遥感图像处理的发展与应用

遥感图像处理与分析RemoteSensing

ImageProcessingandAnalysis教学内容第1章

遥感图像处理的发展与应用第2章

遥感图像处理系统及基本概念第3章

点运算和几何运算第4章

线性系统理论和图像的正交变换第5章

图像增强第6章

图像复原第7-8章图像分割、分类与估计（图像分类）第9章

图像压缩第10-11章彩色和多光谱处理（图像融合）参考书1冈萨雷斯等，《数字图像处理》第二版，

电子工业出版社，20032KennethR.Castleman,《DigitalImageProcessing》，清华大学出版社3朱志刚等译，《数字图像处理》，电子工业出版社第一章 遥感图像处理的发展与应用➢ 数字图像处理的基本概念➢ 数字图像处理的目的和主要内容➢ 数字图像处理的发展历史及现状➢ 数字图像处理的应用➢ 数字摄影测量的应用与实例一、基本概念图像（Image/Picture）定义1：给定条件下目标的电磁波表现形式（反射、辐射、透射等）定义2：以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可直接或间接作用于人眼并产生视知觉的实体。数字图像（DigitalImage）适合于计算机处理的、以离散（数字）形式表示的图像。本质上，是由图像经采样和量化后形成的二维离散函数。一幅单色图像就是一个二维的光强函数，表示为

f(x,y)

；一幅彩色图像是一个向量，每个分量代表该点颜色通道的亮度值。彩色图像R(i,j);G(i,j);B(i,j)黑白图像f(i,j)获取方式：直接获取（数字成像）和间接获取（数字化）。分类：灰度图像（多值、彩色、多光谱）和二值图像。为什么图像常用2的正数幂表示？如何计算一幅图像（灰度、彩色）的比特数？▪ 图像处理（Imageprocessing)：就是对图像信息进行加工，

以满足人的视觉或心理或应用的需求的行为。图像处理就是用图像变换方法对图像进行处理，图像变换就是对图像施以一个operator。什么是一个operator？特定算子-线性算子图像处理的方法：模拟法和数字法。❖

模拟法：计算机出现以前，均采用模拟处理方法，利用光学、照像和电子学方法对模拟图像的处理称为模拟图像处理。光学图像处理方法已经有很长的历史，典型的例子如：天文学、摄影测量学、粒子物理学。光学图像处理的特点是处理速度快，信息容量大，分辨率高，又非常经济，但精度不够高，稳定性差，操作不方便。❖ 数字法（数字图像处理）：就是利用计算机或其它数字硬件，对数字图像进行系列操作，从而获得某种预期结果的技术。数字图像处理的特点是处理精度高，而且可以通过改进处理软件来优化处理效果，操作方便。现在所指的“图像处理”主要指“数字图像处理”。但不应排除可能的发展（如“光学---数字”处理方式）。二、目的和主要内容❖ 目的➢

提高图像的视感质量，以达到赏心悦目目的。如去除噪声，改变亮度、颜色，几何变换等，都是为了某种期望的效果。包括用一个估计来恢复图像，即图像复原。➢ 提取图像中所包含的某些特征或特殊信息，以便于计算机分析。如常用作模式识别、计算机视觉的预处理等。这些特征包括很多方面， 如频域特性、灰度／颜色特性、边界／区域特性、 纹理特性、 形状／拓扑特性以及关系结构等。➢ 对图像数据进行变换、编码和压缩，以便于图像的存储和传输。❖ 主要内容图像获取、表示和表现（

Image

Acquisition，

Representation

andPresentation）：把模拟图像信号转化为计算机能接受的数字形式。➢

图像复原（Image

Restoration）：将退化的图像（图像品质下降）进行复原。➢ 图像增强（ImageEnhancement）：改善图像的视感效果。➢

图像分割（Image

Segmentation）：把图像分成区域的过程就是图像分割，目的是提取感兴趣的目标。➢ 图像分析：依据不同的应用，实现图像的分类、识别和理解。➢

图像重建：图像重建是指从数据到图像的处理，即输入的是某种数据，而经过处理后得到的结果是图像，CT就是图像重建处理的典型应用实

例。目前，图像重建与计算机图形学相结合，把多个二维图像合成三维图像，经各种渲染技术，生成各种具有强烈真实感高质量图像。➢ 图像压缩编码：图像压缩的目的就是压缩数据量。➢

图像融合：将多源信道所采集到的同一目标图像进行处理,提取各自信道信息,形成一幅图像以获取更丰富的目标信息。遥感图像处理遥感图像处理遥感图像处理三、发展历史及现状▪

遥感图像处理开始于50年代，美国在太空探测计划的推动

下，开始了这项技术的研究。▪

诞生的重要标志:1964年美国JPL(喷气推进实验室)正式使用计算机对“旅行者七号”宇宙飞船发回的4316张月球相片进

行处理，校正飞船上电视摄象机产生的各种不同形式的图像畸变，并取得了前所未有的清晰像片。▪ 50’s末→60’s:美

国

MIT

(Massachusetts

Institute

of

Technology)

、JPL、南加州大学、马里兰大学等，率先开展增强、校正、编码、边缘检测等研究。NASA

(National

Aeronautics

and

Space

Administration)

美国宇航局是美国航天遥感和图像研究与应用的重要机构。▪ 70’s:资源卫星遥感图像处理，出现大批商业化软件。▪ 80’s:处理系统微机化和工作站化，出现了许多新的理论和算法：形态学、小波理论、人工智能等。▪ 90’s:向更多的领域渗透；更廉价的硬件和软件；新方法的更深入研究和应用；更强大的系统；网络化处理。▪ 21世纪：海量数据处理，专业应用软件不断发展。▪

上述事实说明，数字图像处理产生于空间探测的需要，它是随着空间技术、成像技术以及计算机科学技术的发展而发展起来的一个密切结合应用的学科。▪

目前数字图像处理已经成为心理学、生理学、医学、计算机科学等诸多方面的学者研究视觉感知的有效工具。另外，图像处理在军事、气象、工业、海洋探测等应用中有不断增长的需求。▪ 已是各个学科竞相研究在各个领域广泛应用的一门科学。LowResolutionMedium

ResolutionHighResolutionVeryHighResolutionMicrowaveRemoteSensingSatellites高分辩率遥感影像美国IKONOS卫星（1米）红波段

.63-.69microns(4m)同时采集的全色波段色片.45-.90microns(微米)(1m)美国QuickBird卫星图像（0.61米）德国TerraSAR-X雷达卫星（1米，2007.6发射）四、应用数字图像处理在其短短的历史中，以不同的程度成功地应用于几乎所有与成像相关的领域:医学领域：如X线图像、显微镜图像、CT、RI（放射性同位

素）、NMG(核磁共振)、

EIT（电阻抗断层图像技术）、冠状动脉x射线图像三维重构、超声波图像的处理、染色体分析、

血球分类、生物进化分析…。医学图像处理奠定了早期处理方法的基础。正逐步用数字技术取代模拟技术,而影像获取和显示最为关键。大部分内容同

时涉及到图像重建、特征提取和模式识别。总之，是个颇受关注和极具潜力的领域。工业领域：生产过程监控、交通管制、CAD/CAM、表面缺损自检、外观检查和挑选、装配/生产线自

动化……大规模集成电路检测：高精度对准标准图像和被检图像、分块生成标准图像（二值图像和轮廓图像）、逐块匹配。电子器件内部检测：利用X射线CT技术。机器人障碍物识别：障碍物定义与判断、障碍物分离、预处理、边界生成、距离信息获取。军事、公安：可用于飞行器目标识别与制导、侧视雷达的地形侦察、运动目标跟踪、反伪装侦察、指纹自动识别、罪犯脸型合成、过期档案复原……3S导航与定位（INS、 GPS 、 RS

）BLOK—109B战斧巡航导弹惯性导航航迹规划 GIS地形匹配（中段）20---50M下视影像匹配（末段） RS/GPS 10M前视影像匹配办公室自动化：公文和图纸读取、邮件自动分检、文字识别、OCR、问卷调查数据自动处理、运动员

号码自动识别。处理多为二值图像。OCR（Optical

Character

Reader）：源于1970年

出现的邮政编码自动读取。主要包括图像输入、文字区域提取、区域分割和文字识别等环节，而识别又由预处理、特征提取、分类等组成。遥感：如农业估产、资源环境调查、气象预报、灾害检测、地质分析、城市规划、地形测绘（摄影测量与制图）。其它：可视电话、电视会议、图像的远距离通讯、多媒体计算机系统、数字电视（数字编辑、动画片制作）、文物资料的复制、修复、运动员训练动作分析和评分等。土

地

利

用

变

化

动

态

监

测－

动

态

监

测

城

市

扩

展

状

况－

及

时

发

现

非

法

用

地－

辅

助

制

定

城

市

发

展

规

划植被覆盖状况动态跟综植被（VEGETATION）探测农作物农作物分类及分布图by40kms(SPOTimageandclassification)农

业

、

林

业方

面

的

应

用地质构造解译图－

矿

产

资

源

调

查三峡大坝影像图－

地

下

水

资

源

勘

查－

地

质

结

构

填

图地

质

方

面

的

应

用水

库

库

容

动

态

定

量

监

测尼日尔内陆水域蓄水量的估算与监测水

文

模

型(

水

量

平

衡)水深

模型

29/10/8804/01/8913/03/89146.2

ha107.9

ha86.4

ha1998年洞庭湖地区洪水前后对比1998

年5

月1998

年8

月在

环

境

灾

害

方

面

的

应

用GIS实地调查理解盐碱地成因土

壤

土

质

变

化

监

测盐碱地分布图检验盐碱度天然盐碱

地：与当地的土壤

状况有

关，如

低洼地

人为造成盐碱地

：如用含盐井水

灌溉土

地，一般在

灌渠终端易形成

盐碱

盐碱地分

布

图：按程度不

同分

为4

类©CNES1997.6June1997©CNES1997

.

29

July

1997©CNES1997.8Sept.1997印度尼西亚1997年森林大火灾森林火灾动态监测利

用SPOT

卫

星

编

程

接

收，实

时

跟

踪

火

灾

蔓

延

趋

势在

环

境

灾

害

方

面

的

应

用©CNES1986.15July1986©CNES1989

.

处理后的变化信息图

巴西90.000公顷林地监测1986年

: 毁

林

21.000 公

顷1989年

: 毁

林

41.000 公

顷86 年

至

89

年:共

毁

林20.000 公

顷在

环

境

灾

害

方

面

的

应

用©CNES1989.22July1989SPOT 在

军

事

方

面

的

应

用情报侦察CA目标解译－3D信息用于战略/战术部署－导弹航程设

计及3D巡航演示－专