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1、 遥感数字图像处理第一章概论1、图像定义：IMAGE，指通过镜头等设备得到的视觉形象（或以某一技术手段再现于二维画面上的视觉信息），是二维数据阵列的光学模拟。分类：按人眼的视觉可视性：可见图像（照片、素描、油画）不可见图像（不可见光成像如紫外线、红外线、不可见测量值如温度、人口密度等的分布图）按图像的敏感程度和空间坐标的连续性：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不连续、以离散数字原理表达的图像，不见图像）模拟图像（又称光学图像，指空间坐标的明暗程度连续变化的、计算机无法直接处理的图像，可见图像）模拟图像数字图像：模/数转换（A/D转换）数字图像模拟图像：数/模转换（D/
2、A转换）2、像素定义：是A/D转换的取样点，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。3、遥感数字图像定义：数字形式的遥感图像，不同的地物能够反射或辐射不同波长的电磁波，利用这种特性，遥感系统可以产生不同的遥感数字图像。像素值：称为亮度值（或灰度值、DN值），量化的（整数）灰度就是数字量值。亮度值的高低由遥感传感器所探测到的地物电磁波的辐射强度决定。具有相对应的意义，仅在图像内才能进行相互比较。遥感数字图像与照片的差异照片遥感数字图像来自于模拟方式来自于数字方式通过摄影系统产生通过扫面和数码照相机产生没有像素基本构成单位是像素没有行列结构具有行和列没有扫描行可能会观察到
3、扫描行0表示没有数据0是数值，不表示没有数据任何点都没有编号每个点都有确定的数字编号摄影受电磁光谱的成像X围限制可以是电磁光谱的任意X围一旦获取了照片，颜色就是确定的颜色没有特定的规则，在处理过程中可以根据需要通过合成产生具有红、绿、蓝3个通道多个波段（3-8000）4、遥感数字图像处理定义：是利用计算机图像处理系统对遥感图像中的像素进行系统操作的过程。传统的模拟图像受媒介大小的限制无法完全表述这些信息，也很难进行信息的进一步处理，只有经数字化后才能有效地进行信息分析和处理，数字图像处理极大地提高了图像处理的精度和信息提取的效率。主要内容：图像增强：压抑、去除噪声，增强整体图像或突出图像中的特
4、定地物的信息，使图像更容易理解、解释和判读。灰度拉升、平滑、锐化、彩色合成、主成分（K-L）变换、K-T变换、代数运算、图像融合等增强过程本身不会增加数据中原有的信息内容，仅仅是突出了特定的图像特征，使得图像更易于可视化的解释和理解。图像校正：也称为图像恢复、图像复原，主要是对传感器或环境造成的退化图像进行模糊消除、噪声消除、几何失真或非线性校正。校正方法：辐射校正和几何纠正。信息提取：根据地物光谱特征和几何特征，确定不同地物信息的提取规则。主要包括图像分割、分类等方法，处理结果为分类专题图。5、遥感数字图像处理系统硬件系统：计算机、数字化设备、大容量存储器、显示器、输出设备、操作台软件系统：
5、ERDAS IMAGINE（C语言）、ENVI（IDL语言）、PCI Geomatica、ER Mapper6、数字图像处理的发展和两个观点离散方法：一幅图像的存储和表示均为数字形式，因为数字是离散的空间域图像处理以图像平面本身为参考，直接对图像中的像素进行处理。连续方法：图像通常源自物理世界，服从可用连续数学描述的规律，因此具有连续性。频率域基于傅里叶变换，频率域图像处理时对傅里叶变换后产生的反映频率信息的图像进行处理。第二章遥感数字图像的获取和存储1、遥感系统：是一个从地面到空中乃至整个空间，从信息收集、存储、传输、处理到分析、判读、应用的技术体系，主要包括遥感试验、信息获取（传感器、遥感
6、平台）、信息传输、信息处理、信息应用等5个部分。2、传感器信息获取的核心定义：收集和记录电磁辐射能量信息的装置，是信息获取的核心部件，如航空摄影机、多光谱扫描仪、成像等分类：按工作方式是否具有人工辐射源：被动方式被动遥感：以太阳辐射和地物自然辐射为辐射源，不需人工辐射源，如各种摄像机、扫描仪、辐射计等，其工作波段集中在可见光和红外区。主动方式主动遥感：具有人工辐射源，主动向目标发射强大的电磁波，然后传感器接受目标反射的回波，如各种形式的雷达，其工作波段集中在微波区。按数据的记录方式：成像方式：成像传感器接受的目标电磁辐射信号转换成数字或模拟图像，是目前最常见的传感器类型。按成像原理可以分为摄影
7、成像和扫描成像两类。摄影成像：在打开快门后的一瞬间几乎同时收集目标上所有的反射光，聚焦到胶片上成为一幅影像，并记录下来如全景摄影机、多光谱摄影机、缝隙摄影机、框幅摄影机等。扫描成像：扫描方式的传感器逐点逐行地收集信息，各点的信息按一定顺序先后进入传感器，经过一段时间后才能收集完一幅图像的全部信息。目标面扫描的方式：收集系统直接对目标面扫描，一点一行顺序收集目标面上各单位的信息，然后拼成一幅图像。光学-机械扫描仪（多光谱扫描仪MSS 专题制图仪TM）成像雷达（全景雷达和侧视雷达）影像面扫描的方式：收集系统不直接对地面扫描，而是先用光学系统将目标的辐射信息在靶面上聚集形成一幅图像然后利用摄像管中的
8、电子束对靶面扫描来收集其数据，或依靠电荷耦合器件（CCD）组成的阵列进行电子扫描来获得数据。电视摄影机、固体扫描仪非成像方式：记录的是一些物理参数，不能产生图像，如可见光-近红外辐射计、热红外辐射计、微波辐射计、微波高度计、微波散射计3、电磁波传感器特点传感器实例波长X围/nm紫外对紫外线光感测紫外摄影机50380可见光用感光胶片或光电探测器作为感测元件，地面分辨率高，但只能在晴朗的白天使用可见光摄影机、TV摄影机等380760红外近红外常使用感光胶片，中、远红外常使用光学机械扫描仪；具有昼夜工作能力红外光学扫描仪7601.0*106微波具有昼夜工作能力，能提供高分辨率图像，并与日照、云层遮挡
9、无光，有一定穿透能力合成孔径雷达1.0*1061.0*1094、传感器的分辨率定义：指传感器区分自然特征相似或光谱特征相似的相邻地物的能力。高分辨率意味着区分能力强，能够区分小的相邻地物，低分辨率意味着能够获取大X围的平均辐照度。1）辐射分辨率：是传感器区分反射或发射的电磁波辐射强度差异的能力高辐射分辨率意味着可以区分信号强度的微小差异。表示：可见光、近红外波段：用等效反射率表示热红外波段：用噪声等效温差、最小可探测温差和最小可分辨温差表示。遥感图像：图像的量化位数可以看做是辐射分辨率的近似表述。2）光谱分辨率：是传感器记录的电磁光谱中特定波长的X围和数量波长X围越窄，波段数越多，光谱分辨率越
10、高，地物越容易被区分和识别。但并非波段越多越好，会产生“掩盖”地物的辐射特性，不利于快速探测和识别地物。3）空间分辨率：是遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小，即传感器能把两个目标物作为清晰的实体记录下来的两个目标物之间最小的距离。是表征图像分辨地物目标细节能力的指标。也可以用地面分辨率（像素所代表的地面实际尺寸的大小）来表示。表示：像素：是将地物信息离散化而形成的格网单元，在遥感图像中，单位为米，像素为正方形，其大小与遥感空间分辨率高低密切相关，空间分辨率越高，像素越小。解像力（解相率）：用单位距离能分辨的线宽或间隔相等的平行线的条数来表示，单位为线/毫米或线对/毫米瞬间视角场IFO
11、V（角分辨率）：是传感器的瞬间视场，它和遥感平台高度H共同决定了地面的分辨单元，即像素大小P，P=2Htan(IFOV/2)分类：高空间分辨率：小于10M，SPOTQUICKBIRDIKONOS，重访周期长（数天），能够反映地物明确的几何信息，适用于特定地区进行定点监测，多用于数字城市和工程制图。中空间分辨率：10100M，ASTERTM，重访周期（数周），具有较多的光谱信息，便于进行土地利用和土地覆盖、资源、地表景观等方面的研究。低空间分辨率：大于100M，NOAAMODIS，重访周期短（数小时），适用于进行大X围的环境遥感监测，例如洪水、火灾、云和沙尘暴等。4）时间分辨率：对同一目标进行重
12、复探测时，相邻两次探测的时间间隔一类是传感器本身设计的时间，受卫星运行规律影响，不能改变一类是人为设计的时间分辨率，它一定等于或小于卫星传感器本身的时间分辨率在遥感图像应用中意义重大，可以进行动态监测和预报，进行自然历史便器和驱动力分析，可以提高成像率和解像力，提高地物的识别精度。5、数字化包括采样、量化采样：将空间上连续的图像变换成离散点（即像素）的操作。采样间隔和采样孔径的大小是重要的参数。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，但采用成本及后处理的成本也越高，图像存储所需要的空间越大。采样时，连续的图像空间被划分为网格，并对各个网格内的辐射值进行测量。量化：将像素
13、灰度值转换成整数灰度级的过程。图像数据M行，N列，量化位数为g，存储空间M*N*g/8字节。，其中N为量化级，M为量化位数（量化灰度级）通常得到的都是量化之后的遥感图像，图像中的像素值被称为数字值（DN值）、灰度级或亮度值。量化影响着图像细节的再现程度，间隔越大，细节损失越多，图像的棋盘化效应越明显，量化影响着图像细节的可分辨程度，量化位数越高，细节的可分辨率越高，保持图像大小不变，降低量化位数减少了灰度级会导致假的轮廓。6、遥感图像类型不相干图像：光学遥感所产生的图像，包括多光谱图像（多波段图像，每个采样位置包括多个波段的值）、高光谱图像和高空间分辨率图像属于被动遥感，图像受大气状况影响很大
14、，限制了再多云多雨地区的应用。相干图像：微波遥感所产生的图像，多取决于传播的条件，微波遥感属于主动遥感，其穿透能力强，不受天气的影响，可以全天候工作。7、遥感数字图像的级别0级产品：未经过任何校正的原始图像数据。1级产品：经过了初步辐射校正的图像数据。2级产品：经过了系统级的几何校正我们到手的数据3级产品：经过了几何精校正，某级别8、元数据定义：是关于图像数据特征的表述，是关于数据的数据。包括图像获取的日期和时间、投影参数、几何校正精度、图像分辨率、辐射校正参数元数据与图像数据同时发布，或者嵌入到图像文件中，或者是单独的文件。也称为头文件，多为二进制格式或随机。9、遥感图像数据格式设图像数据位
15、N列，M行，K个波段1）BSQ格式是像素按波段顺序依次排列的数据格式，先按照波段顺序分块排列，在每个波段块内，再按照行列顺序排列，保证了像素空间位置的连续性。B1 (1,1) (1,2) (1,3)(1,N) (2,1) (2,2) (2,3)(2,N)BK (1,1) (1,2) (1,3)(1,N) (2,1) (2,2) (2,3)(2,N) (M,1) (M,2) (M,3)(M,N)2）BIL格式像素先以行为单位分块，在每个块内，按照波段顺序排列像素，像素的空间位置在列的方向上是连续的。第一行 B1 (1,1) (1,2) (1,3)(1,N) B2 (1,1) (1,2) (1,3)(1,N) BK (1,1) (1,2) (1,3)(1,N)第M行 B1 (M,1)
