1 遙感圖像處理緒論課件

1導論1.1基本概念1）圖像“圖”就是物體透射或者反射光的分布；“像”是人的視覺系統(tǒng)接收圖的信息而在大腦中形成的印象或認識。圖像是對客觀對象的一種相似性的描述或?qū)懻?，它包含了被描述或?qū)懻鎸ο蟮男畔?。圖像處理就是對圖像信息進行加工以滿足人的視覺心理或應圖像處理就是對圖像信息進行加工以滿足人的視覺心理或應用需求的行為。圖像處理的手段有光學方法和電子學(數(shù)字)方法。像素(Pixel)：顯示器屏幕上的點圖像（Imae：像素的集合1遙感圖像處理緒論2）數(shù)字圖像按圖像的明暗程度和空間坐標的連續(xù)性劃分為：數(shù)字圖像和模擬圖像數(shù)字圖像：是指被計算機存儲、處理和使用的圖像，是一種空間坐標和灰度均不連續(xù)的用離散數(shù)學表示的圖像模擬圖像（光學圖像）:是指空間坐標和明暗程度都連續(xù)變模擬圖像（光學圖像）：是指空間坐標和明暗程度都連續(xù)變化的、計算機無法直接處理的圖像，它屬于可見圖像。模擬圖像與數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換:模圖像與數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換模圖像與數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換

A/D:把模擬圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換 D/A:把數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換成模擬圖像稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換數(shù)字圖像處理(DigitalImageProcessing)是通過計算機對圖像進行去除噪聲、增強、復原、分割、提取特征等處理的方法和技術。1遙感圖像處理緒論1.2數(shù)字圖像處理的應用目的及內(nèi)容一般來講，圖像處理系統(tǒng)都需要由計算機和圖像專用設備組成，實現(xiàn)對圖像數(shù)據(jù)進行輸入專用設備組成，實現(xiàn)對圖像數(shù)據(jù)進行輸入、加工和輸出。對圖像進行處理(或加工、分析)的主要目的有三個方面：(1)提高圖像的視感質(zhì)量，如進行圖像的亮度、彩色變換，增強、抑制某些成分，對圖像進行幾何變換等等，以改善圖像的質(zhì)量。1遙感圖像處理緒論(2)提取圖像中所包含的某些特征或特殊信息，這些被提取的特征或信息往往為計算機分析圖像提供便利。提取特征或信息的過程是模式識別或計算機視覺的預處理。提取的特征可以包括很多方面，如頻域特征、灰度或顏色特征、邊界特征、區(qū)域特征、紋理特征、形狀特征、拓撲特征和關系結(jié)構(gòu)等。(3)圖像數(shù)據(jù)的變換、編碼和壓縮,以便于圖像的存儲和傳輸。1遙感圖像處理緒論其研究的內(nèi)容主要有：(1)圖像獲取和圖像表現(xiàn)階段主要是把模擬圖像信號轉(zhuǎn)化為計算機所能接受的數(shù)字形式，以及把數(shù)字圖像用所需要的形式顯示出來。(2)圖像復原，當造成圖像退化的原因已知時，復原技術可用來進行圖像的校正用來進行圖像的校正。復原技術是基于模型和數(shù)據(jù)的圖像恢復，其目的是消除退化的影響，從而產(chǎn)生一個等價于理想成像系統(tǒng)所獲得的圖像。(3)圖像增強，當無法知道與圖像退化有關的定量信息時，可以使用圖像增強技術較為主觀地改善圖像的質(zhì)量。1遙感圖像處理緒論(4)圖像分析對圖像中的不同對象進行分割、特征提取和表示，從而有利于計算機對圖像進行分類、識別別、理解或解釋。(5)圖像重建由圖像的多個維投影重建該圖像，可看成是特殊的圖像復原技術。(6)圖像編碼和壓縮對圖像進行編碼的主要目的是為了壓縮數(shù)據(jù)便于存儲和傳輸一些編碼方了壓縮數(shù)據(jù)，便于存儲和傳輸。當前的些編碼方法對圖像分析和圖像加密也有越來越多的應用。1遙感圖像處理緒論數(shù)字圖像處理的工具可分為三大類：第一類包括各種正交變換和圖像濾波等方法，其共同點是將圖像變換到其它域(如頻域)中進行處理(如濾波)后，再變換到原來的空間(域)中；第二類方法是直接在空間域中處理圖像，它包括各種統(tǒng)計方法、微分方法及其它數(shù)學方法；第三類是數(shù)學形態(tài)學運算，它不同于常用的頻域和空域的方法，是建立在積分幾何和隨機集合論的基礎上的運算。由于被處理圖像的數(shù)據(jù)量非常大且許多運算在本質(zhì)上是并行的，所以圖像并行處理結(jié)構(gòu)和圖像并行處理算法也是圖像處理中的主要研究方向。1遙感圖像處理緒論1.3數(shù)字圖像處理的特點及應用1）數(shù)字圖像處理的特點（1）數(shù)字圖像處理的信息大多是二維信息，處理信息量很一幅256×256低分辨率黑白圖像，要求約64kbit的數(shù)大。如幅56×56低分辨率黑白圖像，要求約64kbit的數(shù)據(jù)量；對高分辨率彩色512×512圖像，則要求768kbit數(shù)據(jù)量；如果要處理30幀/秒的電視圖像序列，則每秒要求數(shù)據(jù)量。因此對計算機的計算速度500kbit～22.5Mbit數(shù)據(jù)量。因此對計算機的計算速度、存儲容量等要求較高。（2）數(shù)字圖像處理占用的頻帶較寬。與語言信息相比，占用的頻帶要大幾個數(shù)量級。如電視圖像的帶寬約5.6MHz，4kHz左右。所以在成像、傳輸、存儲、處理、而語音帶寬僅為左右所以在成像傳輸存儲處理顯示等各個環(huán)節(jié)的實現(xiàn)上，技術難度較大，成本亦高，這就對頻帶壓縮技術提出了更高的要求。1遙感圖像處理緒論（3）數(shù)字圖像中各個像素是不獨立的，其相關性大。在圖像畫面上，經(jīng)常有很多像素有相同或接近的灰度。就電視畫面而言，同一行中相鄰兩個像素或相鄰兩行間的像素，其相關系數(shù)達上相鄰關系數(shù)可達0.9以上，而相鄰兩幀之間的相關性比幀內(nèi)相關性一般說還要大些。因此，圖像處理中信息壓縮的潛力很大。（4）由于圖像是三維景物的二維投影，一幅圖象本身不具備復現(xiàn)三維景物的全部幾何信息的能力，很顯然三維景物背后部分信息在二維圖像畫面上是反映不出來的。因此，要分析和理解三維景物必須作合適的假定或附加新的測量，例如像多點像在解維雙目圖像或多視點圖像。在理解三維景物時需要知識導引，這也是人工智能中正在致力解決的知識工程問題。1遙感圖像處理緒論（5）數(shù)字圖像處理后的圖像一般是給人觀察和評價的因此受人的因素影響較大的，因此受人的因素影響較大。由于人的視覺系統(tǒng)很復雜，受環(huán)境條件、視覺性能、人的情緒愛好以及知識狀況影響很大及知識狀況影響很大，作為圖像質(zhì)量的評價還有待進一步深入的研究。另一方面，計算機視覺是模仿人的視覺，人的感知機理必然影響著計算機視覺的研究。1遙感圖像處理緒論2）數(shù)字圖像處理的優(yōu)點（1）再現(xiàn)性好；數(shù)字圖像處理與模擬圖像處理的根本不同一系列變換操作在于，它不會因圖像的存儲、傳輸或復制等系列變換操作而導致圖像質(zhì)量的退化。只要圖像在數(shù)字化時準確地表現(xiàn)了原稿，則數(shù)字圖像處理過程始終能保持圖像的再現(xiàn)。（2）處理精度高；按目前的技術，幾乎可將一幅模擬圖像數(shù)字化為任意大小的二維數(shù)組數(shù)字化為任意大小的二維數(shù)組，這主要取決于圖像數(shù)字化設備的能力。不過為了要把處理精度提高一個數(shù)量級，就要大幅度地改進處理裝置，這在經(jīng)濟上是極不合算的。1遙感圖像處理緒論（3）適用面寬；圖像可以來自多種信息源，它們可以是可見光圖像，也可以是不可見的波譜圖像（例如X射線圖像射線圖像如X射線圖像、射線圖像、超聲波圖像或紅外圖像等）。從圖像反映的客觀實體尺度看，可以小到電子顯微鏡圖像大到航空照片子顯微鏡圖像，大到航空照片、遙感圖像甚至天文望遠鏡圖像。即只要針對不同的圖像信息源，采取相應的圖像信息采集措施相應的圖像信息采集措施，圖像的數(shù)字處理方法適用于任何一種圖像。1遙感圖像處理緒論（4）靈活性高；圖像處理大體上可分為圖像的像質(zhì)改善、圖像分析和圖像重建三大部分，每一部分均包含豐富的內(nèi)容包含豐富的內(nèi)容。由于圖像的光學處理從原理上講只能進行線性運算，這極大地限制了光學圖像處理能實現(xiàn)的目標能實現(xiàn)的目標。而數(shù)字圖像處理不僅能完成線性運算，而且能實現(xiàn)非線性處理，即凡是可以用數(shù)學公式或邏輯關系來表達的式或邏輯關系來表達的一切運算均可用數(shù)字圖像處理實現(xiàn)。1遙感圖像處理緒論3）數(shù)字圖像處理的應用領域(1)通信，包括圖像傳輸、電視電話、電視會議。(2)宇宙探測隨著太空技術的發(fā)展，需要用數(shù)字圖像處理技。(3)遙感，分航空遙感和航天遙感。遙感圖像需要用圖像處術理技術加工處理并提取有用的信息。可用于地質(zhì)、礦藏勘探和森林、水利、海洋、農(nóng)業(yè)等資源的調(diào)查；自然災害預測預報環(huán)境污染監(jiān)測報；環(huán)境污染監(jiān)測；氣象衛(wèi)星云圖處理以及用于軍事目的的地面目標識別。1遙感圖像處理緒論(4)生物醫(yī)學領域中的應用，X射線、超聲、顯微圖像分析、計算機斷層攝(即CT)分析和重建等。(5)工業(yè)生產(chǎn)中的應用，主要有產(chǎn)品質(zhì)量檢測、生產(chǎn)過程的自動控制、計算機輔助設計與制造等。軍事公安檔案等其它方面的應用軍事(6)軍事、公安、檔案等其它方面的應用，軍事目標的偵察、制導和警戒系統(tǒng)、自動火器的控制及反偽裝;公安部門的現(xiàn)場照片指紋手跡印章人像等的進一步處理和辨識照片；指紋、手跡、印章、人像等的進一步處理和辨識；歷史文字和圖片檔案的修復和管理；以及其它方面圖像信息的、記錄、處理和文字自動識別等。1遙感圖像處理緒論(7)機器人視覺，作為智能機器人的重要感覺器官，進行三維景物的理解和識別主要用于軍事偵察維景物的理解和識別