遥感数字图像处理
遥感数字图像处理资料
第一章绪论1．遥感、遥感过程遥感：一种在远离目标，不与目标直接接触的情况下，通过传感器获取其特征信息，并对这些信息进行处理、分析和应用的综合性探测技术。
遥感过程：指遥感信息的获取、传输、处理，以及分析判读和应用的全过程。
2．遥感数字图像——以数字的形式存储的、离散的、适合于计算机处理的影像数据。
——数字图像的特点：（1）表现为二维阵列（网格），属于不可见图像（2）数字化、离散化（空间离散、亮度离散）3．遥感数字图像处理系统遥感数字图像处理：利用计算机对遥感数字图像进行一系列操作，以求达到预期目的的技术。
主要技术过程：遥感图像输入存储——〉增强——〉校正——〉解译遥感图像的数字化：指光学图像（物理图像）到数字图像的转换过程，包括采样和量化两个过程。
采样——将空间上连续的图像变换为离散的点的操作量化——将测量的灰度值用一个整数表示遥感图像的数据量估算：4．遥感数字图像的基本特点：（1）便于计算机处理和分析（2）信息损失少（3）图像抽象性强（4）图像保存方便遥感数字图像处理的特点：（1）图像信息损失小，处理精度高（2）抽象性强，再现性好（3）通用性强，灵活性高第三章遥感图像及其特征1．遥感图像的模型：可以表示为目标发射辐射量和反射辐射量之和。
2．遥感数字图像可以用多维空间来描述遥感图像空间：描述多波段遥感影像中的像素亮度值的空间分布的三维离散空间。
（行坐标X、列坐标Y、波段Z；坐标系内的每一个点代表一个像元亮度值）多光谱空间：N维坐标系，每一个坐标轴代表一个波段，坐标值为亮度值，坐标系内的每一个点代表一个像元。
3．遥感图像的信息内容——包括波谱信息、空间信息、时间信息三个方面。
（1）波谱信息：指遥感图像上不同地物之间的亮度值差异及同一地物在不同波段上的亮度值差异。
（2）空间信息：通过图像亮度值在空间上的变化反映出来的信息。
一般包括空间频率信息，边缘和线性信息、结构或纹理信息以及几何信息等。
（3）时间信息：指不同时相遥感图像的光谱信息与空间信息的差异。
遥感数字图像处理
遥感数字图像处理第一章1.图像是对客观对象一种相似性的描述或写真，它包含了被描述或写真对象的信息，是人们最主要的信息源。
根据人眼的视觉可视性将图像分为可见图像和不可见图像。
按图像的明暗程度和空间坐标的连续性，将图像分为数字图像和模拟图像。
2数字图像指用计算机存储和处理的图像，是一种空间坐标和灰度均不连续、以离散数学原理表达的图像。
数字图像最基本的单位是像素。
3遥感数字图像是数字形式的遥感图像。
4遥感数字图像处理，是利用计算机图像处理系统对遥感图像中的像素进行系列操作的过程。
主要内容：（1）图像增强：灰度拉伸、平滑、锐化、彩色合成、主成分变换、K-T变换、代数运算、图像融合等压抑、去除噪声，增强整体图像或突出图像中的特定地物的信息，使图像更容易理解、解释和判读（2）图像校正（3）信息提取5遥感数字图像处理系统：硬件系统（计算机、数字化设备、大容量存储设备、显示器和输出设备、操作台）、软件系统（ERDAS IMAGING最突出的特色是专家模拟系统、可视化建模工具以及与ArcGIS软件的高度集成、ENVI 最突出的特色是具有丰富的高光谱数据处理工具和内嵌的IDL开发语言、PCI Geomatica最特出的特色是功能丰富的工具箱和建模系统、ER Mapper遥感图像处理系统最大特点是基于算法的图像处理）6遥感基本知识：物理学、地学、数学、信息理论、计算机技术和地理信息系统第二章1遥感是遥感信息的获取、传输、处理以及分析判读和应用的过程2遥感系统是一个从地面到空中乃至整个空间，从信息收集、存储、传输、处理到分析、判读、应用的技术体系，主要包括遥感实验、信息获取、信息传输、信息处理、信息应用等5个部分。
3传感器是收集和记录电磁辐射能量信息的装置。
按工作方式分为被动、主动方式，按数据的记录方式，分为成像和非成像方式。
4摄影成像：传感器主要是摄影机，在快门打开的一瞬间几乎同时收集目标上所有的反射光，聚焦到胶片上成为衣服影响，并记录下来。
遥感数字图像处理教程
遥感数字图像处理教程第一章名词解释1、遥感数字图像（P1）:以数字形式存储和表达的遥感图像2、A/D 转换（P1）：把模拟图像转变成数字图像称为模/数转换，记作A/D 转换3、D/A 转换（P1）：把数字图像转 变成模拟图像称为数/模转换，记作D/A 转换简答题1、模拟图像（照片）与遥感数字图像有什么区别？ （P2） 答表1.1遥感数字图像与印刷照片的区别颜色没有特定的规则，在处理过程「二可以根据需 要通过合成产生多个波段（3-8000） 2、怎么理解图像处理的两个观点？ （P7）答：两种观点是：离散方法的观点和连续方法的观点。
1 .离散方法：图像的存储和表示均为数字形式，数字是离散的，因此，使用离散 方法进行图像处理才是合理的。
与该方法相关的一个概念是空间域。
空间域图像 处理以图像平面本身为参考，直接对图像中的像素进行处理。
2 .连续方法：图像通常源自物理世界，它们服从可用连续数学描述的规律，因此 具有连续性，应该使用连续数学方法进行图像处理。
与该方法相关的一个主要概 念是频率域。
频率域基于傅里叶变换，频率域的图像处理是对傅里叶变换后产生 的反映频率信息的图像进行处理。
完成频率域图像处理后，往往要变换回到空间 域进行图像的显示和对比。
四、论述题1、什么是遥感数字图像处理，主要内容有哪些？ （P2）答：遥感数字图像处理是通过计算机图像处理系统对遥感图像中的像素进行系列 操作的过程。
（1）图像增强：使用多种方法去除噪声，增强显示图像整体或突出图像中的特 定地物的信息，使图像更容易理解、解释和判读。
例：例如灰度拉伸、平滑、锐 化、彩色合成、主成分（K-L ）变换、K-T 变换、代数运算、图像融合照片来自于模拟方式通过摄影系统产生没有像素没有行列结构没有才」推行o 表示投有数据任何点，都没有编号摄影受电黑波谱的成像范围限制遛感数字图像 来自干数字方式 通过扫描和数码相机产生 基本利成单位是像素 具有行和列 可能会观察到扫描行 。
遥感数字图像处理
第二章：1 遥感的投影方式：中心投影，全景投影，斜距投影，平行投影。
2 遥感成像按成像原理可分为：摄影成像和扫描成像3 传感器分辨率指标：辐射分辨率，光谱分辨率，空间分辨率和时间分辨率。
4 Landsat4-7见课本18页5 数字化的过程包括：采样和量化。
6 通用数据格式：BSQ，BIL，BIP。
第三章7 均值：像素值的算术平均，反映的是图像中地物的平均反射强度，大小由图像中主题地物的光谱信息绝定。
8 中值：指图像所有灰度级处于中间的值，当灰度级为偶数时，则取中间两灰度值的平均值，由于灰度级一般连续变化，中值可由最大灰度值和最小灰度值决定。
9 方差：像素值与平均值差异的平方和，表示像素值的离散程度。
10 变差：像素值最大值与最小值的差。
11 反差：反映头像的显示效果和可分辨性，有时又称对比度。
反差越小，地物之间的可分辨性越小。
图像处理的一个基本目的就是提高图像的反差。
12 直方图：是灰度级的函数，描述的是图像中各个灰度级像素的个数。
图像的灰度值是离散变量，直方图表示离散的概率分布。
可分为频数直方图和累积直方图。
假定像元亮度随机分布时，直方图应是正态分布的13 会看直方图P46+P4413.1 直方图均衡化将原图像的直方图通过变换函数变为均匀的直方图，然后按均匀直方图修改原图像，从而获得一幅灰度分布均匀的新图像。
13.2 直方图均衡化的效果为：（1）各灰度级出现的频率近似相等；（2）原图像上频率小的灰度级被合并，实现压缩；频率高的灰度级被拉伸，因此可以使亮度集中于中部的图像得到改善，增强图像上大面积地物与周围地物的反差。
13.3 均衡化后图像的最小灰度值0，最大灰度值为L-1像元总数为N。
(L-1)/N称为拉伸因子。
具体计算用拉伸因子和累计像元统计值相乘即可以得到变换后的值13.4 对一幅图像进行直方图均衡化的具体步骤：（1）统计原图像每一灰度级的像元数和累积像元数；（2）根据变换函数式计算每一灰度级x a均衡化后对应的新值，并对其四舍五入取整，得到新灰度级x b；（3）以新值替代原灰度值，形成均衡化后的新图像；（4）根据原图像像元统计值对应找到新图像像元统计值，做出新直方图；直方图均衡化后的图像每个灰度级的像元频率，理论上应相等。
31_遥感图像处理课件
居民地信息提取 居民地的反射光谱特征应该是表现为混合物的 反射光谱特征，居民地大部分是由水泥物质构 成，然后是居民地由于人居住的比较集中，活动 量较大，所以其温度会比周围其它地物的要高。 房屋的尺寸高矮不同，所以表面会有星星点点的 纹理。在图上显示为浅蓝色，表面有星星点点的 纹理，不规则分布的区域我们判断为居民地，其 中，有大片的较集中的居民地，可以判断为城镇 地区，也有小面积的零星分布的，可判断为乡村 的居民地。
彩
色
色
合
图
成
像
色分量
假彩色合成（False color composition；Pseudocolor）只是在三个通道内输入其它波 段影像数据，合成的图像就是假彩色图像
真彩色合成： 3R2G1B 假彩色合成： 4R3G2B
4R3G2B：遥感中最常见的假彩色图像是彩色红外合成的标准 假彩色图像。它是在彩色合成时，把近红外波段的影像作为合 成图像中的红色分量、把红色波段的影像作为合成图像中的绿 色分量、把绿色波段的影像作为合成图像中的蓝色分量进行合 成的结果。
321真彩色 合成影像
真彩色图像是指影像上地物的色调与地物的实际色调 相一致的图像；
假彩色图像是指影像上地物的色调与地物的实际色调 不一致的图像。432假彩色合成影像是标准的假彩色图 像，大片红色是植被，因为植被在近红外4波段的反射 率非常的高，因此，呈现红色，而且可以通过红色的 饱和度和亮度反映出植被的健康状态和年龄等隐性信 息,纯净的水体呈黑色。
上并用黄色表示出来；按住shift键的同时分别单 击red green blue三个字段，则该字段将分别从选 择中被清除；单击apply按钮分类属性表中显示的 字段发生变化。如图
在Viewer窗口中点击 ，打开Raster工具面板 选择 按钮，进入多边形AOI绘制状态，在图像上选择深蓝 色
第四章遥感数字图像处理
41
分辨率设置
如何设置分辨率
过程: （1）空间采样 （2）属性量化
42
例：将一张1:50000的航空图像扫描成分辨率是2米的 数字化图(1pix=2m) 。 1:50000 lcm=500m 1cm内要有250个pix pix边长=1cm/250pix=0.004cm=0.001575inch
二值数字图像：[0-1] 一个bit存储 单波段数字图像：[0-255] 一个字节（8位） 彩色数字图像： [0-255] [0-255][0-255] 三个数字层 多波段数字图像：[0-255] ……[0-255] 多个数字层
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航空像片的数字化
非数字式遥感图像（通常为航空摄影像片），进行数字图像 处理、解译前，需转换为数字图像 方法：黑白扫描/彩色扫描 扫描时需注意： （1）扫描的空间分辨率
• 从红到紫是可见光谱上存在的颜色，每种颜色对 应一个波长值，是光谱色。
• 有时刺激人眼的光波不是单一波长，而是一些波 长的组合，也可构成一些颜色，但它们找不到对 应的波长值，不叫光谱色。
9
4.1.1 颜色视觉(三)——颜色的性质：饱 和度(Saturation)
• 彩色纯洁的程度，即光谱中波长段是否窄，频率是否单一 的表示。对于光源，发出的若是单色光就是最饱和的彩 色，如激光。对于物体颜色，如果物体对光谱反射性有很 高的选择性，只反射很窄的波段则饱和度高。
• 颜色描述对遥感图象很重要，颜色变换是遥感图 象处理的重要方法。
• 所有颜色都是对某段波长有选择地反射而对其它 波长吸收的结果
• 颜色的性质由明度、色调、饱和度来描述
遥感数字图像处理一
STEP2
STEP3
STEP4
图像校正：包括辐射校正、几何校正。
增强处理：增强图像中的有用信息，利于识别分析。 包括彩色增强、直方图增强、图像运算、邻域增强、频率域增强、信息融合等。
图像变换：消除干扰和滤掉噪声，提高图像质量。
信息提取：图像分类（监督分类、非监督分类、神经网络分类、模糊分类）、空间信息提取、光谱信息提取。
方法：黑白扫描/彩色扫描
扫描时需注意： 扫描的空间分辨率
一般300dpi（像片）/ 600dpi（负片）可满足要求 灰度级：0-255（黑白）/ RGB（彩色）
航空像片的数字化
如何设置分辨率
过程: （1）空间采样 （2）属性量化
分辨率设置
例：将一张1:50000的航空图像扫描成分辨率是2米的数字化图(1pix=2m) 。 50000 lcm=500m 1cm内要有250个pix pix边长=1cm/250pix=0.004cm=0.001575inch (1cm=0.3937inch) 635pix/inch
辅助数据：数字图像尺寸等各种参数
多波段数字图像存储与分发的常用数据格式：
遥感数字图像的表示方法
BSQ(Band sequential)数据格式：按波段顺序依次排列， 1个文件，文件内划分1-K段，第n段数据为第n波段的图像数据[M行][N列]。 多式（Band interleaved by pixel），1个文件，[M行][N列]格式，每个单元顺序记录K个波段的相应数据。 多波段数字图像存储与分发的常用数据格式（2）
BIL数据格式（Band interleaved by line）， 1个文件，逐行按波段次序排列。第1波段的第1行、第2波段的第1行、…、第K波段的第1行；第1波段的第2行、第2波段的第2行、…、第K波段的第2行；…… 多波段数字图像存储与分发的常用数据格式（3）
遥感数字图像处理
遥感数字图像处理遥感数字图像处理1.图像（image）是对客观对象的一种相似性的描述或写真。
图像包含了这个客观对象的信息。
是人们最主要的信息源。
2.数字图像指数字存储的、用计算机直接处理的图像，是空间坐标和图像数值不连续的、用离散数值表示的图像，在计算机内部，数字图像表现为二维阵列（网格），属于不可见图像。
3.什么是遥感数字图像，模拟图像（图片）与遥感数字图像有什么区别？遥感数字图像是以数字形式存储和表达的遥感图像。
模拟图像：又称光学图像，以胶片、相纸等硬拷贝形式存储的图像。
图像是自然景物的反映，人眼感知的景物一般是连续的，照相机（非数码式）拍摄形成的照片也是连续的，两者均称之为模拟图像。
广义的模拟图像还包括绘画。
区别：模拟图像的显著特点是连续性：①空间位置的变化是连续的②每一空间位置上的亮度、色彩变化是连续的③符合数学上微积分连续性的定义数字图像的特点：便于计算机处理与分析；图像信息损失低；抽象性强。
4.什么是遥感数字图像处理？它包括那些内容？答：利用计算机对遥感数字图像进行一系列的操作，以求达到预期结果的技术，称作遥感数字图像处理。
其内容有：①图像转换。
包括模数（A/D）转换和数模（D/A）转换。
图像转换的另一种含义是为使图像处理问题简化或有利于图像特征提取等目的而实施的图像变换工作，如二维傅里叶变换、沃尔什-哈达玛变换、哈尔变换、离散余弦变换和小波变换等。
②数字图像校正。
主要包括辐射校正和几何校正两种。
③数字图像增强。
采用一系列技术改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度、对比度，突出所需信息的工作称为图像增强。
图像增强处理不是以图像保真度为原则，而是设法有选择地突出便于人或机器分析某些感兴趣的信息，抑制一些无用的信息，以提高图像的使用价值。
④多源信息复合（融合）。
⑤遥感数字图像计算机解译处理。
5..什么是图像增强？主要目的是什么？主要有哪些方法？图像增强：使用多种处理方法压抑、去除噪声，增强显示图像整体或突出图像中特定地物的信息，使图像更容易理解、解译和判读。
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1. 了解数字图像处理的主要内容及相关知识， 熟悉数字图像处理与其他学科的关系；
2.重点掌握数字图像处理的基本概念、系统组成、 特点及应用。
1.1 图像和遥感数字图像
1.1.1 图像和数字图像
图像是对客观存在的物体的一种相似性的、生动的写真或描述（RC 冈萨雷斯）。
图像的类别
图像
物 体
数学
可见的图像
固2学时） 3.遥感图像的增强处理，第九、十一周，4学时（讲授2学
时，练习巩固2学时） 4.遥感图像的监督分类，第十三周，4学时（讲授2学时，
练习巩固2学时） 5.遥感图像的非监督分类，第十五、十七周，4学时（讲
授2学时，练习巩固2学时）
第一章 绪 论
内容
1.课程性质、教学计划和要求简介； 2.数字图像处理的基本概念、主要内容、系统组 成、特点及其应用。
数字图像：
用计算机存储和处理的图像，空间坐标和灰度均不连续、以离散数学 原理（矩阵）表达的图像。在计算机内部，数字图像表现为二维阵列 （网格），属于不可见图像。
一幅图像可定义为一个二维函数f(x,y)，其中x和y是空间（平面）坐标，而在 任何一对空间坐标(x,y)处的幅值f称为图像在该点处的强度或灰度。当x、y和 灰度值f是有限的离散数值时，我们称该图像为数字图像。
g11
g12
g1N
参考期刊
《中国图形图像学报》 《遥感学报》 《遥感技术与应用》 《国土资源遥感》
参考资料: 研究机构网站
科技部国家遥感中心
中科院遥感应用研究所
中国资源卫星应用中心
第六章 图像变换（第八、九周，4课时）
重
第七章 图像滤波（第十、十一周，4课时）
点 内
第八章 图像分割（第十二、十三周，4课时）
容
第九章 遥感图像分类（第十四、十五、十六周，6课时）
第十章 地物成分分析的信息提取（第十七、十八周，4课 时）
实验课内容及安排（16学时）
1.ERDAS视窗的基本操作，第三周，2学时 2.数据预处理，第五、七周，4学时（讲授2学时，练习巩
i0,0
I
I[m, n]
i1,0
iM 1,0
i0,1 i1,1
iM 1,1
i0,N 1
i1,N 1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
iM 1,N 1
模拟图像：
图像是连续的，即用函 数 f (x,y)表示的图像。 Y 其中：
f (x, y)
x , y表示空间坐标点 的位置；
遥感数字图像与照片的差异
照片 来自于模拟方式 通过摄影系统产生
没有像素 没有行列结构 没有扫描行 0表示没有数据 任何点都没有编号 摄影受电磁光谱的成像范围限制 一旦获取了照片，颜色就是确定的
具有红、绿、蓝三个通道
遥感数字图像 来自于数字方式 通过扫描和数码照相机产生 基本构成单位是像素
具有行和列 可能会观察到扫描行 0是数值，不表示没有数据 每个点都有确定的数字编号 可以是电磁光谱的任意范围 颜色没有特定的规则，在处理过程中 可以根据需要通过合成产生 多个波段（3~8000）
.
f 表示图像在点（x ,
y） 的某种性质的数值，
如亮度、灰度，色度等。
f , x, y可以是任意实
数。
O
X
数字图像
I (r , c)是对 f ( x , y)
的离散化后的结果。
O
r表示图像的行(row)；
c表示图像的列 (column)；
I表示离散后的f；
I , r, c的值只能是 整数。
遥感数字图像处理 Remote Sensing Digtal
Image Processing
地理信Co息m与p旅an游y 学院
LO韩 G芳 O
2012年春季
自我介绍 姓名：韩 芳 邮箱：hanah@ QQ: 1583827681
学习目标
基本知识：系统掌握遥感图像几何处理，图像校正，图像变换， 图像增强，图像分析，图像分类处理等算法。
不可见的
函数
照片、图与画
光 图
物理图像
像
可见图像和不可见图像
紫外光
400nm
435.8nm
546.1nm
红外光
700nm
780nm
模拟图像和数字图像
模拟图像（光学图像）：
空间坐标和明暗程度连续变化的、计算机无法直接处理的图像，属于可 见图像。可以用连续的数学函数来表达。
I F (x, y)
数字图像处理及其特点
1. 数字图像 计算机图像处理的图像必须以数字格式存储; 以数字格式存放的图像称之为数字图像; 常见的各种照片、图片、海报、广告画等一般为模拟 图像，通过数字化设备可将模拟图像数字化; 计算机可以方便地处理各种数字图像，以达到视觉效 果和特殊效果。
在计算机中，图像被分割成像素（Pixel），各像素的灰 度值用整数表示。一幅M×N个像素的数字图像，其像素 灰度值可以用M行、N列的矩阵G表示：
中国遥感卫星地面站
理论内容及安排（36学时）
第一章 概论 （第一周，2课时）
第二章 遥感数字图像的获取和存储（第二周，2课时）
基
第三章 遥感数字图像的表示和统计描述（第三周，2课时）
础 知
第四章 图像的显示和拉伸（第四、五周，4课时）
识
第五章 图像校正（第六、七周，4课时）
基本技能：熟练使用ERDAS遥感专业处理图像软件进行遥感图 像处理与图像分析工作．
主要参考书目
遥感导论 梅安新，高等教育出版社 数字图像处理 贾永红，武汉大学出版社 数字图像处理 冈萨雷斯,电子工业出版社 遥感图像信息系统 张永生，科学出版社 遥感影像地学理解与分析 周成虎，科学出版社
数字图像可用矩阵或数
组进行描述。
R
C
.
I (r, c)
数字图像的矩阵表示
0 150 200 I 120 50 180
250 220 100
1.1.2 遥感数字图像
遥感数字图像(Remote Sensing Digital Image)： 指以数字形式表达的遥感影像。存储在硬盘或光盘 中，区别于以摄影胶片存储的遥感模拟图像（光学 图像）。(像素值:亮度值,DN)