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1、1遥感图像数字处理与分析赵银娣中国矿业大学环境与测绘学院参考教材编程实习参考书籍第一章 绪论一、数字图形与数字图像一、数字图形与数字图像 1.图形与图像 2.数字图像的表示二、模拟图像与数字图像 三、遥感数字图像 1.遥感图像模型 2.通用存储格式 3.数据产品级别 四、遥感图像数字处理与分析 1.图像处理 2.图像分析 3.图像理解数字图形与数字图像 计算机屏幕上显示出来的画面通常有两种描 述方法：一种为数字图形，另一种为数字图 像。 注意：图形、图像在存储结构和表示方法上 着根本的区别。 数字图形是矢量结构的画面存储形式，是由指 令集合组成的描述，这些指令描述构成一幅图 的所有直线、圆、圆
2、弧、矩形、曲线等的位 置、维数和大小、形状、颜色，显示时需要相 应的软件读取这些命令，并将其转变为屏幕上 所显示的形状和颜色，图形记录的主要内容是 坐标值或坐标值序列，对一般画面内容的颜色 或亮度隐含且统一地描述，因此，矢量结构显 式地表现画面内容的坐标值。2 数字图像是以栅格结构存储画面内容，栅格结构 将一幅图划分为均匀分布的栅格，每个栅格称为 像素，显式地记录每一像素的光度值(亮度或彩 色)，所有像素位置按规则方式排列，像素位置的 坐标值却是有规则地隐含。 图像由数字阵列信息组成，用以描述图像中各像 素点的强度与颜色，因此图像适合于表现含有大 量细节(如明暗变化、场景复杂和多种颜色等)的
3、画面，并可直接、快速地在屏幕上显示出来。图 像占用存储空间较大，一般需要进行数据压缩。颜色 色度学理论认为，任何颜色都可由红 (Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三种基本颜色按照不同的比例混合得到。红、绿、 蓝被称为三原色，简称RGB三原色。 因此，自然界的图像可用基于位置坐标 的三维函数来表示，即：数字图像的表示数字图像的矩阵表示在PC的显示系统中，显示的图像是由一个个像素组成的，每一个像素都 有自己的颜色属性，每一个像素的颜色由红，绿，蓝三原色组合而成。 数字图像是连续图像f(x，y)的一种近似表示，通常用由采样点的值所组 成的矩阵来表示: f(0，0) f(0，1)在PC的显示系
4、统中，显示的图像是由一个个像素组成的，每一个像素都 有自己的颜色属性，每一个像素的颜色由红，绿，蓝三原色组合而成。 数字图像是连续图像f(x，y)的一种近似表示，通常用由采样点的值所组 成的矩阵来表示: f(0，0) f(0，1). f(0，M-1)f(1，0) f(1，1). f(0，M-1)f(1，0) f(1，1). f(1，M-1)f(N-1，0) f(N-1，1). f(1，M-1)f(N-1，0) f(N-1，1). f(N-1，M-1) . f(N-1，M-1) 每一个采样单元叫做一个像素(pixel)，上式中，M、N分别为数字图像在 横、纵方向上的像素。在计算机内通常用二维数组
5、来表示数字图像的矩 阵。每一个采样单元叫做一个像素(pixel)，上式中，M、N分别为数字图像在 横、纵方向上的像素。在计算机内通常用二维数组来表示数字图像的矩 阵。数字图像的精度图像数字化的图像数字化的精度精度包括两个部分，即分辨率和颜色深度。包括两个部分，即分辨率和颜色深度。分辨率：有显示分辨率和图像分辨率。分辨率：有显示分辨率和图像分辨率。图像分辨率：是数字化图像时划分图像的像素密度，即单位长度内的 像素数，其单位是每英寸的点数DIP（Dots per Inche）。图像分辨率 说明了数字图像的实际精细度。图像分辨率：是数字化图像时划分图像的像素密度，即单位长度内的 像素数，其单位是每英
6、寸的点数DIP（Dots per Inche）。图像分辨率 说明了数字图像的实际精细度。显示分辨率：是把数字图像在输出设备（如显示屏或打印机等）上能 够显示的像素数目和所显示像素之间的点距。显示分辨率说明了数字 图像的表现精细度。显示分辨率：是把数字图像在输出设备（如显示屏或打印机等）上能 够显示的像素数目和所显示像素之间的点距。显示分辨率说明了数字 图像的表现精细度。具有不同的图像分辨率的数字图像在同一输出设备上的显示分辨率相 同。具有不同的图像分辨率的数字图像在同一输出设备上的显示分辨率相 同。颜色深度：是指表示每一像素的颜色值的二进制位数。颜色深度：是指表示每一像素的颜色值的二进制位数。
7、颜色深度越大 则能表示的像素的颜色数目越多颜色深度越大 则能表示的像素的颜色数目越多，它们之间的关系取决于数字图像采 用的颜色表示法。常用的颜色表示法有RGB、CMYK、YUV等。，它们之间的关系取决于数字图像采 用的颜色表示法。常用的颜色表示法有RGB、CMYK、YUV等。图像处理器存储模块图像处理器 缓冲存储器读数器彩色查找表CLUTR G BD/A转换器R G BCRT显示器视频图像的显示过程CRT阴极射线管(cathode-ray tube)颜色深度颜色深度的不同，就产生不同种类的图像文 件，在计算机中常使用如下类型的图像文件:?单色图像?灰度图像?伪彩色图像?24位真彩色图像3单色图
8、像：只有纯黑和纯白两色 单色图像的每一像素值具有如下特征：单色图像的每一像素值具有如下特征：1)图像中每一点的红、绿、蓝颜色分量值都相等，即:fred(x，y) =fgreen(x，y)=fblue(x，y)2)其值只有两个0或255。1)图像中每一点的红、绿、蓝颜色分量值都相等，即:fred(x，y) =fgreen(x，y)=fblue(x，y)2)其值只有两个0或255。 单色图像具有比较简单的格式，它一般由黑色区 域和白色区域组成，其典型图象格式就是直线图 和图表。一旦给定图象的大小，这种格式的内容 将十分紧凑.单色图像具有比较简单的格式，它一般由黑色区 域和白色区域组成，其典型图象格
9、式就是直线图 和图表。一旦给定图象的大小，这种格式的内容 将十分紧凑.灰度图像 灰度图象的每一象素值具有如下特征：1)图象中每一点都不是彩色的，即每一点的红绿蓝颜色分 量值都相等，即：灰度图象的每一象素值具有如下特征：1)图象中每一点都不是彩色的，即每一点的红绿蓝颜色分 量值都相等，即：fred(x，y) =fgreen(x，y)= fblue(x，y)fred(x，y) =fgreen(x，y)= fblue(x，y)2)其值范围从2)其值范围从02550255。 对于灰度图象，其f(x，y)表示(x，y)位置处的灰度值。对于灰度图象，其f(x，y)表示(x，y)位置处的灰度值。 在一些单色
10、照片中，经常要用灰度，才能准确的表达图象的 真实视觉效果，这种图象被称为灰度图象。当需要在不具备 真彩色支持的图象显示卡上显示原始真彩色图象时，一般都 要利用相应的灰度图象对其进行近似处理，因此灰度图象是 图象技术中涉及范围比较广泛的一种图象表示方法。在一些单色照片中，经常要用灰度，才能准确的表达图象的 真实视觉效果，这种图象被称为灰度图象。当需要在不具备 真彩色支持的图象显示卡上显示原始真彩色图象时，一般都 要利用相应的灰度图象对其进行近似处理，因此灰度图象是 图象技术中涉及范围比较广泛的一种图象表示方法。伪彩色图像 伪彩色图像与灰度图像相似，其存储文件中也带有 图像颜色表，伪彩色图像具有如
11、下特征：伪彩色图像与灰度图像相似，其存储文件中也带有 图像颜色表，伪彩色图像具有如下特征：1)图像颜色表中的红、绿、蓝颜色分量值不全相等，即：fred(x，y)fgreen(x，y) fblue(x，y)2)整幅图像仅有256种颜色，要表示256种不同的颜色，像素必须由8位组成，每个像素值不是由每个基色分量的数值直接决定，而是把像素值当作图像颜色表的表项入口地址。把具有256色的图像称为8位彩色图像。24位真彩色图像 具有全彩色照片表达能力的图像为24位彩色图像， 24位真彩 色图像存储文件中不带有图像颜色表，其具有如下特征：1)图像中每一像素由RGB三个分量组成，每个分量各占8位， 每个像素
12、需24位。2)f red(x，y)、f green(x，y)、f blue(x，y)取值范围为0255。 由于24位真彩色图像所需的存储空间很大，处理速度较慢， 当需要存储空间不大，并且要求实时快速处理图像时，一般 都要利用相应的8位位图对其进行近似处理，因此8位位图是 图像技术中涉及范围比较广泛的一种图像表示方法。第一章 绪论一、数字图形与数字图像 1.图形与图像 2.数字图像的表示二、模拟图像与数字图像二、模拟图像与数字图像 三、遥感数字图像 1.遥感图像模型 2.通用存储格式 3.数据产品级别 四、遥感图像数字处理与分析 1.图像处理 2.图像分析 3.图像理解 光学模拟图像连续的模拟变
13、量又称模拟图像，指空间坐标和明暗程度连贯变化 的、计算机无法直接处理的图像。 数字图像离散的数字变量数字图像指用计算机存储和处理的图像，是一种空间坐标和灰度均不连续，以离散数学原理表达的图 像。模拟图像与数字图像4 把模拟图像转变成数字图像，称为模/数转 换，记作A/D转换。 把数字图像转变成模拟图像称为数/模转换， 记作D/A转换。 数字图像最基本的单位是像素。像素是A/D转 换中的取样点，是计算机图像处理的最小单 元；每个像素具有特定的空间位置和属性特 征。模拟图像与数字图像的转换Analog to Digital Converter多个波段（38000）具有红、绿、蓝3个通道颜色没有特定
14、的规则，在处理中可以 根据需要通过合成产生一旦获取照片，颜色就是确定的可以是电磁光谱的任意范围摄影受电磁光谱的成像范围限制每个点都有确定的数字编号任何点都没有编号0是数值，不表示没有数据0表示没有数据可能会观察到扫描行没有扫描行具有行和列没有行列结构基本构成单位是像素没有像素通过扫描/摄影方式产生通过摄影系统产生来自于数字方式来自于模拟方式数字图像纸质照片纸质照片与数字图像的差异 有些遥感图像是通过摄影方式获取的，保存 在胶片上。只有对这些图像（或模拟图像） 进行数字化，才能产生数字图像。 数字化包括两个过程：采样与量化。 采样：将空间上连续的图像变换成离散点 像素。采样与量化模拟图像(),f
15、 x yx横坐标y纵坐标列cr行数字图像(),I r c列cr行空间采样：空间坐标的离散化连续图像的亮度值 f离散图像的亮度值I灰度量化:灰度的离散化 采样：将空间上连续的图像变换成离散点 像素。 采样间隔影响着图像表示地物的真实性。间 隔越小，图像越接近于真实，但采样成本及 处理成本越高，图像存储所需的空间也越 大。 由于图像是二维分布的信息，采样在X轴和Y 轴两个方向进行。采样与量化 采样影响着图像细节的再现程度，间隔越大，细节损失越多，图像的棋盘化效果越明显。采样与量化不同采样间隔对遥感图像的影响5 采样后图像被分割成空间上离散的像素，但 其灰度值没有改变。 量化：将像素灰度值转换成整数
16、灰度级。 一般数字图像灰度级取2的整数幂(量化幂 数)。量化级数越大，量化后图像越接近于 “真实”，图像占用的存储空间也越大。采样与量化模拟图像(),f x yx横坐标y纵坐标列cr行数字图像(),I r c列cr行空间采样：空间坐标的离散化连续图像的亮度值 f离散图像的亮度值I灰度量化:灰度的离散化量化前，图像像素值称为数字值（DN值）、灰度值或亮度值量化后，图像像素的原有灰度值转换为灰度级。255225201940量化后的灰度级2522.220101.2量化前的像素值量化前后图像数据的变化7位量化和8位量化的像素值 量化影响着图像细节的可分辨程度，量化位数越高，细节的可分辨程度越高；保持图像大小不变，降低量化位数减少了灰度级导致假轮廓。采样与量化不同量化位数对遥感图像的影响常用的遥感图像，随传感器不同具有不同的量化位数。例如：ASTER图像中，VNIR和SWIR传感器为8位量化，TIR为12位量化；陆地卫星Landsat和SPOT
