遥感期末复习(1)

1、第一章 概述一、数字图像1.图像的概念 视觉信息 (具有特定信息的一个集合) 人类获得外界信息80%以上都是视觉信息通过各种观察系统: 照相机 摄象机 显微摄象仪 (卫星)扫描仪 成像光谱仪不同的光谱波段: 可见 红外 紫外 超声 X射线 微波图像类型：黑白图像、灰度图像、彩色图像照片画、电脑画、3D画扫描图、设计图航空像片卫星遥感影像生物医学影像医学影像动画立体图图像是客观世界的能量或状态以某种方式在二维平面上的投影,转化成一种可视形式.人类通过感觉、知觉、记忆、认知、搜索、形成概念，直到最终理解和识别视觉刺激. 2.图像处理分类 光学模拟处理 (以傅里叶光学为基础,包括洗印技术)电学处理

2、(光信号=电信号,对之进行处理 TV视频处理)数字处理 (用计算机对数字图像进行处理) 采用离散的技术来处理连续世界的图像图像处理与人的视觉生理、视觉心理及色度学、光学等都有密切关系。3. 视觉系统人类眼球结构平均直径：20mm虹膜： 2mm-8mm控制入光量 视网膜：图像视觉视锥体：中央凹颜色和细节识别 600万-700万 视杆体：亮度识别500万-15000万夜视和昼视彩色视觉模型 经典的三色理论 (T.Young R G B 三类感光组织) 对立色学说 (E.Hering R G Y B 二二对立)人类感光细胞的敏感曲线：三种不同频率响应的视锥细胞，各对红、绿、蓝具有最强的响应，彩色的识

3、别功能。4.从图像到数字图象a. 图像的数学表征 I= f (x,y,z,t,) x y z 空间坐标 t 时间 光波波长表示能量分布(受光辐射源照射后反射或透射的能量或者自身辐射的能量)，而对某一特定时刻的单色平面图像则可用 f(x,y) 表示 表示(x,y)点处的灰度值或亮度值(对于模拟图像f(x,y)为连续函数)数字图象：灰度值的二维数组b. 数字图像的获取和表达 连续图象 数字化 (离散化) = 数字图像空间位置上的数字化采样用一有限 数阵 (MN) 表示一连续图像灰度上的数字化量化灰度取离散的整数值 ( K等级 K=2m m正整数)采样 量化都可等间隔或不等间隔（均匀or非均匀） M

4、 N K 一般取2的整数次幂 数字图像的矩阵表示法关于M、N 及K的讨论: 极限值取决于数字化设备的精度. 理论上 M N K 越大, 数字图像愈逼真.但实用上要考虑实际需要、数据量、效果及使用范围 一般以不失真为限 采样定理: 采样频率大于图像信号最高频率的两倍.（物理点不是数学点,故而采样有点扩散,结果是模糊图像.）彩色图像通常可用三原色(RGB)或三要素(HSB)矩阵表示或用三维矢量矩阵表示遥感多波(谱)段图象多用矢量矩阵 图像的质量与层次、对比度、清晰度有关层次表示灰度级的数量 图像数据的实际层次越多,视觉效果就越好对比度是指一幅图象中灰度反差的大小 对比度=最大亮度/最小亮度 清晰度

5、 与清晰度相关的主要因素：亮度、对比度主题内容的大小：细微层次 颜色饱和度2、 数字图像处理1.数字图像处理的发展: 随着计算机技术的发展而发展 20世纪5060年代 （萌芽期） a. 太空探索计划 非线性失真、几何变形、噪声、电源干扰 b. 生物医学 70年代 （发展期）a. CT技术 RS技术 b.模式识别技术 c. 图像理解 80年代 （普及期）DIP渗透到各个领域 微机 实际需求 计算机视觉 90年代现在 （高新技术发展） 多媒体通信 新器件（光电器件) 新处理器 新结构(并行处理 流水线)l 历史上图像处理例子1921年一幅由电报打印机重建的数字图像 (5个灰度级)1922年照像复制

6、技术应用,在电报接受终端用穿孔带还原图像1929年采用编码图片纸带调制光束,改善了系统底板的感光,使灰度级增加到15个等级.1964年，在美国喷射推进实验室（JPL）首次采用计算机技术改善图像。用计算机处理勘测者7号发回的月球图片，以校正飞船上的电视摄像机各种不同姿态、固有的图像畸变。2.数字图像处理的内容和特点图像处理的内容 数字图像处理的特点:依赖于计算机涉及数学、光学、计算机技术诸方面,也需要直觉和常识灵活、准确、快速、重现性好精度高、可靠性高、抗噪声干扰能力强与信号处理、计算机图形学、模式识别、专家系统、人工智能等众多学科有密切关系. 数字图象处理工作本身的特点：图象处理的数据量大；图

7、象成象和信号数字化过程中有一些特殊问题；图象本身的复杂性和视觉信息处理的针对性；图象信号在空间、频谱和时间上有相关性，表明图象数据中存在信息冗余；许多数字图象处理操作具有空间并行性。 数字图象处理新的研究趋势：多学科领域交叉综合；新理论新方法不断出现；视觉机理研究深入；实现技术研究进展迅速；应用实用化；3.数字图像处理的应用: 航天航空遥感 (资源勘探 环境 气象 测绘 海洋监测 农林)生物医学工程 (CT 核磁共振 细胞、染色体分析)通信工程 (传真 电视 可视电话 网络信息传播)工业工程 (工业探伤 无损检测 材料分析 自动控制 机器人)军事公安 (指纹识别 导弹制导 侦察)文化艺术 (平

8、面设计 广告 电影特技设计 游戏 考古 电脑画)4.数字图像处理系统发展：与计算机技术的发展是同步的 早期：通用大型机+专用I/O设备 软件实现其后：小型机or工作站+图像阵列处理机+软件再后：PC+图像(采集)卡+处理软件目前：PC+软件 今后：一是大规模高速并行处理海量数据，另一是广泛应用PC机纯软件处理.组成: 硬件 图像输入(数字化)设备 主机：大容量存储设备 交互控制设备 图像输出(显示 硬拷贝) 设备 软件 系统软件 图象处理软件 图像数字化设备光电转换 图像采样 模/数转换等设备的组合体：电视摄象数字化仪(摄象管CCD)、微密度计、扫描仪、数码相机、成象光谱仪、多光谱扫描仪图像硬

9、拷贝设备：喷墨打印机 热敏打印机 (喷墨)绘图仪 激光打印机图像显示设备：显示器 （CRT LCD LED） 监视器 投影仪 常见软件系统 : RS系统 I2S ARIES PCI ERDAS ER MAPPER ENVI 桌面处理系统Photoshop Photomagic Photostyler 具图像处理功能的其它系统IDRISI MATLAB MathCAD数字图像的格式(图像数据存贮结构) 通常取决于系统，不同的系统通常有不同的存贮格式。最简单的是用二维数组(对应平面矩阵)存贮各象素的灰度值.图像数据结构a.组合方式 是一个字长存放多个像素灰度值的方式。它能起到节省内存的作用，但导致

10、计算量增加，处理程序复杂。b.比特面方式 按比特位存取像素，即将所有像素的相同比特位用一个二维数组表示，形成比特面。n个比特位的灰度图像采用比特面方式存取就有n个比特面。这种结构能充分利用内存空间，但对灰度图像处理耗时多。c.分层结构 由原始图像开始依次构成像素数愈来愈少的一幅幅图像，就能使数据表示具有分层性，其代表有锥形(金字塔)结构。d.树结构 对于一幅二值图像的行、列都接连不断地二等分，如果图像被分割部分中的全体像素都变成具有相同的特征时，这一部分则不再分割。l 数字图像处理系统的使用：事先阅读说明书、使用手册全面了解系统组织：构成 、文件格式 、类型熟悉各部件的使用方法通常都是交互式操

11、作，了解各参数的意义多使用帮助（Help) 系统第2章 数字图像处理基础一、图像的统计特征1.图像基本统计量(单波段) 均值、中值、众数（出现频率最大的一个灰度值）、标准差、方差 一幅图像的均值和标准差很大程度上反映了图像灰度的数值范围和信息量的多少。均值公式：M=E(X) 方差公式：V=E(X-E(X)2 标准差公式：= V1/2方差标准差2.直方图 图象的灰度直方图是图像中具有某种灰度的象素数目(频数)的函数.直方图是一种灰度值的统计图形，不反映空间位置信息，不同的图像可能有相同的直方图。意义:反映图像概貌 灰度 范围 总色调 反差 众数等直方图的绘制: 定标(确定间隔) 端点处理 统计

12、显示或打印方式 （编程）注意: 单位 方向 原点 横轴 (灰度级) 纵轴(频数)3.多光谱图像的统计特征多光谱(多波段)图像可看成多维随机变量随机向量,每个像元对应于多维空间的一个点。故就可用一多维向量表示。 4. 二维直方图和散点图二、图像处理的算法 1.点运算 点运算将输入图象映射为输出图象，输出图象每个象素点的灰度值仅由对应的输入象素点的值决定。它常用于改变图象的灰度范围及分布，是图象数字化及图象显示的重要工具。 点运算实际上是灰度到灰度的映射过程，设输入图象为A(x,y)，输出图象为B(x,y)，则点运算可表示为:B(x,y)=f A(x,y) 点运算完全由灰度映射函数f决定。显然点运

13、算不会改变图象内象素点之间的空间关系。 2.邻域运算 (局部处理) 像素的邻域：4-邻域、8-邻域、D-邻域 (对角邻域) 邻域运算是指当输出图象中每个象素是由对应的输入象素及其一个邻域内的象素共同决定时的图象运算。 3.迭代处理 反复对图像进行某种运算直至满足给定的条件，从而得到输出图像的处理形式称为迭代处理。4.跟踪处理 选择满足适当条件的像素作为起始像素，检查输入图像和已得到的输出结果，求出下一步应该处理的像素，进行规定的处理，然后决定是继续处理下面的像素，还是终止处理。这种处理形式称为跟踪处理。5.形态学运算是针对二值图象依据数学形态学的集合论方法发展起来的图象处理方法。数学形态学起源

14、于岩相学对岩石结构的定量描述工作，近年来在数字图象处理和机器视觉领域中得到了广泛的应用，形成了一种独特的数字图象分析方法和理论。通常形态学图象处理表现为一种邻域运算形式，一种特殊定义的邻域称之为“结构元素”，在每个象素位置上它与二值图象对应的区域进行特定的逻辑运算，逻辑运算的结果为输出图象的相应象素。形态学运算的效果取决于结构元素的大小、内容以及逻辑运算的性质。常见的形态学运算有腐蚀、膨胀等。三、色彩知识1. 颜色 (物理 生理 心理)颜色对某波段波长有选择的反射而对其它波长吸收的结果a. 色的三要素：色调，颜色种类(取决于主波长)；饱和度，表示颜色的浓淡程度；亮度，人眼感觉到的颜色明暗程度(

15、与光波长有一定关系) b.颜色模型HSB 模型以人类对颜色的感觉为基础，描述了颜色的3 种基本特性：色相是从物体反射或透过物体传播的颜色。在 0 到 360 度的标准色轮上，按位置度量色相。在通常的使用中，色相由颜色名称标识，如红色、橙色或绿色。 饱和度（有时称为彩度）是指颜色的强度或纯度。饱和度表示色相中灰色分量所占的比例，它使用从 0%（灰色）至 100%（完全饱和）的百分比来度量。在标准色轮上，饱和度从中心到边缘递增。 亮度是颜色的相对明暗程度，通常使用从0%（黑色）至100%（白色）的百分比来度量。RGB 模型 绝大多数可视光谱可用红色、绿色和蓝色 (RGB) 三色光的不同比例和强度的

16、混合来表示。在这三种颜色的重叠处产生青色、洋红、黄色和白色。 由于 RGB 颜色合成可以产生白色，因此也称它们为加色。将所有颜色加在一起可产生白色即所有光都被反射回眼睛。加色用于光照、视频和显示器。 CMYK 模型 CMYK 模型以打印在纸上的油墨的光线吸收特性为基础。当白光照射到半透明油墨上时，色谱中的一部分被吸收，而另一部分被反射回眼睛。 理论上，纯青色 (C)、洋红 (M) 和黄色 (Y) 色素合成，吸收所有颜色并生成黑色。这些颜色因此称为减色。由于所有打印油墨都包含一些杂质，因此这三种油墨实际生成土灰色，必须与黑色 (K) 油墨合成才能生成真正的黑色。（为避免与蓝色混淆，黑色用 K 而

17、非 B 表示）将这些油墨混合重现颜色的过程称为四色印刷。(CMY) 和加色 (RGB) 是互补色。每对减色产生一种加色，反之亦然。L*a*b 模型L*a*b 颜色模型是在1931年国际照明委员会 (CIE) 制定的颜色度量国际标准模型的基础上建立的。1976年，该模型经过重新修订并命名为 CIE L*a*b。L*a*b 颜色与设备无关，无论使用何种设备（如显示器、打印机、计算机或扫描仪）创建或输出图像，这种模型都能生成一致的颜色。L*a*b 颜色由亮度或光亮度分量 (L) 和两个色度分量组成：a 分量（从绿色到红色）和 b 分量（从蓝色到黄色）。YIQ彩色模型 (彩色TV-美 日 NTSC)Y

18、UV色彩系统 (彩色TV-欧洲 PAL)色彩匹配 C=rR+gG+bB R=red G= green B= blue r g b 比例系数 r+g+b=1 c.三原色 tricolor（基色） RGB CMY 2.混色方法 加法混色 RGB 反射 （显示器 TV） 减法混色 CMY(K) 吸收 （彩照 印刷 打印）3. 彩色感知人眼内视锥细胞分别对蓝、绿、红光敏感，最终还取决于环境背景及对比度等四、数字图像显示1.显示设备 随机扫描的图形显示器：分辨率高 对比度好 失真小 驱动复杂 成本高 存储管式图形显示器：简单 便宜 分辨率高 失真小 慢速显示 难于局部刷新 光柵扫描式图形显示器：线的亮度

19、不均匀 需大容量帧存 便于表现实体图形 平板显示器：LCD 投影机 等离子 LED2.数字图像的显示 显卡把主机以二进制输出的数字信息变为显示器能够处理的视频信号、同时再加入行频、场频同步信号或其它控制信号，然后通过数据线转送到CRT显示器的内部电路中， 数字图像在显示屏幕上显示时，它的每个像素对应显示器的一个点。显示时采用扫描的方式：电子枪每次从左到右扫描一行，为每个像素着色，然后再从上到下扫描整个屏幕，利用人眼的视觉暂留效应就可以显示出一屏完整的图像。为了防止闪烁，每秒要重复上述过程几十次。我们常说的屏幕分辨率为 1024768 ，刷新频率85Hz，即每行扫描1024个像素，一共要扫描76

20、8行，每秒重复扫描屏幕85次。CRT工作原理 (Cathode Ray Tube 阴极射线管)CRT显示器主要由电子枪(Electron gun)、偏转线圈(Deflection coils)、荫罩(Shadow mask)、荧光粉层(phosphor)和玻璃外壳五部分组成。在荧光屏上涂满了按一定方式紧密排列的红、绿、蓝三种颜色的荧光粉点或荧光粉条，称为荧光粉单元，相邻的红、绿、蓝荧光粉单元各一个为一组，称之为像素。灯丝加热阴极，阴极发射电子，然后在加速极电场的作用下，经聚焦极聚成很细的电子束，在阳极高压作用下，获得巨大的能量，以极高的速度去轰击荧光粉层。这些电子束轰击的目标就是荧光屏上的像素

21、。电子枪发射的三束电子束，它们分别受电脑显卡R、 G、 B三个基色视频信号电压的控制，去轰击各自的荧光粉单元。受到高速电子束的激发，这些荧光粉单元分别发出强弱不同的红、绿、蓝色光。电子束既作水平方向的运动，又作垂直方向的运动。前者形成一行的扫描，称为行扫描，后者形成一幅画面的扫描，称为场扫描。 荫罩(Shadow mask)，它的位置在荧光屏后面(从荧光屏正面看) 约10mm处，为厚度约为0.15mm的薄金属障板，它上面有很多小孔或细槽，和同一组的荧光粉单元即像素相对应。三支电子束经过小孔或细槽后只能击中同一像素中的对应荧光粉单元，因此能够保证彩色的纯正和正确的会聚. 24Hz场频是保证对图像

22、活动内容的连续感觉，48Hz场频是保证图像显示没有闪烁的感觉，这两个条件同时满足，才能显示效果良好的图像。 3. 光柵扫描的工作原理 采用帧存储器映射到屏幕，逐点对应 4.对光柵显示设备的要求 点距 分辨率 带宽：Dot Clock 200MHz H. Freq. 100KHz V. Freq. 70100Hz 失真与变形校正功能 颜色校正功能可通过扩大存储容量(显存)提高分辨率和颜色范围l LCD（液晶显示器）工作原理 Liquid Crystal Display LCD由两块玻璃板构成，厚约1mm，其间由包含有液晶(LC)材料的5m均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都

23、设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧光物质组成的，可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当LCD中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤

24、层的过滤在屏幕上显示出来。 通常，在彩色LCD面板中，每一个像素都是由三个液晶单元格构成，其中每一个单元格前面都分别有红色，绿色，或蓝色的过滤器。这样，通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。 TFT-LCD使用薄膜晶体管（TFT）激活液晶层中的单元格。TFT-LCD技术能够显示更加清晰，明亮的图象。 液晶电视中的液晶显示是一种透射式显示技术，利用薄膜技术做成的电晶体电极，采用扫描的方法主动地控制显示点的开和关，从而控制液晶分子的排列状态，进而改变遮光和透光状态以显示图像。液晶显示本身不发光，需要背光源，因此亮度取决于背光源和液晶本身的透光效率。l 等离子（PDP）是一种利用惰性气

25、体放电的显示技术，采用等离子管作为发光器件，每一个像素对应一个等离子管，在屏幕中发光的等离子管平面均匀分布。这样显示图像的中心和边缘完全一致，不会出现扭曲现象，实现了真正意义上的纯平面。等离子是一种自发光显示技术，不需要背景光源，因此没有LCD显示器的视角和亮度均匀性问题，而且实现了较高的亮度和对比度。而三基色共用同一个等离子管的设计也使其避免了聚焦和汇聚问题，可以实现非常清晰的图像。 等离子体显示器、场致发光阵列显示器（FED）和发光聚合体显示器（LED）的技术将在未来掀起平板显示器的新浪潮。 LED（发光二极管）是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光. 由于

26、其体积小、效率高、寿命长、耗电省，是一种理想的环保的照明光源。广泛应用于显示屏、照明、电子仪表等方面。 LED电视实际上就是用LED做背光源的液晶平板电视。5. 伽玛校正 显示器屏幕输出电压与对应亮度的转换关系曲线，称为伽玛曲线所谓伽玛校正就是对图像的伽玛曲线进行非线性编辑，从而提高图像对比度。 6.调色板 如果一幅图像的每个像素都用RGB分量表示，每个分量有256个等级，需要1个字节表示。那么一个像素的颜色信息需要用3个字节表示，图像文件将变得非常大。实际上并非这样。 对一幅 200200 的16色图像，它共有40000个像素，如果一个像素都用R、G、B三个分量来表示，一个像素需要3个字节，

27、这样保存整个图像要用 2002003 =120000个字节！但用下面的方法表示可以节省很多。 由于图像只有16种颜色，我们可以创建一个颜色表：表中的每一行表示一种颜色的R、G、B值。这样当表示一个像素的颜色时，只需指出该颜色在第几行，即该颜色在表中的索引值。16种状态可以用4位表示，所以一个像素要用半个字节，整个图像要用20020 00.5 ，即20000个字节，再加上颜色表需要 316=48个字节，共20048个字节。它是前面的1/6 。 这里的RGB颜色表，就是通常所说的调色板。在Windows位图中，就用到了调色板技术。 并非所有的彩色图像利用调色板技术，都可以节省字节。24位真彩色图像

28、就不行。真彩色的显示需要大量的视频内存，一幅640480的真彩色图象需要约1MB的视频内存。由于数据量大增，显示真彩色会使系统的整体性能迅速下降。为了解决这个问题，计算机使用调色板来限制颜色的数目。调色板实际上是一个有256个表项的RGB颜色表，颜色表的每项是一个24位的RGB颜色值。使用调色板时，在视频内存中存储的不是图象的24位颜色值，而是调色板的4位或8位的索引。这样一来，显示器可同时显示的颜色被限制在256色以内，对系统资源的耗费大大降低了。显示器可以被设置成16、256、64K、真彩色等显示模式，前两种模式需要调色板。在16或256色模式下，程序必须将想要显示的颜色正确地设置到调色板

29、中，这样才能显示出预期的颜色。下图显示了调色板的工作原理。使用调色板的一个好处是不必改变视频内存中的值，只需改变调色板的颜色项就可快速地改变一幅图象的颜色或灰度。5、 几个基本概念1.线性系统 Linear system定义：设有某特定系统,输入x1(t) 产生y1(t) 输入x2(t) 产生y2(t),则此系统为线性的,当且仅当 输入 x1(t)+x2(t) 产生 y1(t)+y2(t).叠加性:设某线性系统的映射为 即g(x,y)=f(x,y)则 af1(x,y)+bf2(x,y)=af1(x,y)+bf2(x,y)=ag1(x,y)+bg2(x,y) 位移不变性:对某线性系统,若 g(x

30、-,y-)=f(x-,y-) 则称为位移不变的. 可将复杂的输入分解为许多较简单输入的和 线性系统是一数学模型，是指用线性运算子组成的系统2.二维狄拉克(Dirac)函数(冲激函数)3.冲激响应函数 h(x,y) 以二维狄拉克函数(x,y)作为输入的输出函数称为冲激响应函数即h(x,y;,)= (x-,y-) 对位移不变系统 h(x,y;,)= h(x-,y-)冲激响应函数也称为点扩展函数PSF (Point spread function)更一般的:表征线性系统行为的特征函数称为系统的冲激响应.4.卷积 通过两个函数 f 和h 生成第三个函数的一种数学算子，表征函数 f 与经过翻转和平移的h

31、 的重叠部分的累积 线性位移不变系统的输出可通过输入信号与一表征系统特征的函数 h(x,y) (即冲激响应)的卷积而得到5.相关 离散二维卷积算法 G =F H将数组H旋转180并将其原点移至坐标(i,j)然后将这两个数组逐个元素相乘并将得到的积求和即得输出值.第3章 遥感数字图像及处理系统1、 关于遥感二、关于遥感影像1.遥感影像：由(不同)平台上的(各种)传感器采用某种(些)电磁波段所得到的目标景物的影像称之为遥感影像。2.遥感影像的特征：遥感影像表达了目标景物的几何、物理、地学特征。空间分辨率：表明影像细节的可见程度，像素的对应面积地面能分辨的最小单元IFOV 瞬时视场 单个探测元件的受

32、光角度或观测视野 波(光)谱分辨率：表现为波段数，每通道的中心波长，带宽，最小波长间隔(波段多 波段间相关性、冗余度增加) 时间分辨率 采样的重访周期 辐射分辨率 能区分的最小辐射差 探测器的灵敏度(表现为象元的辐射度量化级数)这些特征由平台及传感器的特性及性能决定！重访周期 Landsat 1816 day SPOT 14 day NOAA x hours GOES xx minutes遥感数字图像是数字图像的一个子集，而数字图像又是图像的一个子集。所以遥感数字图像继承了图像和数字图像的所有特点，同时遥感影像又具有自己独有的特点：反映内容的特定性表达尺度的宏观性和空间分辨率的多样性成像波段的

33、独立性和多样性成像机理的复杂性 3.遥感影像数据格式传统格式: BSQ BIL BIP BMP JPG(JPEG) TIFF 新格式 : HDF GeoTIFF 4.遥感影像数据产品 等级 :0 1 2 3 坐标 幅面(大小) 成像时间 (注意天气情况) 波段数5.遥感影像数据的选择根据需要 选择合适的影像 使性价比最高 并非所有应用都需高分辨率!高分辨率(高清晰度)遥感影像 空间分辨率 0.64m ,卫星一般在距地600km左右的太阳同步轨道上运行。其影像广泛应用于精度相对较高的城市内部的绿化、交通、污染、建筑密度、土地、地籍等的现状调查、规划、测绘地图；大型工程选址、勘察、测图和已有工程受

34、损监测等；还可应用于农业、林业、灾害等领域内的详细调查和监测。中分辨率卫星数据 空间分辨率一般在4m30m左右,卫星 一般在700km 900km的近极地太阳同步轨道上运行.而重复(更新)覆盖同一地区的时间间隔为几天至几十天等.它们广泛用于资源调查、环境和灾害监测、农业、林业、水利、地质矿产和城建规划等近50个行业和领域. 低分辨率卫星数据 气象卫星是空间分辨率（清晰度）相对较低的卫星采集（“摄像”）系统，它们就是每天电视气象预报时的“气象卫星云图”，广泛应用于宏观观测的对象，如：大面积植被监测、气象预报和观测海洋表面深度海浪、海冰等。 三、遥感数字图像处理1 .遥感数字图像处理 利用计算机图

35、像处理系统对遥感影像中的像素进行系列操作的过程。以获取实时的真实的有用的信息。 遥感图像处理是地学特色的图像处理，除一般图像处理内容外，还包含： 特定的图像增强技术：力求更真实、更准确地判读地物。 遥感图像分类技术：通过多手段从多波段遥感图像中提取各种地物如土地、植被、污染等的信息，并尽可能提高地物识别的精确度。 遥感图像校正技术：从辐射上、几何上保证图像的精度和数据质量，保证图像准确地落实到大地坐标系中，进而能顺利地与其它来源的GIS数据源进行集成分析。 多种图像采集技术：卫星、航测、雷达等。 此外，还有：图像地理拼合、地形分析、空间分析、制图输出等技术。2. 遥感数字图像处理系统 典型软件

36、：I2S、ARIES、PCI、ERDAS、ER MAPPER、IDRISI、ENVI目前遥感软件系统的特点：各具独特的文件结构、格式，但支持其它多种格式数据視窗化操作模块化功能具3D及VR技术与GIS相结合在线帮助提供二次开发ER MAPPEREarth Resource Mapping（简称ERM）公司成立于1989年，是世界上著名的桌面图像处理软件和影像压缩软件供应商。ER Mapper是大型专业的影像处理软件，在政府、环保、电信、国防安全、农业、森林防火、石油天然气以及矿业等都有成功的应用；IWS是专业海量影像数据网上发布软件；ECW是专业的、优秀的影像压缩软件。ENVI ENVI是美国

37、ITT Visual Information Solutions公司的旗舰产品。ENVI 采用IDL 开发, 是一个功能强大的遥感图像处理软件；它是快速、便捷、准确地从地理空间影像中提取信息的首屈一指的软件解决方案， 提供先进的，人性化的使用工具来方便用户读取、准备、 探测、分析和共享影像中的信息。今天，众多的影像分析师和科学家选择ENVI来从地理空间影像中提取信息。已经广泛应用于科研、环境保护、气象、石油矿产勘探、农业、林业、医学、国防&安全、地球科学、公用设施管理、遥感工程、水利、海洋，测绘勘察和城市与区域规划等行业。 PCI Geomatica PCI Geomatica软件是加拿大PC

38、I公司开发的用于摄影测量分析、遥感影像处理、几何制图、GIS分析、雷达数据分析、以及资源管理和环境监测的多功能软件系统。 随着图像处理技术的日益成熟和发展，其应用领域不断地拓宽。Geomatica作为图像处理软件系统的先驱，以其丰富的软件模块、支持所有的数据格式、 适用于各种硬件平台、 灵活的编程能力和便利的数据可操作性代表了图像处理系统的发展趋势和技术先导。 应用领域：Geomatica不仅可用于卫星和航空遥感图像的处理，还可应用于地球物理数据图像、医学图像、雷达数据图像、光学图像的处理。它的应用领域包括石油天然气勘探、矿产资源勘探、林业、农业、土地资源调查评估与管理、自然灾害动态监测、测绘

39、、环保、城市规划、铁路交通、大规模管道工程设计、沙漠治理、工程建设、气象预报、医学X光片解析、光谱分析、雷达数据分析等非常广泛的领域。 Idrisi Idrisi是美国克拉克大学地理学研究生院开发的以网格为基础的地理信息系统,具备遥感图像数字处理和地理信息功能的综合性地理信息与图像处理系统.应用相当广泛.其Windows版本操作简单,提供在线帮助.在遥感图像处理方面,其功能主要有图像显示、直方图计算和显示、对比度增强、滤波增强、几何校正、空间变换、彩色变换(COLSPACE)、主分量变换（PCA）、监督和非监督分类、多波段图像间的代数运算等. Idrisi中的文件：栅格图象扩展名（.img）、

40、栅格图象描述文件扩展名（.doc）、矢量图象文件扩展名（.vec）、矢量图象描述文件扩展名（.dvc）、属性值文件扩展名（.val）、属性值描述文件扩展名（.dvl）软件使用简单说明 Environment =Environ 显示当前工作目录、单位及各类文件的扩展名. File = List 可分类列出在当前目录(文件夹 exercise)中的所有文件. 栅格图象文件的扩展名为.img，其格式：依次为每个栅格中的象元灰度值，每个值占一行。栅格图象描述文件扩展名.doc 图象的显示: Display = display launcher =选择文件类型 =文件名 = Pallette opiti

41、on 调色板选择（单波段图像选 grey 256 (灰度) or Idrisi 256 , 比较之）直方图操作 1.显示图象 2.从Display菜单下选择Histo模块，查看该图象的直方图:图象拉伸操作 display =Stretch Stretch模块有3种拉伸方式: 即线性拉伸（Linear）、直方图均衡化拉伸（Histogram Equalization）和饱和度线性拉伸（Linear with saturation）。 线性拉伸的思想是设法把指定(或缺省)的灰度范围扩展到新的更宽广的范围(一般是能显示的极限0256)。饱和度线性拉伸方法的思想是：在图象的属性值大致呈正态分布时，给定

42、饱和度（属性值的分布概率），例如2.5(%)，则正态曲线两端小于2.5的部分强制转化为全黑或全白。给定的饱和度值越大，则丢失的信息越多。 直方图均衡化方法可以获得较多的可视信息，但是改变了原图象的直方图假彩色合成 display = composit 现有HOW87TM1、HOW87TM2、HOW87TM3和HOW87TM4四幅单波段遥感图象，分别对应可见光的蓝、绿、红和红外波段，图象均为480行480列。(可用Describe模块查看这些图象的描述特征)把HOW87TM2作为“蓝”波段、HOW87TM3作为“绿”波段、HOW87TM4作为“红”波段（这种合成方法称为假彩色合成，我们用了近红外

43、波段TM4代替了蓝波段TM1，是因为近红外波段中有一些不可见的信息。另外，蓝波段受水体的影响较大）。 滤波处理 Analysis = Image processing = Enhancement = FILTER 主分量变换 Analysis = Image processing = Transform = PCA ERDAS IMAGINE ERDAS IMAGINE 是美国ERDAS 公司开发的遥感图像处理系统。它以其先进的图像处理技术，友好、灵活的用户界面和操作方式，面向广阔应用领域的产品模块，服务于不同层次用户的模型开发工具以及高度的RS/GIS集成功能，为遥感及相关应用领域的用户提供

44、了内容丰富而功能强大的图像处理工具，代表了遥感图像处理系统未来的发展趋势。ERDAS IMAGINE应用领域包括：科研、环境监测、气象、石油矿产勘探、农业、医学、军事（数字地理战场，解译等）、电讯、制图、林业、自然资源管理、公用设施管理、工程、水利、海洋，测绘勘察和城市与区域规划等。 IMAGINE Essentials级是一个花费极少的，包括有制图和可视化核心功能的图像工具软件。借助IMAGINE Essentials可以完成二维三维显示、数据输入、排序与管理、地图配准、专题制图以及简单的分析。可以集成使用多种数据类型，并在保持相同的易于使用和易于剪裁的界面下升级到其它的ERDAS产品。 可

45、扩充模块： （1）Vector模块直接采用GIS工业界领袖ESRI的ArcInfo数据结构Coverage,可以建立、显示、编辑和查询Coverage,完成拓扑关系的建立和修改，实现及矢量图形和栅格图像的双向转换等； （2）Virtual GIS模块功能强大的三维可视化分析工具, 可以完成实时3D飞行模拟， 建立虚拟世界进行空间视域分析，矢量与栅格的三堆叠加，空间GIS分析等； （3）Developers Toolkit模块ERDAS IMAGINE的C语言开发工具包，包含了几百个函数，是ERDAS IMAGINE客户化的基础。 IMAGINE Professional级是面向从事复杂分析，需

46、要最新和最全面处理工具，经验丰富的专业用户。Professional是功能完整丰富的图像地理信息系统。除了Essentials和Advantage中包含的功能以外，IMAG1NE Professional还提供轻松易用的空间建模工具（使用简单的图形化界面），高级的参数非参数分类器，知识工程师和专家分类器，分类优化和精度评定，以及雷达图像分析工具。 可扩充模块： Subpixel Classifier模块 子象元分类器 利用先进的算法对多光谱图像进行信息提取，可达到提取混合象元中占20以上物质的目标。IMAGINE动态连接库 ERDAS IMAGINE 支持动态连接库（DLL）的体系结构。它支持

47、目标共享技术和面向目标的设计开发、提供一种无需对系统进行重新编译和连接而向系统加入新功能的手段，并允许在特定的项目中裁剪这些扩充的功能。 动态连接库： （1）图像格式DLL提供对多种图像格式文件无需转换的直接访问，从而提高易用性 和节省磁盘空间。支持的图像格式包括： IMAGINE、 GRID、LANG1S、 TIFF （GeoTIFF）、 GIF、JFIF（JPEG）、FIT和原始二进制格式。 （2）地形模型DLL提供新类型的校正和定标（calibration），从而支持基于传感器平台的校正模型和用户裁剪的模型。这部分模型包括：Affine、 polynomial、 Rubber sheet

48、ing、TM、SPOT、Single frame Camera等。ERDAS数据格式：ERDAS支持DLL体系结构,支持150多种数据格式,可输出近60种格式数据.1.通用二进制(generic binary)数据格式 BSQ BIL BIP2. IMG格式 ERDAS专用图像文件格式 支持单、多波段遥感影像 存贮图像的有关信息 特殊性:针对同一个影像的多个文件(*.img 、*.rrd,、*.hdr )作为一个整体, 放在同一文件夾内。 ERDAS用图层的形式来管理数据 通常具相同性质的、能完整表示为一张影像的数据作为一层。同一个地方的数据，可以叠加在一起显示 一个波段的影像作为一层；不同的

49、矢量数据作为不同的层；数据层的叠放要符合实际，同一地区点对点的对应菜单命令及其功能ERDAS IMAGINE的图标面板包括菜单条：Session, Main, Tools, Utilities, Help 和工具条两部分。 5项下拉菜单都由一系列命令或选择项组成，这些命令及其功能如下表所示。 Session: 软件系统设置（背景设置） Main：按照类型对所有功能进行分类，分别启动各种类型的功能（总开关） Tools: 针对非图像数据的操作（图像数据的辅助数据） Utilities：针对图像数据的操作 Help：帮助提示 视窗:显示遥感影像和其他数据(矢量注记AOI等)的窗口File菜单：有关

50、各种数据文件的新建打开保存关闭 View菜单：影像显示效果设置其他菜单Raster、AOI菜单：集中了对影像进行数据处理的各种功能 Raster：对影像（栅格数据）进行多种处理和属性设置 Aoi（area of interest 用户感兴趣的区域）：对用户所感兴趣的图像部分进行操作 Vector 菜单：与GIS相结合的一个环境Annotation菜单：有关用于标识和说明的操作第4章 图像变换图像变换是用正交函数或正交矩阵表示图像而对原图像所作的二维线性可逆变换。是将图像从空间域（原图像）变换到转换域（如频率域）等的数学变换(e.g.傅立叶变换将时域或空域信号变换成频域的能量分布描述)。图像变换

51、的目的1. 方便处理 例如: 旋转2. 便于抽取特性 (图象具有低通性)3. 方便数据压缩、编码变换法1. 傅立叶变换(FT)2. 离散余弦变换(DCT)3. 沃尔什-哈达玛变换(WHT)4. 斜变换(SLT)5. 哈尔变换(HAT)6. 离散小波变换(DWT)7. 离散K-L变换(KLT)8. 奇异值分解(SVD变换)一、傅立叶变换 能将满足一定条件的某个函数表示成三角函数（正弦和/或余弦函数）或者它们的积分的线性组合。在不同的研究领域，傅里叶变换具有多种不同的变体形式。好比描述函数的笫二种语言，是线性系统分析的有力工具。依靠它,建立起了非常完善的线性系统理论。傅氏变换在物理学、声学、光学、

52、结构动力学、数论、组合数学、概率论、统计学、信号处理、密码学、海洋学、通讯等领域都有着广泛的应用。 在图像处理领域,傅氏变换和线性系统理论是进行图像恢复和重构的重要手段,在图像压缩、分析方面也有重要应用。 1.连续函数的傅立叶变换 2.离散傅立叶变换 (DFT Discrete FT ) 3.二维离散傅立叶变换的性质a.线性 b.可分离性 c.平移性 d.周期性和共轭对称性 e.旋转不变性 f.比例性(相似性定理) g.微分性质 h.平均值 i.卷积定理: 二、其他离散图像变换1.离散图像变换的一般表达式变换的意义 正变换通常被看作是一个分解过程：将信号向量分解成它的各个基元分量，变换系数则规

53、定了原信号中各分量所占的量。 反变换通常被看作是一个合成过程：通过将各分量相加来合成原始向量，变换系数则规定了为精确、完全地重构输入向量而加入的各个分量大小。2.离散K-L变换 又称 Hotelling变换 主分量变换(PCA) 特征向量变换 是图像变换中具有最佳性质的一种，常常作为标准用来衡量其它变换性能的好坏。以图像的统计特性为基础. 其变换矩阵由图像的协方差矩阵的特征值和特征向量决定,突出优点是去相关好,具最小的变换均方误差.广泛用于数据压缩,也用于图像的特征提取与模式识别.降维:可以通过略去对应于较小特征值的一个或几个特征向量来给Y降维而不致引起明显误差. (数据压缩)变换后的特征具有独立描述图像的本领，方差大，分离模式类的能力强；特征数少，降低算法的复杂度。 计算量大, 无快速算法. 多数情况