第二章 遥感图像的获取和数字化培训课件

课堂提问什么是图像和象素什么是数字图象数字图像处理和图像分析有什么区别第2章遥感数字图像

的获取和存储

简介遥感远距离、非接触的目标探测技术和方法回顾电磁波谱与大气窗口电磁波谱大气窗口一电磁波谱电磁波在真空或介质中通过传输电磁场的振动而传输电磁能量的波光波、热辐射、微波、无线电波性质波粒二象性电磁波谱各种电磁波按其波长大小排列构成的图谱实际的波谱是连续的，但是，波段的划分是相对的。任何物体，只要温度大于绝对零度，都能反射、发射、吸收电磁波电磁波谱图2电磁波的发射特性辐射量辐射测量以从γ射线到电波的整个波长范围为对象的物体辐射量的测定光度测量对人类具有视觉感应的波段（可见光）所引起的知觉的量的测定二大气窗口电磁辐射能够透过大气层而未被完全反射、散射和吸收的波谱范围大气窗口决定了遥感传感器波段的选择常用的大气窗口2.1.遥感图像的获取和数字化2.1.1遥感系统传感器遥感平台遥感系统遥感地面站遥感系统HDT：数字磁带CCT：数据记录格式按照工作平台分：

航天遥感航空遥感地面遥感相机：镜头-胶片-显影、定影-相片卫星：透镜和天线等-探测元件-信号处理-图像记录2.1.2传感器遥感器Remotesensor分类按工作方式分主动被动按数据的记录方式分非成像成像成像摄影成像工作波段：290nm～1400nm不是全天时全天候遥感扫描成像目标面扫描的方式：包括光学－机械扫描仪、成像雷达等影像面扫描的方式：包括电视摄像机和固体扫描仪等照相机？主动遥感被动遥感2.1.3电磁波与传感器按使用的工作波段，可分为紫外、可见光、红外、微波、多波段等传感器。遥感是要通过选择波段将一个特定地物与其它的地物分离开来反射率%波长(微米)

不同光谱波段的遥感应用光谱波段(nm)应用蓝色(450~500)水，土地利用，植被特性，泥沙绿色(500~600)健康植被红色(600~700)红色，叶绿素吸收的植被判别全色(500~750)制图，土地利用，立体相片反射红外(750~900)生物量，作物判别，土壤—作物，陆地—水域的边界中红外(1.5×103~1.75×103)植物，干旱，云，雪—冰的判别中红外(2.0×103~2.35×103)地质学应用，岩石热红外(1.0×104~1.25×104)相对温度，热流量，植被分类，含水量研究，热惯量微波—短波(1.0×106~5.0×107)积雪，雪深，植物含水量微波—长波(5.0×107~2.4×108)融雪，土壤含水量，水域—陆地的边界；穿透植被2.1.4传感器的分辨率辐射分辨率光谱分辨率空间分辨率时间分辨率（1）辐射分辨率区分电磁波辐射强度差异的能力可用量化位数近似表述Radiometric

Resolution8-bit(0-255)9-bit(0-511)10-bit(0-1023)0007-bit(0-127)0图像的量化位数（2）光谱分辨率传感器记录的电磁波谱中特定的波长范围和数量。波长范围越窄，光谱分辨率越高。波段数越多，光谱分辨率越高。（3）空间分辨率能够详细区分的最小单元的尺寸或大小。像素解像力视场角环境变化的空间尺度不同，需要采用空间分辨率不同的遥感图像空间分辨率影像分辨率1mm宽度内能够分辨的黑白线对的数目（线对/毫米）地面分辨率影像上能够分辨的两个地物之间的最小距离影像比例尺影像上线段长度与地面上对应的水平距离的比值图像的各处不同投影中心投影或多中心投影航片平行投影卫片斜距投影雷达空间分辨率：遥感图像上的最小尺寸，用来表征图像分辨地面目标细节能力（4）时间分辨率相邻两次探测的时间间隔分类超短(短)周期时间分辨率中周期时间分辨率长周期时间分辨率

对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔Temporal

ResolutionJune1,2004June17,2004July3,2004RemoteSensorDataAcquisition16days2.1.5采样和量化传感器采样量化数字图像地面站I(x,y)=f(g(x,y))f:采样和量化函数g(x,y)I(x,y)（1）采样将空间上连续的图像变换成离散点（即像素）的操作。参数：采样间隔、采样孔径图像采样网格图（2）量化将像素灰度值转换成整数灰度级的过程量化后，图像的像元值是辐射值所在的编码区间的级数（常称为灰度级）量化级数越大，量化后的图像越接近于“真实”，但图像占用的存储空间也越大量化计算量化位数：2量化级数：2^20，1，2，3原始量化后150

3120210028012001原始数据0，1化2转换为新的级别3取整X=(x-minx)/(maxx-minx)X=xmin+(xmax-xmin)*X(0<=X<=1)X=cint(X)量化影响着图像细节的可分辨程度，量化位数越高，细节的可分辨程度越高；保持图像大小不变，降低量化位数减少了灰度级会导致假的轮廓原始图像（8位量化，256色）4位量化，16色2位量化，4色不同采样密度的结果5122561286432细节再现的程度256不同量化级别的结果3282遥感图像的量化级有什么意义？常用遥感图像的量化级是多少？细节可分辨的程度442.2.常用遥感平台及其传感器特征常用遥感平台LANDSAT5（5号陆地资源卫星）LANDSAT7（7号陆地资源卫星）SPOT5（地球观测实验系统）ORBVIEW-2（轨道观测2号）Nimbus7（雨云7号卫星）

AQUA（地球观测综合卫星系列之一，下午轨道）NOAA（美国海洋气象局）TERRA（地球观测综合卫星系列之一上午轨道）IKONOS2艾科诺斯常用传感器曾经存在但不再使用的传感器Landsat:RBV,MSS当前常用的传感器Landsat:TM4,5,7号卫星30米分辨率185x185公里16天SPOT:HRV分辨率：全色20米，单色10米60x60公里4-5天NOAA:AVHRR分辨率：1.1公里其它成像光谱仪传感器名称卫星名称2.3.遥感图像的类型（1）不相干图像光学遥感所产生的图像，通过自然光源或者通过非相干辐射源得到。1）多光谱图像：TM图像、SPOT图像2）高光谱图像：MODIS图像（2）相干图像微波遥感所产生的图像。不相干图像与相干图像的区别不相干图像属于被动遥感，图像受大气状况影响很大，这在一定程度上限制了它的应用，特别是在多云多雨地区的应用。相干图像属于主动遥感，其穿透能力强，不受天气的影响，可以全天时全天候工作。按照空间分辨率划分高空间分辨率图像：小于10米，常用传感器有SPOT，快鸟和IKNOS等。快鸟高分辨率图像

SPOT图像全色波段中空间分辨率图像：10－100米，如：ASTER,TM等。低空间分辨率图像：大于100米，如：NOAA，MODIS等。TM图像，南京玄武湖NOAA图像，框内为南京2.4.遥感数字图像的级别和数据格式级别你要使用哪个基本的数据格式什么格式是通用的2.4.1数据级别

0级产品：未经过任何校正的原始图像数据。1级产品：经过了初步辐射校正的图像数据。2级产品：经过了系统级的几何校正。3级产品：经过了几何精校正。2.4.2元数据是关于数据的数据。元数据是重要的信息源。元数据与图像数据同时分发，或者嵌入到图像文件中，或者是单独的文件。头文件PRODUCT=00301123-01WRS=133/03400ACQUISITIONDATE=20000717SATELLITE=L5INSTRUMENT=TM10PRODUCTTYPE=ORBITORIENTEDPRODUCTSIZE=FULLSCENETYPEOFGEODETICPROCESSING=SYSTEMATICRESAMPLING=CCRADGAINS/BIASES=0.99992/-0.01002.42430/-0.02321.36344/-0.00782.62901/-0.01930.58771/-0.00803.20107/0.259940.38674/-0.0040VOLUME#/#INSET=1/1STARTLINE#=1LINESPERVOL=40096ORIENTATION=-9.57PROJECTION=TMUSGSPROJECTION#=9USGSMAPZONE=0USGSPROJECTIONPARAMETERS=6378245.0000000000000006356863.0187730473000001.0000000000000000.0000000000000001.7278760000000000.000000000000000500000.0000000000000000.0000000000000000.000000000000000

0.000000000000000

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0.000000000000000

0.000000000000000

EARTHELLIPSOID=Krassovsky

SEMI-MAJORAXIS=6378245.000SEMI-MINORAXIS=6356863.019PIXELSIZE=30.00PIXELSPERLINE=6518LINESPERIMAGE=5728UL0992538.0975E382353.4760N537323.0454251858.654UR1013720.4427E380436.3071N730109.8354219340.756LR1011503.4854E363329.8619N701533.8034049923.855LL0990553.1791E365221.1124N508747.0134082441.753BANDSPRESENT=1234567BLOCKINGFACTOR=1RECORDLENGTH=6518SUNELEVATION=62SUNAZIMUTH=117CENTER1002016.2702E372834.6812N618342.2084150285.99532272890OFFSET=-31REVBGains=Lmax-LminBases=LminPotentialLongevityofRemoteSensorDataStorageMediaDigitalImageStorageFormatsBandsequential(BSQ)-eachbandcontainedinaseparatefileBandinterleavedbyline(BIL)-eachrecordinthefilecontainsascanline(row)ofdataforoneband,withsuccessivebandsrecordedassuccessivelinesBandInterleavedbyPixel(BIP)2.4.3.通用数据格式BSQBILBIP(1)BSQ格式BandSequentialFormat

按波段顺序记录的数据格式NMXi,j第1波段第i波段optimalforspatial(X,Y)accessofanypartofasinglespectralband二BIL格式BandInterleavedbyLineFormat

波段顺序交叉排列的数据存储格式第1波段第2波段…第1波段第2波段…第一行第i行providesacompromiseinperformancebetweenspatialandspectralprocessing三BIPBandInterleavedbyPixelFormat)ImagesstoredinBIPformathavethefirstpixelforallbandsinsequentialorder,followedbythesecondpixelforallbands,followedbythethirdpixelforallbands,etc.,interleaveduptothenumberofpixels.Thisformatprovidesoptimumperformanceforspectral(Z)accessoftheimagedata数据的读取设图像行数N，列数M，波段数K读1波段数据到数组X伪码BSQ:ForI=1tonForj=1tomreadx(I,j)Nextj,iBIL:ForI=1tonForj=1tomreadx(I,j)Nextj‘空读其它波段

forjj=2tokforj=1tomreadtmpinextj,jj

Nexti数据读取需要考虑的问题需要知道的参数文件头大小数据类型行数，列数，波段数购买到的CD中包括图像文件文件参数说明图像说明ENVI的数据格式1格式

BSQ2复合文件 一个文件中包括多个波段ENVI中有关的部分数据转入数据转换需要的参数打开未知格式的图像或进行转换时出现此对话框2.4.4特殊数据格式陆地资源卫星L5的数据格式具有比较好的数据质量，提供数据的时间长，应用较广。典型的L5数据目录：LandSatTMMODISLandSatETM2.HDF数据格式HDF（层次数据格式）数据格式是美国伊利诺大学的国家超级计算应用中心（NCSA）于1987年研制开发的一种软件和函数库。优势1）独立于操作平台的可移植性；2）超文本；3）自我描述性；4）可扩展性。3.TIFF图像格式图像格式复杂、存贮信息多。4.GeoTIFF图像格式GeoTIFF利用TIFF的可扩展性，在其基础上加了一系列标志地理信息的标签(Tag)，来描述卫星成像系统、航空摄影、地图信息和DEM等。GeoTIFF描述地理信息条理清晰、结构严谨，且易于实现与其他遥感影像格式的转换，应用十分广泛。2.4.5图像文件的坐标像素在图像中的位置。对于任一波段的图像，左上角像素的坐标总是从0开始，向右向下按整数递增2.4.6图像文件的大小图像行数x图像列数x每个像素的字节数x波段数x辅助参数2.5.数字图像分辨率单位长度所表达或获取的像素数量。点的相关术语点（dot）样本点（sample）像素（pixel）复合点（spot）分辨率（res）分辨率位分辨率设备分辨率图像分辨率颜色和位颜色在经过图像处理软件的数字化处理之后，转变成了数字的形态，即由一个一个的们（BIt）组成，位中存储颜色的情况如下：1位：2种颜色2位：4种颜色4位：16种颜色8位：256种颜色16位：65536种颜色24位：1677万种颜色32位：1677万种颜色加256级灰度36位：687亿种颜色和4.96级灰度值

位分辨率（BitResolution）位深，是用来衡量每个像素储存信息的位数。这种分辨率决定了每次在屏幕上可显示多少种颜色，一般常见的有8位、16位、32位颜色标准VGA显示模式是8位显示模式，即在该模式下能显示256种颜色在高彩色（HICOLOR）显示的是16位显示模式，能显示65536种颜色，也称64K色真彩色（TRUECOLOR）显示模式