《遥感图像数字处理基础知识》由会员分享，可在线阅读，更多相关《遥感图像数字处理基础知识（118页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 遥感图像数字处理的基础知识,内容提纲,图像的表示形式 遥感图像的坐标系统 遥感数字图像的存贮 遥感图像的统计特征 遥感数字图像处理系统 遥感图像处理系统与GIS和GPS的集成,4.1 图像的表示形式,遥感传感器记录地物电磁波的形式 空间域 胶片或其它光学成像载体形式 （光学图像） 数字形式 （数字图像） 频率域,光学图像,一个二维的连续的光密度（透过率）函数 像片上的密度随坐标x,y变化而变化 其特点：光照位置和光照强度均为连续变化的。,数字图像,一个二维的离散的光密度（或亮度）函数 以矩阵fi,j ( i=0,1,m-1;j=0,1, ,n-1)表示数字图像 空间坐标（x,y）和密度
2、上都已离散化,数字图像,光学图像与数字图像的转换,把一个连续的光密度函数变成一个离散的光密度函数 空间坐标离散化采样 幅度（光密度）离散化 量化 整个过程称为图像数字化,采样,采样：将在空间上连续的图像转换成离散的采样点（即像素）集的操作。由于图像是二维分布的信息，所以采样是在x轴和y轴两个方向上进行。 模拟图象若在x方向采M个点，y方向采N个点，就可得到M * N个点的数字化图象的形式。采样是图象进入计算机的第一个处理过程。,取样间隔小 图像信息损失小 图像数据大 处理时间长 存贮量大 取样间隔大 图像数据量小 图像信息可能有损失,如何确定采样间隔?,可选择的采样形状包括： 正方形，正三角形
3、，正六角形, 为方便，一般用正方形点阵。,如何确定采样形状?,采样,理论上已经证明： 如果图像f (x , y)在x和y方向的最高空间频率（即截止频率）分别为uc和vc，那么当图像的取样间隔x和y满足下列条件时,就可以保证由图像取样值，圆满地恢复原图像函数f (x , y),即保持了原图像的全部信息。 上式即为著名的采样定理,采样间隔对图像的影响,量化：采样后的图像只是在空间上被离散化，成为样本的阵列，每个取样样本称为像素，用Pixel来表示。 但是由于原f(x,y)是连续图像，因此每个Pixel还是可能取值为无穷多个值的量。 为了进行计算机处理，必须把无穷多个离散值约简为有限个离散值，即量化
4、，这样才便于赋予每一个离散值互异的编码以进入计算机。,将各个像素所含的明暗信息离散化后，用数字来表示称为图像的量化，一般的量化值用整数来表示。 图像灰度的数字化 在连续灰度的极限取值范围内离散化，即将它分成若干个灰度等级值，像元灰度处于某两个相邻划分值之间时，用所对应的最靠近的一个灰度级值代替 用二进制位数（bit数）编码。充分考虑到人眼的识别能力之后，目前非特殊用途的图像均为8bit量化，即用0255描述“黑 白”。,怎样确定每一个灰度级所对应的灰度范围 ？,量化等级G怎样选择？,可以等间隔或不等间隔地进行 均匀量化：相邻灰度级的增量为定值 非均匀量化：按灰度概率进行，概率越大，分得越细 量
5、化既要考虑人类的视觉特性，也要考虑应用需求。 高精度量化必须顾及噪声，S/N也影响量化精度。,量化等级一般取：,直接获取数字图像,数字图像获取过程：a 照射(能)源，b 场景元素， c 成像系统，d 场景投影到图像平面，e 数字化图像,模拟系统-模拟图像 数字系统-数字图像,数字化过程,图像数字化： a 连续图像 b 扫描线AB亮度分布 c 采样和量化 d 数字扫描线,数字化过程,图像数字化：a 连续图像， b 图像采样和量化的结果,采样和量化,采样,量化,采样和量化,采样,量化,255,0,量化位数越高，细节的可分辨程度越高,图像的频谱表示,任何信号均可由多次谐波叠加而成 将图像从空间域变入
6、频率域是采用傅立叶变换,反之采用傅立叶逆变换。,为什么要对图像进行变换？,图像变换是计算机图像处理基础理论的重要组成部分，是更专业的图像处理任务（如复原、增强、编码、匹配和识别等）的不可缺少的数学基础。 为说明其必要性，首先我们把各类图像处理（运算）简单归结为如下两种方式之一： 1、空间域处理 特点: 数字阵列数字阵列 2、频率域（或“空间频率域”）处理 特点: 数字阵列频谱函数频谱分析数字阵列 显然, 应先求出频谱函数，这需要通过数学变换来完成。,具体地，可为图像变换找到如下理由： 1.图像处理中： 频率域中的一些简单操作可以代替空间域中的复杂操作 2.图像分析中： 对图像进行傅立叶变换，分
7、析不同目标结构的频谱成分 目标特征提取 图像匹配 图像识别 3. 图像压缩： 剔除相关性 减少数据量,图像变换是图像处理过程中的一个过渡手段 因此常要求它是可逆的。 经典的图像变换方法有： 傅立叶变换 余弦变换 沃尔什-哈达玛变换 K-L变换（主分量变换） 此外，新的数学变换方法也在图像处理中得到研究和应用，如小波变换,4.2遥感图像的坐标系统,地理坐标系 -球面坐标系，以经纬度为存储单位 投影坐标系 -地图投影实质是将地球椭球面上的地理坐标转化为平面直角坐标 -按变形性质，分为三类：等角投影、等积投影和任意投影 地理变换和投影变换,4.3 遥感数字图像的存贮,存储介质 存储格式,4.3.1
8、存贮介质,磁带 磁盘 光盘 闪存,磁带,用于记录声音、图像、数字或其他信号的载有磁层的带状材料。通常是在塑料薄膜带基（支持体）上涂覆一层颗粒状磁性材料(如针状-Fe2O3磁粉或金属磁粉)或蒸发沉积上一层磁性氧化物或合金薄膜而成。 顺序存储介质，读取磁带上特定位置的记录需要通过该点以前的全部记录数据，数据处理起来较慢，所以通常只将它作为数据存贮之用，处理时需将其存贮的数据读入磁盘或内存中进行处理。 遥感中常用的CCT磁带，一般每卷的长度为731.52m，磁带宽12.7mm，厚0.05mm，磁道为9道，其中8位数据加1位奇偶校检位。,磁盘,磁盘是随机存储介质 磁盘分硬盘和软盘 硬盘由一个或者多个铝
9、制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料 第一块硬盘IBM RAMAC 5MB 希捷2009年 单碟2500G 日立2010年 单碟5000G IDE SATA SCSI(硬盘接口类型),光盘,CD（700MB ）、DVD（4.7GB ）、蓝光光盘（25GB ） CD-R、CD-RW DVD-R、DVD-RW、DVD+R、DVD+RW 、DVD-R DL、DVD-RW DL、DVD+R DL、DVD+RW DL 、DVD-RAM DVD+R要比DVD-R的兼容性好 HD DVD VS 蓝光 DVD,闪存（Flash Memory）,FLASH芯片，目前最大容量为416GB 优点（启动
10、快、不用磁头、相对固定的读取时间、写入速度极快、无噪音、发热量较低、不会发生机械故障、工作温度范围更大、体积小重量轻） MP3，U盘，CF卡，SD卡，MMC卡，固态硬盘,4.3.2 存贮格式,BSQ（Band SeQuential）：按照波段顺序依次记录各波段的图像 BIL（Band Interleaved Line）：逐行按波段次序排列 BIP（Band Interleaved by Pixel）：每个像元按波段次序交叉排序 其他常见图像数据格式：BMP, TIFF, GIF, PCX, PSD, MrSID, HDF, ,遥感图像存储格式有三种？,1、BIP（Band Interlearv
11、ed by Pixel） 按象元波段交叉式记录，有利于作子区处理，较少使用 2、BIL（Band Interlearved by Line） 按行波段交叉式记录，便于单波段处理和提取 3、BSQ（Band Sequentiel） 按波段顺序式记录，适用于多波段运算和分类,BIL R R R R R R R R R G G G G G G G G G B B B B B B B B B R R R R R R R R R G G G G G G G G G B B B B B B B B B,BIP R G B R G B R G B R G B R G B R G B R G B R G B
12、R G B R G B R G B R G B R G B R G B R G B R G B R G B R G B,BSQ R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G G B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B B,HDF,HDF(Hierarchical Data Format)，层次型数据格式。HDF是由美国国家超级计算应用中心（NCSA）创建的，以满足不同
13、群体的科学家在不同工程项目领域之需要。 可以存储不同类型的图像和数码数据的文件格式，并且可以在不同类型的机器上传输，同时还有统一处理这种文件格式的函数库。大多数普通计算机都支持这种文件格式。,HDF格式图像数据文件的数据类型主要有六种： 栅格图像数据（raster image）、调色板（图像色谱，palette）、 科学数据集(Scientific Data Set) 、数据表（Vdata）、 相关数据组合（Vgroup）、HDF注释（annotation，信息说明数据）。,50,HDF的数据类型,51,打开一个HDF文件，在读取图像数据的同时可以方便的查取到其地理定位、轨道参数、图像属性、图
14、像噪声等各种信息参数。 一个HDF文件包括一个头文件和一个或多个数据对象。一个数据对象是由一个数据描述符和一个数据元素组成。前者包括数据元素的类型、位置、尺度等信息；后者是实际的数据资料。如一套8bit的图像数据集一般有3个数据对象一个描述数据集成员、一个图像数据本身、一个描述图像的尺寸大小。,52,HDF目的：提供一种通用结构,通过文件进行信息交换的机制 存贮各种不同的数据到单一的文件中，而非多个分离的文件 将一些常规格式进行标准化，比如raster image、多维数组 鼓励使用公用格式，减少使用专有格式 可以用于存贮任何数据类型,特 点,自述性：对于一个HDF文件里的每一个数据对象，有关
15、于该数据的综合信息（元数据）。在没有任何外部信息的情况下，HDF允许应用程序解释HDF文件的结构和内容。 通用性：许多数据类型都可以被嵌入在一个HDF文件里。例如，通过使用合适的HDF数据结构，符号、数字和图形数据可以同时存储在一个HDF文件里。 灵活性：HDF允许用户把相关的数据对象组合在一起，放到一个分层结构中，向数据对象添加描述和标签。它还允许用户把科学数据放到多个HDF文件里。 扩展性：HDF极易容纳将来新增加的数据模式，容易与其他标准格式兼容。 跨平台性：HDF是一个与平台无关的文件格式。HDF文件无需任何转换就可以在不同平台上使用。,设数字图像为 f(i,j)，大小为 MN，M为图
16、像的行数，N为图像的列数，i=0，1，M-1； j=0，1，N-1,集中趋势,离散趋势,单波段图像的统计特征,基本统计特征,4.4遥感图像的统计特征,1. 反映像素值平均信息的统计参数 均值-像素值的算术平均值。 反映图像中地物的平均反射强度,中值-图像所有灰度级中处于中间的值。 当图像的灰度级为偶数时，则取中 间两灰度级的平均值。 众数-图像中出现次数最多的灰度级。 反映了图像中分布较广的地物的反 射能量,2. 反映像素值变化信息的统计参数 方差-像素值与平均值差异的平方和， 反映像素值的离散程度。,方差是衡量图像信息量大小的重要度量。,变差-像素最大值与最小值的差。反映图 像灰度值的变化程度 反差-又称为对比度，反映图像的显示效 果和可分辨率，表示方法多种。 如最大值/最小值，最大值-最小值，方差等,两幅图像的反差,1. 定义 根据图像像素的灰度范围，以适当的灰度间隔为单位划分为若干等级； 横轴表示灰度级； 纵轴表示每
