大学课件 林业遥感 第七讲 遥感数字图像处理图像处理的基本原理 (nxpowerlite)

1、第七讲 遥感图像的处理原理与方法 图像处理的根本概念主要内容：数字图像的概念数字图像的描述遥感图像处理遥感图像处理软件数字图像校正林业遥感教学组数字图像恢复数字图像镶嵌图像增强图像变换图像融合一 数字图像的概念图像的数字化 所谓的图像数字化是指将模拟图像经过离散化之后，得到用数字表示的图像。林业遥感教学组数字图像Digital Image的概念 二维离散的光密度(或亮度)函数，相对于光学影像，它在空间函数(，)和密度上都已离散化，空间函数、仅取离散值， 其中：=0，1，2，-1；=0，1，2，-1；、为离散化函数间隔，同时(，)也取离散值，一般取0，1，255 。一 数字图像的概念林业遥感教学

2、组二 数字图像的描述数字图像的表示方法 1. 黑白图像：是指图像的每个像素只能是黑或者白，没有中间的过渡，故又称为值图像。2值图像的像素值为0、1。林业遥感教学组二 数字图像的描述数字图像的表示方法 2. 灰度图像：灰度图像是指每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的图像，没有彩色信息。林业遥感教学组灰度图像林业遥感教学组二 数字图像的描述数字图像的表示方法 3. 彩色图像：彩色图像是指每个像素的信息由RGB三原色构成的图像，其中RBG是由不同的灰度级来描述的。林业遥感教学组林业遥感教学组二 数字图像的描述数字图像的表示方法 4. 伪彩色图像：由于人眼分辨不同彩色的能力比分别不同的灰度级的能力

3、强，因此，把人眼无法区别的灰度变化，施以不同的彩色来提高识别率，这便是伪彩色增强的根本依据。林业遥感教学组伪彩色图像林业遥感教学组二 数字图像的描述数字图像的表示方法 5. 假彩色图像：假彩色是指将一幅彩色图像映射为另一幅彩色图像，从而到达增强比照度的目的。林业遥感教学组假彩色图像林业遥感教学组二 数字图像的描述数字图像的表示方法 林业遥感教学组真彩色图像 6. 真彩色图像：模拟现实世界的彩色图像。三 遥感图像处理遥感数字图像处理 概念：利用数字计算机或其它高速、大规模集成数字硬件，对从遥感图像信息转换来的数字电信号进行某些数字运算或处理如去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等，以期提高遥感图

4、像的质量以到达人们所要求的某些预期结果。林业遥感教学组图像处理的目的 提高遥感图像的视感质量 ，以改善遥感图像的质量，如进行图像的亮度、彩色变换等； 提取遥感图像中所包含的某些特征或特殊信息 ，为计算机分析图像提供便利 ，如灰度或颜色特征、边界特征、区域特征、纹理特征等； 遥感图像数据的变换、编码和压缩，以便于图像的存储和传输 。三 遥感图像处理林业遥感教学组遥感数字图像的记录介质 磁带8mm、CCT 、光盘CD-ROM、 DVD-ROM 遥感数字图像的记录方式 1. BSQBand Sequential Format ：按波段顺序排列，像素号顺序，行号顺序，波段顺序 ； 2. BILBand

5、 Interleaved by Line：按扫描顺序记录图像数据，对每一行中代表一个波段的光谱值进行排列，然后按波段顺序排列该行，最后对各行进行重复，像素号顺序，波段顺序，行号顺序； 3. BIPBand Interleaved by Pixel：按像素顺序记录图像数据，在一行中按每个像素的波段顺序排列，属各波段数据间交叉记录方式，波段顺序，像素号顺序，行号顺序； 4. HDFHierarchical Data Format ：一个头文件和一个或多个数据对象构成 。三 遥感图像处理林业遥感教学组遥感图像的获取方式(1) 摄影成像 照相机曝光(2) 扫描成像 CCD扫帚式扫描仪，电视摄像机(3)

6、 雷达成像三 遥感图像处理林业遥感教学组遥感图像的获取过程林业遥感教学组遥感数字图像处理软件 1. ER Mapper： 由澳大利亚EARTH RESOURCE MAPPING公司以下简称ERM开发，它除了具有传统图像处理功能外，它在开发起点和设计思想等方面完全区别于早期的传统图像处理系统 ，表现在：独特的软件设计思想，算法概念贯穿整个图像处理过程，更适用于大型工程的图像处理作业；数据高比例压缩算法的应用，最大幅度的节约用户硬件投资。目前最新版本为7.0。四 遥感图像处理软件林业遥感教学组遥感数字图像处理软件 2. Envi： 由美国RSI公司 开发，ENVI是遥感专家利用IDL，将最新的遥感

7、技术研究成果与应用相结合所开发的商业遥感软件，它不仅简单易用、功能全面，而且针对具体应用的特殊要求，用户可以利用 IDL 简单快速地增加自己的功能而无须熟悉计算机语言。目前最新版本为4.2。 四 遥感图像处理软件林业遥感教学组遥感数字图像处理软件 3. Erdas ： 美国Leica公司开发的遥感图像处理系统，应用广泛。目前最新版本为8.7。四 遥感图像处理软件林业遥感教学组图像校正概念 消除遥感图像因辐射度失真、大气消光和几何畸变等造成的图像质量的衰减 ，包括辐射校正、大气校正和几何校正。 辐射校正：指消除图像中由传感器、太阳高度及地形引起的依附在辐射亮度里的各种失真过程 ； 大气校正：指消

8、除由大气的吸收、散射等引起失真的辐射校正； 几何校正：指纠正由系统或非系统因素引起的图像变形，包括几何粗校正和几何精校正 。五 数字图像校正林业遥感教学组图像校正的方法 1. 辐射校正：一是分析辐射失真的过程，建立辐射失真的数学模型，然后对此数学模型求逆过程，用此逆过程求得遥感图像失真前的图像；二是利用实地测量的地物的真实辐射值，寻找实测值与失真之后的图像之间的经验函数关系，从而得到辐射校正的方法。 2. 大气校正：一类为基于理论模型的方法，该方法必须建立大气辐射传递方程，在此根底上近似地求解；另一类方法为基于经验或统计的方法，如回归分析方法。五 数字图像校正林业遥感教学组图像校正的方法 3.

9、 几何粗校正：一般地面站提供的遥感图像数据都已经处理过了。 4. 几何精校正：通过对遥感图像上的各种畸变用适合的数学模型进行模拟，建立原始图像和标准空间的对应关系，把畸变空间的元素变换到标准空间中去。五 数字图像校正林业遥感教学组图像几何精校正实例五 数字图像校正林业遥感教学组高分辨率图像几何精校正过程 以GPS控制测量为例 利用GPS测量精度高的特点，测量遥感数字图像上一定数量点的坐标，将其作为控制点Ground Control Points, GCP对影像进行精校正。五 数字图像校正林业遥感教学组 首先，根据遥感影像精校正的要求设置控制点GCP； 其次，在GCP中参加至少3个点，根据GPS

10、仪器的数量设置测量方案，野外测量； 第三，内业解算测量结果； 第四，利用控制点对遥感影像进行精校正。高分辨率图像几何精校正过程五 数字图像校正林业遥感教学组控制点GCP在QuickBird影像上的分布图 GCP需满足的条件 首先，分布均匀； 其次，满足软件中校正方法所要求的最少GCP个数； 第三，能够精确定位图上与实地一一对应； 第四，各控制点的均方根误差RMS必需控制在一个像元以内 。林业遥感教学组 首先，引入点通常为国家一等或二等水准控制点，作为解算GCP的基准两个和结果验证一个； 其次，为保证GPS网平差后坐标精度的均匀性以及减少尺度比误差，起算点尽量构成长边图形； 第三，网络最优化。

11、GPS测量网的布设五 数字图像校正林业遥感教学组GPS测量网在QuickBird影像上的分布图林业遥感教学组 外业测量安置GPS仪天线定向林业遥感教学组 GPS外业测量本卷须知 观测组各接收机应严格按调度表规定的时间进行作业，确保同步观测同一组卫星。当情况有变化需要修改调度方案时，应经作业队负责人同意，并将调整后的调度方案公告各观测组，观测组不得擅自更改方案；在一个时段观测过程中，接收机不得关闭又重新启动；不得进行自测试发现故障除外；不准改变卫星高度角；不准改变天线位置；不准改变数据采样间隔；不准按动关闭文件和删除文体等功能键；不准阻挡卫星信号；观测员不准擅自离开测站，以防仪器受震动或被移动，

12、防止人或其他物体靠近天线； 在观测过程中，不应在接收机近旁使用对讲机；在雷雨过境时应暂时关机停测，并卸下天线以防雷击； 观测中应保证接收机工作正常，数据记录正确，经检查所有作业工程均按规定完成并符合要求，方可迁站； 每天观测结束后，应及时将数据转存到计算机硬软盘上，确保观测数据不丧失。林业遥感教学组 GPS外业测量手薄观测者姓名 日 期 年 月 日测 站 名 测 站 号 时 段 号 天 气 状 况 测站近似坐标：经度：E 纬度：N 高程： （m）本测站为： 新点 等大地点 等水准点 记录时间：北京时间 UTC 区时开机时间： 结束时间 接收机号 天线号 天线高：（m） 测后校核值 1. 2.

13、3. 平 均 值 天线高量取方式略图测站略图及障碍物情况观测状况记录1.电池电压 (块条)2.接收卫星号 3.信噪比(SUR) 4.故障情况 5.备 注 林业遥感教学组 内业解算步骤 首先，从GPS测量仪中下载测量数据； 其次，在解算软件中进行各种处理，包括：基线解算、无约束平差、二维约束平差、三维约束平差； 第三，坐标换算。 林业遥感教学组 内业解算软件林业遥感教学组 解算结果林业遥感教学组噪声的消除 1. 噪声产生的原因 探测器的周期性偏移或探测器的故障、传感器元件间的电子干扰或源于数据在传播与记录过程中的断断续续的“打嗝声。 2. 消除方式 应用直方图恢复、像元均值处理、33邻近像元算法

14、。六 数字图像恢复林业遥感教学组噪声消除前林业遥感教学组噪声消除后图像镶嵌的概念 将具有重叠局部的图像通过裁剪、色调调整、统一坐标系统后拼接制作成一幅没有重叠区域的新图的过程。 七 数字图像镶嵌林业遥感教学组遥感数字图像镶嵌实例镶嵌前镶嵌后林业遥感教学组遥感数字图像镶嵌实例林业遥感教学组八 图像增强图像增强的概念 通过增加图像中各特征在外观上的反差性能，突出相关的专题信息，从而提高图像的视觉效果，以利于目视解译和提取定量化信息。林业遥感教学组常用的图像增强方法 1. 反差增强: 包括灰度级阈值、密度或灰度分割和反差拉伸 ； 2. 空间特征增强: 包括空间滤波低通滤波和高通滤波 、边缘增强 ；

15、3. 彩色增强: 包括彩色合成和假彩色密度分割 。八 图像增强林业遥感教学组 反差增强前 反差增强后遥感数字图像增强实例反差增强林业遥感教学组遥感数字图像增强实例假彩色密度分割 分割后林业遥感教学组遥感数字图像增强实例空间滤波高通滤波 低通滤波林业遥感教学组遥感数字图像增强实例TM彩色合成 Band 1 真彩色321 Band 3 假彩色432 Band 7 假彩色741多波段数据林业遥感教学组概念 将图像从一种空间域转换到另一种域，利用这种域的特性来快速、方便地处理或分析图像，这样不仅可减少计算量，而且可获得更有效的处理，有时处理结果需要再转换到空间域，这种转换过程称为图像变换。九 图像变换林业遥感教学组常用的图像变换方法 1. 傅立叶变换； 2. K-L变换主成份分析或主分量分析 ； 3. K-T变换缨帽变换 。 九 图像变换林业遥感教学组遥感数字图像变换实例 K-L变换主成份分析或主分量分析 林业遥感教学组遥感数字图像变换实例 K-T变换缨帽变换 林业遥感教学组遥感数字图像变换实例 K-T变换TM K-T变换，植被为红色，裸地为青绿色林业遥感教学组十 图像融合概念 利用相同或不同遥感数据，通过一定的数据处理技术提取各遥感数据源的有用信息，最后将其聚集到统一的空间坐标系(图像或特征空间)中进行综合判读或进一步解析处理的技术 。 林业遥感教