第1章-遥感数字图像处理_绪论

CompanyLOGO遥感数字图像处理RemoteSensingDigtalImageProcessing地理信息与旅游学院韩芳2012年春季自我介绍姓名：韩芳邮箱：[e-mail]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。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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）第三章遥感数字图像的表示和统计描述（第三周，2课时）第四章图像的显示和拉伸（第四、五周，4课时）第五章图像校正（第六、七周，4课时）第六章图像变换（第八、九周，4课时）第七章图像滤波（第十、十一周，4课时）第八章图像分割（第十二、十三周，4课时）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）基础知识重点内容实验课内容及安排（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。目的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）。图像的类别物体图像数学函数不可见的物理图像可见的图像光图像照片、图与画400nm700nm紫外光红外光546.1nm435.8nm780nm可见图像和不可见图像模拟图像和数字图像),(yxFI1,11,10,11,11,10,11,01,00,0],[NMMMNNiiiiiiiiinmII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。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。模拟图像：图像是连续的，即用函数f(x,y)表示的图像。其中：x,y表示空间坐标点的位置；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。OXY.),(yxf数字图像I(r,c)是对f(x,y)的离散化后的结果。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。数字图像可用矩阵或数组进行描述。OCR.),(crI数字图像的矩阵表示100220250180501202001500I1.1.2遥感数字图像遥感数字图像(RemoteSensingDigitalImage)：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)遥感数字图像与照片的差异照片遥感数字图像来自于模拟方式来自于数字方式通过摄影系统产生通过扫描和数码照相机产生没有像素基本构成单位是像素没有行列结构具有行和列没有扫描行可能会观察到扫描行0表示没有数据0是数值，不表示没有数据任何点都没有编号每个点都有确定的数字编号摄影受电磁光谱的成像范围限制可以是电磁光谱的任意范围一旦获取了照片，颜色就是确定的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具有红、绿、蓝三个通道多个波段（3~8000）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：MNMMNNgggggggggG212222111211数字图像灰度信息数字化数字化像素11244211127887211585586116856861168754211584166114831661126111111.2遥感数字图像处理1.2.1概述遥感数字图像处理:利用计算机图像处理系统对遥感图像中的像素进行操作的过程。遥感数字图像处理从信息处理、自动控制信息论、计算机科学、数据通讯、电视科学、等学科脱颖而出，成为遥感图像信息获取、传输、存储、变换、显示、判读与应用的一门新兴交叉学科。地物成像系统采样和量化数字存储计算机显示记录地物观测数字化存储图像处理遥感与图像处理遥感数字图像处理的主要内容（1）图像增强增强过程本身不会增加数据中原有的信息内容，仅仅是突出了特定的图像特征，使图像更容易理解、解释和判读。（2）图像校正（辐射校正、几何校正）也称图像恢复、图像复原，主要包括辐射校正和几何校正。目的是使图像信息能够正确地反应实际地物信息或物理过程。（3）信息提取（图像分割、分类）根据地物光谱特征和几何特征，确定不同地物信息的提取规则。在此基础上，利用该规则从校正后的遥感数据中提取各种有用的地物信息。主要包括图像分割、分类等方法，处理结果为分类专题图。数字图像处理的具体内容图像的数字化如何由一幅模拟图像获取一幅满足需求的数字图像，使图像便于计算机处理、分析。图像变换图像变换目的在于：处理问题简化、有利于特征提取、加强对图像信息的理解。图像变换算法很多，重点学习傅立叶变换的算法、性质和应用。图像的编码与压缩256k21k图像分割图像分割是指将一幅图像划分为互不重叠的区域的处理。重点介绍图像分割的方法及其应用。图像识别对图像中的不同对象进行分类、描述和解译。图像增强介绍各种增强方法及其应用。增强图像的有用信息，消弱噪声的干扰。图像的恢复与重建把退化、模糊了的图像复原.包括图像辐射校正和几何校正等内容。由断层扫描重建二、三维图像。1.2.2遥感数字图像处理系统硬件系统数字化器（数码相机、数码摄像机、扫描仪）大容量存储器（磁盘、光盘）显示与输出设备（打印机、绘图仪）操作台软件系统ERDASIMAGE最突出的特色是专家模型系统、可视化建模工具以及与ArcGIS软件的高度集成。ENVI（theenvironmentforvisualizingimage）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。TITANIMAGE北京东方泰坦科技股份有限公司国内唯一的专业遥感空间信息软件平台。只有熟练掌握了图像处理的基本原理，才有可能用好图像处理系统。1.3数字图像处理的发展和两个观点数字图像的最早应用领域是报纸业。当时，图片第一次通过海底电缆从伦敦传往纽约。早在20世纪20年代借助巴特兰（Bartlane）电缆图片传输系统，把传送一幅图片所需的时间从一个多星期减少到3个小时。第一台功能强大到足以执行有意义图像处理任务的大型计算机出现在20世纪60年代初。利用计算机技术改善空间探测器发回的图像的工作始于1964年美国加利福尼亚的喷气推进实验室。当时由“徘徊者7号”卫星传送的月球图像由一台计算机进行了处理，校正航天器上电视摄像机中各种类型的图像畸变。数字图像处理技术在20世纪60年代末和70年代初开始用于医学成像、地球资源遥感监测和天文学等领域。20世纪90年代后，遥感图像处理得到了迅速普及和发展。1964年7月31日上午9点09分，美国“徘徊者7号”航天器在撞击月球表面前约17分钟摄取的月球表面图像。“徘徊者7号”积累的图像处理方法可作为增强和复原图像的方法的基础。原图像由NASA提供NASA美国国家航空航天局NationalAeronauticsandSpaceAdministration，NASA于1958年10月开始运转。负责美国的太空探索，例如登月的阿波罗计划，太空实验室，以及随后的航天飞机。自2006年2月，美国国家航空航天局的愿景是“开拓未来的太空探索，科学发现及航空研究”。美国国家航空航天局的使命是“理解并保护我们赖以生存的行星；探索宇宙，找到地球外的生命；启示我们的下一代去探索宇宙”。在太空计划之外，美国国家航空航天局还进行长期的民用以及军用航空太空研究。美国国家航空航天局被广泛认为是世界范围内太空机构中执牛耳者。美国国家航空航天局透过地球观测系统提升对地球的了解，透过太阳科学研究计划精进太阳科学。美国国家航空航天局注重于利用先进的机械任务探索太阳系中的的所有天体并利用天文观测台及相关计划研究天体物理学中的主题，例如大爆炸理论。美国国家航空航天局与许多美国国内及国际的组织分享其研究数据。1.3数字图像处理的发展和两个观点（1）离散方法空间域（x,y）以图像平面本身作为参考，直接对图像中的像素进行处理。（2）连续方法频率域（频率：像素值的变化程度）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。数字图像处理的产生和发展主要受如下三个方面的影响:一是计算机的发展。随着计算机硬件技术及数字化技术的发展，过去只能用大型计算机完成的庞大处理，现在，在个人计算机（PC机）上也能够轻而易举地实现。二是数学的发展，特别是离散数学理论的创立和完善，为数字图像处理奠定了理论基础。三是军事、医学和工业等方面的应用需求。自20世纪20年代，图像处理首次用于改善伦敦和纽约之间海底电缆发送的图片质量，经过几十年的研究与发展，数字图像处理的理论和方法进一步完善，应用范围更加广阔，已经成为一门新兴的学科，并向更高的方向发展。在景物理解和计算机视觉方面，图像处理已由二维发展到三维。近几年来，随着计算机和各相关领域研究的迅速发展，科学计算可视化、多媒体技术等研究和应用的兴起，数字图像处理从一个专门领域的学科，变成了一种新型的科学研究热点。1.4基础理论和基本知识要求物理学地学数学信息理论计算机技术和地理信息系统1.概论2.遥感数字图像处理获取和存储3.遥感数字图像表示和统计描述5.图像校正6.图像变换7.图像滤波8.图像分割9.遥感图像分类10.地物成分分析和信息提取4.图像显示和拉伸图像处理基本知识本教程的组织结构1.6数字图像处理的特点及其应用1.6.1数字图像处理的特点•精度高对于一幅图像而言，数字化时不管是用4比特、8比特还是其它比特表示，只需改变计算机中程序的参数，处理方法不变。所以从原理上讲不管对多高精度的数字图像进行处理都是可能的。而在模拟