遥感原理与应用第4章

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 遥感图像坐标系统遥感数字图像的存储 遥感数字图像处理系统4.1 图像的表示形式 传感器根据地面反射或发射的电磁波强度，以不同亮度表示在遥感图像上 遥感传感器记录地物电磁波的形式 胶片形式 （光学图像）数字形式 （数字图像）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 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数字图像0123456n-1x0161410823130222418151

2、1616612864323240454521616141411151724243234383161616161414816222428364159416151717141210122251371215161918161412141861210111413871610814263630282830303016162624834363224222222282424206m-1363220202628262622242022光学图像与数字图像的转换 光学图像光学图像数字图像（采样、量化）数字图像（采样、量化） 数字图像数字图像光学图像（彩色合成）光学图像（彩色合成）光学图像转换为数字图像 把一个连续

3、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 空间坐标数字化 采样间隔X、Y的大小，取决于图像的频谱。如果抽样间隔满足 则图像能完整地恢复。fc为截止频率。cf21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）编码采样和量化过程采样和量化采样量化采样和量化采样量化255 0 光学图像转换为数字图像彩色合成彩色合成red+green=yellowgreen+blue=cyanred+blue=

4、magenta彩色合成常见颜色组合 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,

5、128) 亮灰色亮灰色RGB(192,192,192)RGB(192,192,192)单波段图像TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7波段组合TM3TM4TM5通道通道通道TM 5+4+3多波段图像TM7,4,1TM5,7,2TM5,4,3TM4,3,2通道通道通道242562544.2 遥感图像坐标系统 遥感图像是地理信息的表达方式，具有坐标系、比例尺、像点坐标、单位。 地理坐标系（GCS） 投影坐标系（PCS）4.2.1 地理坐标系 地理坐标系是球面坐标系，经纬度为存储单位 椭球体Ellipsoid（Krassovsky、IAG75、WGS84） 大地基准面Datum（北京54、西安8

6、0、 WGS84 ） 地理变换：不同地理坐标系的遥感图像（三参数、七参数）4.2.2 投影坐标系 地球投影：地球椭球面的地理坐标转化为平面直角坐标。 按变形性质：等角投影、等积投影、任意投影 投影是在基准地理坐标系上进行，因此遥感图像中包含的信息包括椭球体、大地基准面、投影方式。 投影变换：不同地图投影的遥感图像4.3 遥感数字图像的存储 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

7、式：BMP, TIFF, GIF, PCX, PSD, MrSID, HDF, BILR R R R R R R R RG G G G G G G G GB B B B B B B B B R R R R R R R R RG G G G G G G G G B B B B B B B B BBIPR G B R G B R G BR G B R G B R G BR G B R G B R G BR G B R G B R G BR G B R G B R G BR G B R G B R G BBSQR R R R R R R R RR R R R R R R R RR R R R R R

8、 R R RG G G G G G G G GG G G G G G G G GG G G G G G G G GB B B B B B B B BB B B B B B B B BB B B B B B B B BTIFF 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。File HeaderImage File Directory(IFD)Byte order Version nu

9、mber (42)Offset to first IFDNumber of entriesDirectory entry 0 (12 bytes)Directory entry n (12 bytes)Point to next IFD or 0(4bytes)Tag codeType of dataLength of field in bytesPointer to data or the data itselfTIFF file TIFF文件头占用文件头占用8byte，其中，其中“MM”和和“II”分别分别表示表示Motorola和和Intel字节顺序。字节顺序。Intel字节顺序按字节顺

10、序按照从低位到高位的顺序排序，而照从低位到高位的顺序排序，而Motorola顺序按顺序按照相反的顺序排序。照相反的顺序排序。 IFD的头两个字节给出目录的索引项的数目。紧的头两个字节给出目录的索引项的数目。紧接着就是目录。每个目录索引项都是一个保存有接着就是目录。每个目录索引项都是一个保存有与相应标签化字段有关的信息的与相应标签化字段有关的信息的12byte结构。结构。IFD以一个以一个4byte的值结束。该值为的值结束。该值为0，表示最后，表示最后一个一个IFD的结束，否则它就是指向另一个的结束，否则它就是指向另一个IFD的指的指针。针。Tag标签TagNameDecimalHexTypeV

11、alueImageWidth 256 100 SHORT or LONGImageLength 257 101 SHORT or LONGBitsPerSample 258 102 SHORT 4 or 8Compression 259 103 SHORT 1 or 32773PhotometricInterpretation 262 106 SHORT 0 or 1StripOffsets 273 111 SHORT or LONGRowsPerStrip 278 116 SHORT or LONGStripByteCounts 279 117 LONG or SHORTXResolutio

12、n 282 11A RATIONALYResolution 283 11B RATIONALResolutionUnit 296 128 SHORT 1 or 2 or 3GeoTIFF GeoTIFF支持的三种坐标空间：栅格空间（TIFF6.0）、设备空间（TIFF6.0） 、模型空间（ GeoTIFF）。 模型空间：地理坐标系、地心坐标系、投影坐标系、高程坐标系。 地理标签（GeoTag）：记录坐标信息 地理键（GeoKey）：记录投影信息4.3 遥感数字图像处理系统 硬件系统 软件系统4.3.1 遥感数字图像处理的硬件系统4.3.2 遥感数字图像处理的软件系统 ERDAS PCI ENV

13、I eCognitionERDAS IMAGINE 美国ERDAS公司开发 现由Leica收购 模块化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 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。 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

14、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。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。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。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

15、。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。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，神经网络生成，区域分析，GIS联接，正射影象图生成及DEM提取（航片，光学卫星，雷达卫星），三维图像生成等。 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 ENVI矢量