 HSI颜色模型10数字图像种类：1.黑白图像：二值数字图像，0表示黑色 1表示白色；2.灰度图像：单波段图像每个像元
4、的灰度值的取值范围由灰度量决定;3.伪彩色图像：把单波段图像的各灰度值按照一定规则映射到颜色空间中某一对应颜色;4.彩色图像：由红绿蓝3个颜色通道的数字层组成的图像第2章 数字图像存储1比特序：一个字节中8个比特的存储顺序称为比特序。CPU存储一个字节的数据时有两种比特序：1大端：将高比特位（逻辑上的高数据位）存储在低比特地址*（物理上的存储地址）2小端：将高比特位存储在高比特地址2图像文件存储的基本信息：元文件：图像的解码信息单独存放，称为元文件或头文件。文件头：解码信息与数据内容封装在同一文件中，其常位于文件的起始位置。a.图像文件的头信息通常包括：解码顺序（字节序，大端解码表示大字节序。
5、从小端解码表示小节字序）;b.图像的行数和列数（构成图像的像元行数和列数，确定图像的空间范围大小）;c.图像的数据类型;d.图像的波段数;e.图像的偏移量（图像数据存储的起始位置距离图像文件起始位置偏移的字节数）3多波段数据存储方式：BSQ（按波段顺序存储）BIP（按波段像元交叉存储）BIL（按行交叉存储）BSQ：适合读取单个波段的数据，波普处理的能力较弱 （最佳的空间处理能力）BIP：适合读取光谱剖面数据，打破了像素空间位置的连续性（最佳的波普处理能力）BIL：介于空间处理和光谱处理之间的一种折中存储格式4常见图像文件的存储格式：TIFF GeoTiff HDF HDF-EOF IMG第三章
6、空间域处理方法1数值运算：指遥感图像波段内各个像元灰度值以及波段间的各个像元灰度值进行加减，乘除等数学运算2集合运算：指同一图像以及不同图像进行的求子集求并集等集合的基本运算。3逻辑运算:对称布尔运算，逻辑常量只有两个既0.1用来表示两个对立的关系真与假。4数学形态学：以形态为基础对图像进行分析的数学工具。数值运算包括单波段运算和多波段运算：单波段运算：1点运算：对单幅图像像元的逐像元值运算；2.领域运算输出图像中每个象元灰度值是有输入像元及其邻域内内的像元灰度值共同决定的运算。多波段运算：1代数运算：对多幅输出入图像进行的像元对像元的数学运算：2.剖面运算：对多波段图像像元构成的剖面进行的波
7、段间的数值运算领域运算I滑动窗口：在进行邻域运算时，邻域窗口逐像元移动既每次移动的步长为一个像元。II跳跃窗口：如邻域窗口进行邻域运算时，以其窗口大小为步长进行的移动；III卷积运算：将模板在输入图像中逐像元移动，每到一个位置就把模板的值与其对应的像元值进行乘积运算并求和从而得到输出图像对应于模板中心位置的像元灰度值；IV邻域统计：多样性，密度，众数，少数，求和，均值，标准差，最大值，最小值，秩集合运算：空间操作，波段操作空间操作：1.图像裁剪：目的，保留需研究的部分将研究区以外部分去除：2.图像镶嵌：在统一坐标系下，把多景相邻遥感图像拼接成一幅大范围无缝的图像。波段操作：.波段提取：从一个多
8、波段的图像中提取某一特定波段作为一个独立的文件：波段叠加：将同一地理范围不同波段的文件合并为一个多波段文件。镶嵌的要点：1尽量选择相同的颜色和质地，将镶嵌的图像在重叠区应具有相似的色调，纹理等2.缝合线尽量选择在布料不同颜色或图案的交界处以减少违和感3.拼接线两边的色调差异大，需考虑对拼接线两边附近的图像做匀色处理。腐蚀：是一种消除边界点，使边界向内部收缩的过程，可以用来消除小且无意义的目标物。膨胀：将目标区域接触的背景点合并到该目标物中，使目标边界向外部扩张的处理。开运算：先腐蚀再膨胀 ；闭运算：先膨胀再腐蚀第四章变换域处理方法1常见的图像变换算法：特征分析，频率域，颜色空间基于特征分析的变
9、换：主成分分析，最小噪声分离，缨帽变换，独立成分分析频率域变换：傅里叶变换，小波变换.颜色空间变换：HIS，RGB，CMYK2主成分分析PCA：通过正交变换将一组可能相关的变量转换到一组线性不相关的变量的统计分析的过程图像压缩，去噪，增强，融合，特征提取目的：让保留下来的维度之间的相关性尽可能小，让让保留下来的维度方差尽可能大。去除波段间的多余信息，把原有波段中的有用信息集中列数数目尽可能少的主成分中，并使这些主成分图像间互不相关，各个主成分保函的信息内容不重叠，从而大大减少总的数据量3最小噪声分离变换MNF变换：各分量按照信噪比从大到小排列4缨帽变换：基于图像物理特征的固定变换，硬毛变换后坐
10、标不是指向主成分方向，而是指向与地面景物密切相关的方向，特别是与植物生长过程和土壤深度有关。缨帽变换主要用于特征提取，四个分量：第一分量为亮度值，反映地物总体反射率的综合效果；第二分量为绿度指数，与地面植被覆盖，叶面积指数及生物量相关性很大;第三分量为湿度指数，反映地面水分条件，尤其为土壤湿度条件；其他分量为黄度指数和噪声。5独立成分分析ICA：线性变换，把多光谱或高光谱遥感数据转换成互相独立的部分。ICA算法：信息最大化法，最大似然估计，最小化互信息法等6傅里叶变换：傅里叶级数，任何连续周期信号可以由一组适当的正弦曲线组合而成。傅立叶变换物理意义 ：将原来难以处理的时域信号换成易于分析的频域
11、信号，还可以通过反傅立叶变换把频域信号恢复成时域信号。傅立叶变换局限性：1.傅里叶变换系数均是常数，不随时间变化，因此傅里叶变换只能处理频谱成分不变的平稳信号，而在处理非平稳信号时会带来很大的误差不易于处理非平稳信号2.傅里叶变换存在时域和频域的局部矛盾。7小波变换：用由零开始由零结束，中间为一段震荡的波用小波信号表示。它是一种能量在时域非常集中的波。适用于大部分信号，尤其是瞬时信号，他针对绝大部分信号的压缩，去噪检测效果都特别好。8颜色空间变换：1.HIS:色调饱和度亮度 2.RGB:红绿蓝3.CMYK;印刷三原色：青色品红色黄色第五章辐射校正 1辐射畸变：遥感传感器在接收来自地面目标物的电
12、磁波辐射能量时。受遥感传感器本身特性，大气作用以及地物光照条件等影响，致使遥感传感器的探测值与地物实际的光谱辐射值不一致，遥感图像产生的辐射误差（即灰度失真）称为辐射畸变。辐射矫正：消减或修正因辐射误差而引起的畸变，这一过程称为辐射矫正。辐射定标：将传感器记录的DN值转化为入瞳外的辐射宽度值或反射率的这个过程2. 遥感传感器入瞳处的太阳辐射能量主要来自3部分：目标物反射，大气散射，近邻反射a地面目标物的直接反射此部分辐射能量在太阳光入射到地面的经地面反射的过程中投到大气成分的吸入和散射而减小b大气成分和气溶胶对太阳辐射的散射（大气程散射）在到达地面之前被散射而进入传感器c地面目标物周边背景的邻
13、近反射3. 大气校正：通过消除大气散射，吸收对太阳辐射的影响，将大气顶层辐射亮度值或反射率转化为地表辐射亮度值或地表反射率，这个过程称为大气校正4. 辐射度：指单位时间内大单位面积上通过的辐射通量5. 朗伯面：属于漫反射面，当入射幅照度一定是，任何角度观测的反射亮度都是一个常数6. 根据获取定标参数的时间和地点不同可以将辐射定标分为三类a受射前的实验室定标b基于星载定标器的星上定标c发射后的场地定标7. 绝对大气校正：将遥感图像的DN值转换为地表反射率或地表辐射亮度相对大气校正：用DN值来表示地物反射率或反射辐射亮度的相对大小8. 统计模型：基于地表变量和遥感数据的相关关系而建立的，既可进行相
14、对大气校正又可进行实现绝对校正相对大气校正：1内部平均相对反射率法IARR：以整幅图像的平均辐射光谱之作为参考光谱，以计算每个像元的光谱曲线与参考光谱曲线的比值作为相对反射率，由此消除大气影响，亦可消除地形阴影的影响2平场域法FF：选择图像中块面积大亮度高，而光谱响应曲线变化平缓的区域建立平场域，利用该区域的平均光谱辐射值来模拟图像获取大气条件下的太阳光谱，将每个像元的辐射值与该区域平均光谱辐射值的比值作为地表反射率，用以消除大气的影响3对数残差法LRC：目的为了消除光照及地形的影响绝对大气校正4经验线性法ELC:实测各定标点的地面反射光谱值，计算像元点的平均辐射光谱，利用线性回归建立反射光谱
15、与辐射光谱间的关系，计算线性方程的两个系数进行像元灰度的反射率反馈物理模型：1 6S模型：太阳第五与传感器之间的几何关系，大气模式，传感器的光谱特性，地表反射率2 MOPTRAN模型9.地形校正：基于DEM的地形矫正方法：朗伯体的反射率模型非朗伯体反射率模型和其他方法余弦校正法：斜面接受的辐射度与太阳入射角的余弦值程正比，同时考虑太阳天顶角对辐射的影响C矫正发：基于余弦校正在低太阳入射角地区出现过度校正现象，则引入半经验系数C第6章 几何校正 1几何略变：在遥感成像过程中，传感器生成的图像像元相对地面目标的实际位置发生了挤压，扭曲，拉伸和偏移问题，这一现象我们称为几何略变2造成遥感图像几何略变的因素：1传感器内部因素：透镜，图像投影面，探测元件排列2遥感平台因素：平台高度变化，速度变化，轨道偏移及姿态变化3地球因素：地球自转，地形起伏，地球曲率3几何校正：1几何精校正：根据产生畸变的原因，利用空间位置变化关系，采用计算公式和取得的辅助参数进行校正2几何精校正：在几何粗校正的基础上，使图像的几何位置符合某种地理坐标系统，与地图配准并调整亮度值，即利用地面控制点做的精密校正4几何配准：将不同时间，不同波段，不同传感器系统所获得的同一地球的图像经几何变换使同名像点在位置上和方位上完全重叠后的操作几何配准与几何校正的区别：几何校正注重的是数据本身的处理，目的是为了还原数据的真实
