第4章遥感图像数字处理的基础知识 遥感原理与应用教学课件

1 第四章 遥感图像数字处理的基础知识 2 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 遥感数字图像处理系统 遥感图像处理系统与GIS和GPS的集成 3 4 1 图像的表示形式 遥感传感器记录地物电磁波的形式 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 光学图像和数字图像的优缺点 4 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 0 f x y 5 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 和密度上都已离散化 6 数字图像 0123456 n 1 x 01614108231 3022241815 11616612864 3232404545 216161414111517 2424323438 31616161614148 1622242836 4159416151717 1412101222 51371215161918 1614121418 6121011141387 161081426 36302828303030161626248 34363224222222282424206 m 1363220202628262622242022 7 255 0 8 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 9 采样 空间坐标数字化 量化 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 10 采样和量化过程 11 采样和量化 采样量化 12 采样和量化 采样量化 13 彩色合成 red green yellow green blue cyan red blue magenta 14 彩色合成 15 常见颜色组合 黑色黑色RGB 0 0 0 RGB 0 0 0 白色白色RGB 255 255 255 RGB 255 255 255 红色红色RGB 255 0 0 RGB 255 0 0 绿色绿色RGB 0 255 0 RGB 0 255 0 蓝色蓝色RGB 0 0 255 RGB 0 0 255 黄色黄色RGB 255 255 0 RGB 255 255 0 紫色紫色RGB 255 0 255 RGB 255 0 255 青色青色RGB 0 255 255 RGB 0 255 255 暗灰色暗灰色RGB 128 128 128 RGB 128 128 128 亮灰色亮灰色RGB 192 192 192 RGB 192 192 192 16 HSI模型 HSI模型 量化颜色三属性 H色调 取值0 360 S饱和度 取值0 1或0 100 I亮度 取值0 1或0 100 I H S 17 18 19 20 21 RGB HSI 3 1 BGRI min 3 1BGR BGR S 5 02 1 2 1 BGBRGR BRGR COSH 22 HSI RGB 0 H 120 3 60cos cos 1 1 BRIG I H HS R ISB 120 H 240 3 180cos 120cos 1 1 GRIB I H HS G ISR 3 300cos 240cos 1 1 BGIR I H HS B ISG 240 H 360 23 单波段图像 TM1 TM2 TM3 TM4 TM5 TM6 TM7 24 波段组合 TM3 TM4 TM5通道 通道 通道 TM 5 4 3 25 多波段图像 TM 7 4 1 TM 5 7 2 TM 5 4 3 TM 4 3 2 26 通道 通道 通道 242 56 254 27 4 2 遥感图像的坐标系统 遥感影像获取过程中 传感器获得的是地 球表面的影像 该影像为地表局部区域的平 面表现 这种影像用于后续处理时 面临一 个影像标准统一的问题 因此 对获取的遥 感影像要进行坐标系的统一 28 4 2 遥感图像的坐标系统 地理坐标系 北京54坐标系 西安80坐标系 WGS84坐标系 投影坐标系 投影需要一个基准地理坐标系 投影都基于这个 坐标系所确定的椭球和大地基准面进行 进过处 理的遥感图像都包含这些信息 如椭球 大地基 准面及投影方式等 有了这些信息 可以确定图 像中每个像元所对应的地面坐标 29 4 3 遥感数字图像的存贮 存储介质 存储格式 30 4 3 1 存贮介质 磁带 磁盘 光盘 闪存 31 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 GeoTIFF 其他常见图像数据格式 BMP TIFF GIF PCX PSD MrSID HDF 32 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 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 33 34 GeoTIFF GeoTIFF在TIFF格式基础上引入了新的坐标 空间 从而使得遥感数据直接与地理信息 建立联系 方便使用 GeoTIFF目前支持三种坐标空间 栅格空间 设备空间和模型空间 35 BMP BMP是一种与硬件设备无关的图像文件格式 使用非常广 它采用位映射存储格式 除了图像深度可选以外 不采用 其他任何压缩 因此 BMP文件所占用的空间很大 BMP文件的图像深度可选lbit 4bit 8bit及24bit BMP文 件存储数据时 图像的扫描方式是按从左到右 从下到上 的顺序 图像数据图像数据 调色板调色板 文件头文件头 36 TIFF 标签化图象文件格式 Taggen Image File Format TIFF 由Aldus公司与Microsoft公司共同开发设计 的图像文件格式 TIFF格式可以存储多幅 图像 TIFF图像数据可分割成几个部分分 别存档 还能够提供多种不同的压缩数据 的方法 37 JPG JPEG是Joint Photographic Experts Group 联合图像专家组 的缩写 文件后辍 名为 jpg 或 jpeg 支持多种压缩级别 压缩比率通常在10 1 到40 1之间 38 GIF GIF Graphics Interchange Format 的原 义是 图像互换格式 基于LZW算法的连续色调的无损压缩格式 其压缩率一般在50 左右 最高压缩比可 达到3 1 GIF的图像深度支持从lbit到8bit 39 4 4 遥感数字图像处理系统 硬件系统 软件系统 40 4 4 1 遥感数字图像处理的硬件系统 数字计算机 大容量 存储器 数字化器操作台 显示器和 输出外设 扫描仪 数字化 仪 数码相机 数码摄像机 键盘 鼠标 游戏手柄 磁盘 光盘 磁带 磁光盘 显示器 打印 机 绘图机 41 4 4 2 遥感数字图像处理的软件系统 ERDAS ENVI PCI ECognition 42 ERDAS IMAGINE 美国EROAS公司开发 现由Leica收购 模块化 43 ERDAS模块 菜单 图像显 示视窗 输入输 出 数据准 备 制图遥感图 像解译 数据管 理 图像分 类 可视化 建模 矢量数 据工具 雷达分 析 三维虚 拟GIS 正射校 正 立体成 像 44 用于栅格 矢量数据的显示 其菜单中包括一些基本 的查看和处理工具 如 合成图像的波段选择 栅格数据 矢量数据的信息查询 缩放 漫游 常规方式增强 栅格编辑 矢量编辑 AOI 感兴趣区域 编辑 各种数据格式的输入 输出转换 三种介质 光盘 磁带 磁盘文件 45 数据准备 包括 创建新图像 空的 创建三维表面 切割子图像 图像校正 图像镶嵌 图像投影变换 重新计算高程数据等 制图 包括 遥感地图创建 遥感地图编辑 遥感地图输出 等等 46 遥感图像解译 包括 图像空间域增强 辐射增强 灰度扩展变换等 光谱增强 各种特征变换 高光谱分析 GIS分析 地形地貌分析 其他实用程序 以文件方式实现对图像数据库的创建 编辑 查询等管理 47 图像分类 包括 非监督分类 监督分类 知识分类器 光谱分析 其他实用工具 如特征编辑器等 可视化建模工具 调用Imagine中的基本功能 函数实现用户设计的模型 48 矢量工具 实现矢量图层的创建 删除 输入 输 出 对矢量数据进行编辑 建立拓扑关系等等 雷达数据处理 干涉方法和立体相对方法提取DEM 雷达图像正射校正 雷达解译等等 虚拟GIS 从DEM和遥感影像生成具有真实感的三维 景观 并可根据指定路径漫游 根据DEM对遥感影像进行正射校正 根据DEM和遥感影像生成可立体观察的景观 需要 另外的硬件支持 49 50 ENVI The Environment for Visualizing Images 美国ITT Visual Information Solutions公司的旗舰 产品 IDL 接口定义语言 开发 常规处理 几何校正 定标 多光谱分析 高光 谱分析 雷达分析 地形地貌分析 矢量应用 神经网络分析 区域分析 GPS联接 正射影象 图生成 三维图像生成 丰富的可供二次开发调 用的函数库 制图 数据输入 输出 51 ENVI 矢量矢量 GIS 数据数据 打印打印 2D 和和 3D 影像显示影像显示 配准和正射校正配准和正射校正 影像取子区及镶嵌影像取子区及镶嵌 影像信息提取影像信息提取 制图制图 网上发布网上发布 归档归档 界面改进界面改进 二次开发二次开发 IDL 开发开发 3D 可视分析可视分析 高程数据高程数据 航空 航天 雷达影像航空 航天 雷达影像 GPS 数据数据 基础上 52 53 PCI 加拿大PCI公司开发 模块化 常规处理模块 几何校正 大气校正 多光谱分 析 高光谱分析 摄影测量 雷达成像系统 雷 达分析 极化雷达分析 干涉雷达分析 地形地 貌分析 矢量应用 神经