數(shù)字圖像處理總結(jié)(共9頁)

1、第一章 緒論(xln)遙感(yogn)的特點1大面積觀測(gunc)：Landsat衛(wèi)星一景圖像覆蓋面積185km185 km；氣象衛(wèi)星覆蓋地球表面1/3；2時效性強：可以在短時間內(nèi)對同一地區(qū)進(jìn)行重復(fù)探測，監(jiān)測地球上許多事物的動態(tài)變化；3信息客觀、真實：遙感獲得的地物電磁波特性數(shù)據(jù)綜合地反映了地球上許多自然、人文信息，客觀地記錄了地面的實際狀況；4局限性：波譜的有限性、電磁波段的準(zhǔn)確性、空間分辨率低等。遙感技術(shù)系統(tǒng)的組成1遙感平臺：遙感中搭載傳感器的運載工具2傳感器：遠(yuǎn)距離感測和記錄地物環(huán)境輻射或反射電磁波能量的遙感儀器，通常安裝在不同類型和不同高度的遙感平臺上3遙感信息的接收和處理：遙感信息

2、主要指由航空遙感和衛(wèi)星遙感所獲取的膠片和數(shù)字圖像4遙感圖像的判讀和應(yīng)用遙感數(shù)據(jù)流程目標(biāo)物體的電磁破特性影響因子（太陽位置、大氣狀態(tài)、地表、傳感器）遙感數(shù)據(jù)采集（膠片、數(shù)字圖像）遙感數(shù)據(jù)處理和信息提?。ㄓ嬎銠C數(shù)據(jù)處理、預(yù)處理、圖像增強、圖像分類、人工判讀）應(yīng)用（農(nóng)林、地質(zhì)、海洋等）遙感衛(wèi)星類型（按綜合分類）陸地衛(wèi)星、高分辨率衛(wèi)星、高光譜衛(wèi)星、SAR合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星陸地衛(wèi)星特點：獲取20100m空間分辨率的全色或多光譜圖像，有Landsat系列（美）、SPOT系列（法）、IRS系列（印度）、ALOS系列（日）、RESURSO1系列（俄）、中巴資源衛(wèi)星CBERS等多光譜遙感獲取同一地物不同波段的影像

3、的遙感技術(shù)多相機組合型、多鏡頭組合型、光束分離型高光譜衛(wèi)星 分析15個波段以下的學(xué)科叫“多光譜”，分析15個波段以上的叫“高光譜”采用高分辨率成像光譜儀波段數(shù)為36256個、光譜分辨率為510nm、地面分辨率為301000m這類衛(wèi)星主要用于大氣、海洋和陸地探測遙感技術(shù)發(fā)展趨勢“三多” ：多平臺、多傳感器和多角度“三高”：高空間分辨率、高光譜分辨率、高時間分辨率“三全” ：全天候、全天時和全球觀測遙感展望1空間、光譜、時間分辨率組合是遙感科學(xué)技術(shù)的核心2具有(jyu)高空間、光譜、時間分辨率的新型傳感器不斷涌現(xiàn)3數(shù)據(jù)處理方法(fngf)趨向于智能化、自動化、快速化4應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展，向人類(rn

4、li)日常生活滲透5空間遙感科學(xué)技術(shù)是我國今后幾十年重點發(fā)展的高新技術(shù)第二章 電磁輻射與地物光譜特征電磁波變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，以有限的速度由近及遠(yuǎn)在空間內(nèi)傳播的過程稱為電磁波。遙感即對電磁波能量的測定，電磁波可以用兩種模型來描述：波模型、粒子模型。遙感主要利用的電磁波波段可見光紅 0.62 0.76m 綠 0.50 0.56m藍(lán) 0.43 0.47m 紅外波段遠(yuǎn)紅外6 15m中紅外 3 6m近紅外 0.76 3m微波 1 mm 1m熱紅外波段來自地表的輻射占大部分能量，多用于溫度調(diào)查短波紅外多用于地質(zhì)判讀 0K=-273近紅外和短波紅外合起來又叫做反射紅外 0 =273K大氣散射1瑞利（

5、Rayleigh）散射 ：瑞利散射的條件是介質(zhì)的不均勻程度小于入射電磁波波長的十分之一。散射強度與波長的四次方成反比 2米氏（Mie）散射：如果介質(zhì)中不均勻顆粒的直徑a與入射波長同數(shù)量級，發(fā)生米氏散射3均勻散射 ：當(dāng)不均勻顆粒的直徑a時，發(fā)生均勻散射反射率大，傳感器記錄的亮度值就大，遙感圖像上表現(xiàn)為色調(diào)淺，反射率低，則表現(xiàn)為色調(diào)深，遙感圖像色調(diào)的差異是識別地物類別和目視判讀的重要標(biāo)志遙感(yogn)的物理基礎(chǔ)思考：白天我們可以看到眼前的各種事物，在沒有(mi yu)燈光的黑夜什么都看不見。這是為什么？因為(yn wi)1地物能夠反射電磁波；2眼睛能夠感受到的只是電磁波的可見光部分。思考：遙感能

6、夠根據(jù)收集到的電磁波來判斷地物目標(biāo)和自然現(xiàn)象。這是為什么？1一切物體，由于其種類、特征和環(huán)境條件的不同，而具有完全不同的電磁波的反射或發(fā)射輻射特征；2遙感技術(shù)能夠收集目標(biāo)地物反射、發(fā)射的電磁波，從而獲取地物信息。圖像增強灰度拉伸：灰度拉伸是一種簡單實用的方法。它可使圖像動態(tài)范圍增大，圖像對比度擴展，圖像變清晰，特征明顯，是圖像增強的重要手段之一；線性變換：采用線性或分段線性的函數(shù)改善圖像對比度非線性變換：對數(shù)變換和指數(shù)變換直方圖均衡化色彩的三屬性：色相、色度（hue）；明度、亮度、強度（intensity, value）；純度、飽和度（Saturation）第三章 遙感圖像的幾何變形遙感圖像的

7、幾何變形傳感器成像方式引起的圖像變形傳感器外方位元素變化的影響地形起伏引起的像點位移地球曲率引起的圖像變形大氣折射引起的圖像變形地球自轉(zhuǎn)的影響幾何糾正目的：1改正系統(tǒng)及非系統(tǒng)性因素引起的圖像變形 2準(zhǔn)確的空間位置遙感圖像的幾何處理包含兩個層次：粗加工處理、精加工處理遙感圖像的粗加工處理地面站接收圖像后，根據(jù)不同平臺、傳感器的參數(shù)，對地球曲率、地球自轉(zhuǎn)、大氣折射造成的變形進(jìn)行處理粗加工處理主要是由地面站完成，不是用戶完成粗加工處理對傳感器內(nèi)部畸變的改正很有效粗加工處理后仍有較大的殘差遙感圖像的精加工處理（為什么要進(jìn)行遙感圖像的精校正處理？）由于遙感器的位置及姿態(tài)的測量精度不高，其加工處理后仍有較

8、大的殘差（幾何變形）一個地物在不同的圖像上，位置要一致，才可以進(jìn)行融合處理、圖像的鑲嵌、動態(tài)變化監(jiān)測如果同一地區(qū)的不同時間的影像，不能把它們歸納到同一個坐標(biāo)系中去，圖像中還存在變形，這樣的圖像是不能進(jìn)行融合、鑲嵌和比較的，是沒有用的幾何(j h)處理的兩個環(huán)節(jié)1像素(xin s)坐標(biāo)的變換解決(jiju)位置問題多項式模型2灰度重采樣解決亮度問題最鄰近像元采樣法雙線性內(nèi)插法雙三次卷積重采樣法遙感圖像幾何處理過程準(zhǔn)備工作輸入原始圖像建立糾正函數(shù)確定輸出圖像的范圍逐個像元進(jìn)行幾何變化灰度的重采樣輸出糾正后的圖像效果評價基于多項式幾何校正的基本思想回避成像的空間幾何過程，直接對圖像變形的本身進(jìn)行數(shù)學(xué)

9、模擬把遙感圖像的總體變形看作是平移、縮放、旋轉(zhuǎn)、偏扭、彎曲以及更高次的基本變形的綜合作用結(jié)果把原始圖像變形看成是某種曲面，輸出圖像作為規(guī)則平面。從理論上講，任何曲面都能以適當(dāng)高次的多項式來擬合。用一個適當(dāng)?shù)亩囗検絹砻枋黾m正前后圖像相應(yīng)點之間的坐標(biāo)關(guān)系多項式糾正的步驟確定糾正的多項式模型選擇若干個控制點，利用有限個地面控制點的已知坐標(biāo)，解求多項式的系數(shù)將各像元的坐標(biāo)代入多項式進(jìn)行計算，便可求得糾正后的坐標(biāo)位置進(jìn)行變換，變換的同時進(jìn)行灰度重采樣對結(jié)果進(jìn)行精度評定控制點的選取要求影像上的明顯地物點影像中均勻分布要滿足一定的數(shù)量要求方法：1控制點應(yīng)選取圖像上易分辨且較精細(xì)的特征點，如道路交叉點、河流彎

10、曲或分叉處、湖泊邊緣、飛機場、城廓邊緣等；2地面控制點上的地物不隨時間而變化，以保證當(dāng)兩幅不同時段的圖像或地圖幾何糾正時，可以同時識別出來；3特征變化大的地區(qū)應(yīng)多選一些；4圖像邊緣部分一定要選取控制點，以避免外推；5盡可能滿幅均勻選取。地面控制點的獲取途徑1 GPS 2地形圖、矢量圖、地圖 3糾正過的影像（航片、衛(wèi)片）等等位置變換與灰度重采樣確定校正后圖像的行列數(shù)值，并找到新圖像中每一像元的亮度值（確定邊界+計算行列數(shù)）像素坐標(biāo)的變換，即將圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)榈貓D或地面坐標(biāo)直接法間接法對坐標(biāo)變換后的像素亮度值進(jìn)行重采樣最近鄰法雙線性內(nèi)插法三次(sn c)卷積內(nèi)插法多項式糾正(jizhng)的特點優(yōu)點

11、(yudin)模型簡單不需要外方位元素（不考慮成像過程）計算效率也比較高不足沒有考慮地形起伏引起的變形，不能糾正投影差引起的變形適用于平坦地區(qū)，或者范圍比較小的地區(qū)幾何糾正中存在的問題影響幾何糾正精度的主要因素模型選擇是否合適地面控制點重采樣方法圖像質(zhì)量本身人為因素 主觀因素幾何糾正的發(fā)展趨勢自動化、智能化提高幾何處理精度（選點是關(guān)鍵）無地面控制點的幾何校正1、為什么要使用計算機分類將影像數(shù)據(jù)的連續(xù)變化轉(zhuǎn)化為地圖模式，以提供給用戶有意義的信息；獲得關(guān)于地面覆蓋和地表特征數(shù)據(jù)的更深刻的認(rèn)識；較目視解譯客觀，在分析大數(shù)據(jù)集時比較經(jīng)濟；可對復(fù)雜的多波段數(shù)據(jù)及其相互關(guān)系進(jìn)行有效分析2、特征空間：特征空

12、間是一個n維坐標(biāo)系，每一個坐標(biāo)軸代表多波段圖像的一個波段，坐標(biāo)值代表該波段像元的灰度值，圖像中的每個像元對應(yīng)于坐標(biāo)空間中的一個點光譜特征空間是以各波段圖像的亮度分布為坐標(biāo)軸組成的空間3、影像空間和特征空間的區(qū)別：特征空間僅表示了各波段光譜信息之間的關(guān)系，并不表示像元點在原圖像中的空間位置信息同類地物在特征空間形成一個相對聚集的點集群不同類地物的點集群在特征空間內(nèi)一般是相互分離的4、特征點集群在特征空間中的分布大致可分為如下三種情況：理想情況不同類別地物的集群至少在一個特征子空間中的投影是完全可以相互區(qū)分開的典型情況不同類別地物的集群，在任一子空間中都有相互重疊的現(xiàn)象存在，但在總的特征空間中可以

13、完全區(qū)分的。這時可采用特征變換使之變成理想情況進(jìn)行分類一般(ybn)情況無論在總的特征空間中，還是在任一子空間中，不同類別的集群之間總是存在重疊現(xiàn)象。這時重疊部分的特征點所對應(yīng)的地物，在分類時總會出現(xiàn)不同程度的分類誤差，這是遙感圖像(t xin)中最常見的情況5、遙感(yogn)圖像分類步驟：(1)根據(jù)應(yīng)用目的選取特定區(qū)域合適的遙感數(shù)字圖像；(2)對數(shù)字圖像進(jìn)行輻射校正和幾何校正；(3)選擇合適的分類算法；(4)用所選算法分割特征空間；(5)根據(jù)像元在特征空間中的定位對每一個像元賦類別值；(6)對分類結(jié)果進(jìn)行精度評價6、監(jiān)督分類步驟：首先需要從研究區(qū)域選取有代表性的訓(xùn)練場地作為樣本（1）確定類

14、別數(shù)；（2）對每類選擇足夠多的有代表性的樣本（3）分類前分析樣本區(qū)質(zhì)量選擇合適的分類算法進(jìn)行分類分類結(jié)果的精度評價非監(jiān)督聚類過程：1按照某個原則選擇一些初始聚類中心；2計算像元與初始類別中心的距離，把像素分配到最近的類別中；3計算并改正重新組合的類別中心；4如此反復(fù)迭代運算直到滿足迭代結(jié)束的條件8、常用非監(jiān)督分類方法：K-均值法優(yōu)點：實現(xiàn)簡單缺點：過分依賴初值，容易收斂于局部極值在迭代過程中沒有調(diào)整類數(shù)的措施，產(chǎn)生的結(jié)果受到所選聚類中心的數(shù)目、初始位置、類分布的幾何性質(zhì)和讀入次序等因素影響較大初始分類選擇不同，最后的分類結(jié)果可能不同迭代自組織數(shù)據(jù)分析技術(shù)方法（ISODATA法）：ISODATA

15、法調(diào)整類別的準(zhǔn)則：合并（類數(shù)-1）:每一類中的像元個數(shù)少于期望的類別最少像元數(shù)N類別的個數(shù)大于期望的類別數(shù)K的2倍分裂（類數(shù)+1）:類別的標(biāo)準(zhǔn)差大于類別標(biāo)準(zhǔn)差閾值S 類別的個數(shù)小于期望的類別數(shù)K的1/2ISODATA法判斷迭代結(jié)束的條件：兩次迭代之間，如果上一次和這一次的中心不變，或者變化小于一個閾值，說明聚類結(jié)束如果迭代次數(shù)達(dá)到了預(yù)設(shè)值I ，那么即使不收斂，也強行結(jié)束9、制約分類精度的因素：遙感圖像的制約:地物本身的復(fù)雜性；傳感器的性能分類方法的制約：目前的分類方法是基于統(tǒng)計的方法，計算機處理的對象是單個像元，屬于單點分類；地物空間結(jié)構(gòu)的信息沒有利用同物異譜：同類地物具有不同的光譜特征。例如

16、：同一類作物，生長狀態(tài)不同，光譜特征有差異同譜異物：不同的地物可能具有相似的光譜特征。例如：不同的植被類型可能有相似的光譜特征10、提高分類精度(jn d)的方法：一方面從地物(dw)本身的復(fù)雜性著手，一方面從分類方法著手：提高(t go)分類前預(yù)處理的精度、分類樹，所謂的分層分類、混合分類、多種信息的復(fù)合、與GIS的集成、基于目標(biāo)的遙感圖像分類11、直方圖的統(tǒng)計特征：以灰度級為橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)為灰度級的頻率，繪制頻率同灰度級的關(guān)系圖就是灰度直方圖峰值：是最高頻率出現(xiàn)的亮度值，即直方圖曲線上的最高點中值：位于頻率分布的中間，其左邊一半的面積等于右邊一半的面積均值：整個圖像的算術(shù)平均值亮度值范圍和

17、方差可以描述圖像中亮度值的離散程度亮度值范圍是每個波段中最大值和最小值之差方差是所有像元亮度值和均值之差的平均平方值，其平方根值為標(biāo)準(zhǔn)差。標(biāo)準(zhǔn)差越小，圖像中像元亮度值就越集中于某個中心值；反之，標(biāo)準(zhǔn)差越大，亮度值就越分散12、多波段圖像的統(tǒng)計特征：兩個相關(guān)的統(tǒng)計量：協(xié)方差和相關(guān)系數(shù)相關(guān)系數(shù)一般介于+1和-1之間如果兩波段的相關(guān)系數(shù)大于0，則說明兩波段間，一個波段的亮度值增加會引起另一個波段上亮度的增加，相關(guān)系數(shù)越接近1，這種依賴性越明顯；反之，如果相關(guān)系數(shù)小于0，則一個波段的亮度值增加會引起另一個波段上亮度的減小各波段之間的相關(guān)系數(shù)可以用相關(guān)矩陣來表示13、遙感圖像處理軟件的一般功能：圖像文件

18、管理；圖像操作功能；基本圖像處理功能；遙感圖像處理功能；矢量、柵格混合處理以及與地理信息系統(tǒng)的接口14、數(shù)字圖像的表現(xiàn)形式：數(shù)字圖像最基本的單位是像素，像素的屬性特征常用亮度值（或灰度值、DN值）來表示，即該像素位置上亮暗程度的整數(shù)值 像素或像元的屬性：空間位置和灰度。可用矩陣或數(shù)組來描述15、遙感數(shù)字圖像：遙感數(shù)字圖像是數(shù)字形式的遙感圖像亮度值的高低由遙感傳感器所探測到的地物電磁波的輻射強度決定遙感數(shù)字圖像處理是利用計算機圖像處理系統(tǒng)對遙感圖像中的像素進(jìn)行操作的過程16、數(shù)模變化D/A：將離散的數(shù)據(jù)值恢復(fù)為模擬量的過程模數(shù)變換常通過數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的輸出設(shè)備產(chǎn)生亮度圖來完成。一般采用兩種基本

19、形式：硬拷貝圖像顯示打印機、繪圖儀或膠片產(chǎn)生的具體、有形的硬拷貝圖像；視頻圖像顯示通過顯示器屏幕顯示短暫的圖像17、模數(shù)變化A/D（圖像數(shù)字化）地物反射波譜信號都是連續(xù)變化的模擬量。為了分析處理及傳輸存儲的方便，需要把這種模擬量轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字點集模數(shù)變換是將連續(xù)(linx)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為離散數(shù)字點集的過程具體來說，就是把一幅將模擬(mn)圖像經(jīng)過采樣和量化，以二維的數(shù)字陣列記錄其能量分布，即為數(shù)字圖像圖像分割成一個個小區(qū)域（像元或像素），并將各小區(qū)域灰度用整數(shù)來表示，形成(xngchng)一幅點陣式的數(shù)字圖像 18、圖像數(shù)字化采樣和量化采樣：將空間上連續(xù)的圖像變換成離散點的操作稱為采樣采

20、樣間隔和采樣孔徑的大小是兩個很重要的參數(shù)經(jīng)采樣，圖像被分割成空間上離散的像素，但其灰度是連續(xù)的采樣間隔越大，所得圖像像素數(shù)越少，空間分辨率低，質(zhì)量差，嚴(yán)重時出現(xiàn)像素呈塊狀的國際棋盤效應(yīng)采樣間隔越小，所得圖像像素數(shù)越多，空間分辨率高，圖像質(zhì)量好，但數(shù)據(jù)量大 量化：將像素灰度轉(zhuǎn)換成離散的整數(shù)值的過程叫量化經(jīng)采樣圖像被分割成空間上離散的像素，但其灰度是連續(xù)的，還不能用計算機進(jìn)行處理表示像素明暗程度的整數(shù)稱為像素的灰度級（或灰度值或灰度）量化等級越多，所得圖像層次越豐富，灰度分辨率高，圖像質(zhì)量好，但數(shù)據(jù)量大 量化等級越少，圖像層次欠豐富，灰度分辨率低，會出現(xiàn)假輪廓現(xiàn)象，圖像質(zhì)量變差，但數(shù)據(jù)量小19、遙

21、感數(shù)字圖像存儲的方法：以一系列二進(jìn)制的形式記錄圖像的亮度值，并以適合數(shù)字計算的格式存儲在電子存儲設(shè)備上20、遙感數(shù)據(jù)的存儲格式：BSQ、BIL、BIP21、遙感數(shù)字圖像的級別：在遙感圖像的生產(chǎn)過程中，需要根據(jù)用戶的要求對原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的處理，從而構(gòu)成了不同級別的數(shù)據(jù)產(chǎn)品根據(jù)中科院遙感衛(wèi)星地面站的資料，遙感圖像數(shù)據(jù)級別劃分如下：0級產(chǎn)品未經(jīng)過任何校正的原始圖像數(shù)據(jù)1級產(chǎn)品經(jīng)過了初步輻射校正的圖像數(shù)據(jù)2級產(chǎn)品經(jīng)過了系統(tǒng)級的幾何校正3級產(chǎn)品經(jīng)過了幾何精校正（地面控制點）22、傳感器的組成：收集器、探測器、處理器、輸出器23、傳感器分類：按工作方式：被動式傳感器、主動式傳感器按成像原理：攝影成像（小孔成像原理）：分幅式攝影機、掃描成像（依靠探測元件對目標(biāo)地物以瞬時視場為單位進(jìn)行取樣）：（逐點掃描、逐行掃描（推掃式）、面掃描）、雷達(dá)成像按工作方式：成像方式、非成像方式遙感傳感器的幾何投影方式：中心投影類型、多中心投影類型24、掃描成像：大部分航天遙感采用掃描成像兩種掃描方式：光/機掃描成像或撣掃式；推掃式掃描或推帚式掃描逐點或者逐列對地面作垂直飛行方向掃描成