第四章 . 遥感图像处理

1. 第四章. 遥感图像处理

2. 几个注意的问题 （1）选购遥感资料的原则： • 明确应用遥感资料的目的和任务。 由于时相不同，遥感器不同，其信息的可判性不同，必须根据应用遥感资料的目的和任务选购最佳的遥感资料，以获得最佳的应用效果。 • 因地制宜，根据单位条件、技术力量和经费情况选购遥感资料。

3. （2）选购遥感资料的几个技术问题 • 遥感谱段的选择问题： • 根据地物的波谱曲线，直观地分析比较，根据差异程度找出与之相对应的工作波段； • 利用数理统计的方法，选择不同波段影像密度方差较大且相关程度较小的波段图像； • 0.5 – 1.3 µm, 是植被、土壤、水三种地物反射率差异较大的部分，用于土地利用调查和土地开发、农作物估产、水文调查等；

4. 1.55 – 1.75 µm，有利于反映农作物长势、叶子水分含量及资源分布情况； • 2.08 – 2.35 µm，有利于热液蚀变带的地质制图、寻找矿产、石油等。 • 10.4 – 12.6 µm，热红外。 • 遥感信息的时像问题； • 遥感图像的比例尺。

5. （3）遥感资料的查询 • 获取航天遥感资料的主要单位： 国家遥感资料服务中心； 中科院卫星地面站； 地矿部遥感中心；中科院航空遥感中心； 航天部。 ASTER资料是按经纬度在网上查询。 • 获取航空遥感资料，主要在各省市测绘局

6. 4-1 数字图像 • 数字图像又称数字化图像，是一种以二维数组（矩阵）形式表示的图像。或者称为相应区域内地物电磁辐射强度的二维分布。 • 该数组由对连续变化的空间图像作等间距抽样所产生的抽样点——像元（像素）组成。

7. 像元的量值，通常为抽样区间内连续变化的景物的均值化量值，一般为亮度值或灰度值，它们的最大、最小值区间代表该数字图像的动态范围。像元的量值，通常为抽样区间内连续变化的景物的均值化量值，一般为亮度值或灰度值，它们的最大、最小值区间代表该数字图像的动态范围。 如MSS图像的瞬时视场（像元）面积仍为79x79米，但在列向上有22米的重叠而已，则变为57x79 m。 陆地卫星MSS的图像，可看作x=2340(行), y=3240(列), z=0-255的三维坐标系。

8. 0<=f(x, y)<=G • x belong to [0, xmax], y belong to [0, ymax] • 式中, G为灰度值的上界. • 因此, 一幅图像可用M(行)N(列)的矩阵函数表示: • 1 2 7 12 34 56 3 4 56 12 • 3 4 23 23 5 6 8 9 45 8 • 6 5 12 6 45 34 5 34 34 23 • 9 9 23 34 34 5 6 45 67 56

9. 在遥感图像处理中, 既需要将光学图像转换为数字图像进行计算机处理,也需要将处理后的数字图像变成光学图像输出。光学图像为模拟量，数字图像又称数字量，它们之间的转换称模/数转换，记作A/D, 反之称数/模转换，记D/A

10. 一、

12. 采样

13. 量化

18. 数字图像的特点

19. Spatial resolution: Pixel size in equivalent ground metres • Spectral resolution: spectral bands • Radiometric resolution: the number of binary (二进位) digits or bits (比特): 8 bit – 256 levels of brightness

20. Binary Decimal 22 21 20 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 2 0 1 1 3 1 0 0 4 1 0 1 5 1 1 0 6 1 1 1 7

21. 以一景Landsat 4 或5的TM数字图像为例，共7个波段，其中6个波段有6166行，6166列，代表地面约185 km x 185 km 的范围。每一个波段约有6166x6166=38M个像元，则7个波段共(6x38M)+24M = 252M个像元，即需要252M字节存储空间才能存下一景全部的TM数据。

22. 几年前，遥感卫星地面站（气象卫星接受站）提供计算兼容的数字磁带，输入计算机图像处理系统，形成数字图像。几年前，遥感卫星地面站（气象卫星接受站）提供计算兼容的数字磁带，输入计算机图像处理系统，形成数字图像。 记录在胶片上的影像可在专用设备上进行数字化。也可以使用胶片，即透明正片，用一束强度固定的光束扫描，透射光用光电增强管进行量度，通过抽样和量化而成为一连串的数字，可以存储在磁盘上或记录磁带上，成为数字图像文件。

23. 随着计算机技术的发展，如今遥感数字图像可存储在光盘上，或通过网上传递。随着计算机技术的发展，如今遥感数字图像可存储在光盘上，或通过网上传递。 • 黑白图像和彩色图像通过扫描产生单波段数字图像。也可将彩色胶片通过红、绿、蓝三个滤色镜数字化后成为三个波段的数字图像。

24. 二、 遥感图像的数据结构 • HDT—高密度磁带（在卫星和遥感飞机上或卫星地面站接收的数据），后用专用图像处理系统（EDIPS和 TMIPS系统）转导到计算机兼容带(CCT)或光盘上。

25. 图像数据磁带的格式 • 有两种规格： • 部分处理（未做几何校正）—A→ • CCT-AM（MSS，多波段扫描仪） • CCT-AR （RBV，反束光导管摄像仪，SPOT） • CCT-AT （TM，专题成像仪） • 全部处理 —P → • CCT-PM • CCT-PR • CCT-PT

26. 下面介绍CCT式的主要特点： （1）按像元对波段交叉式（BIP2）： • 特点：把一幅多波段图像划分为四个纵向条带，图像数据的记录是按条带顺序自左二右排列的的，而不是按波段顺序排列的。 • 组成：按条带顺序排列的四个图像文件 + 后面附加的专用注记带（SIAT）文件。 • 每个图像文件（条带）的开头有一个标志（ID）记录块（包括卫星编号摄像时间、图像条带、单位记录长度、图像注记带号等）和一个注记（AN）记录块（相当于陆地卫星相片下方的文字注记内容）。

27. 专用注记带：是为对图像进行几何校正处理所提供的参数，包括图像的经纬度坐标参数、处理命令数据、遥感器性能参数、飞行姿态参数（侧滚、俯仰、偏航）、飞行器高度及速度等。专用注记带：是为对图像进行几何校正处理所提供的参数，包括图像的经纬度坐标参数、处理命令数据、遥感器性能参数、飞行姿态参数（侧滚、俯仰、偏航）、飞行器高度及速度等。 • 记录格式：每个条带的图像数据都包括了所有的波段。每一个条带中图像数据是按行（扫描线）排列的。每一行记录的顺序是以一对像元为基本单位，按波段顺序记录其亮度值（值），自左向右，一对像元记完后再记下一对，即： ….x i (4), x i+1 (4), x i (5), x i+1 (5), …, x i+1 (7), x i+1 (4) … 其中I 为奇数，代表第n个像元。

28. (2) 按波段顺序式（BSQ）及按行波段 交叉式（BIL）

30. BIP

32. BIP2 BSQ BIL 优点 ①便于从整幅图像中提取小的子区，因为一个子区往往在一、二个条带之内。②便于作多维波谱向量的处理运算和样式识别及分类。 便于单波段的选取和处理 ① 适用于多波段运算和分类； ② 便于作多维波谱向量的处理运算和样式识别及分类。 (3) 三种CCT格式的优缺点：

33. 专题制图仪（TM）图像的CCT格式可分为CCT-AT及CCT-PT两类.专题制图仪（TM）图像的CCT格式可分为CCT-AT及CCT-PT两类. 在BSQ格式中，一个图像文件是一个波段。第一盘磁带上是第一、二波段，第二盘磁带上为第三、四波段，第三盘包括第五、六、七波段。 在BIL格式中，一个图像文件包括一个象限的所有波段。

34. 三、 遥感图像的基本统计分析 • 遥感图像数据在很大程度上可以看成是随机变量，其亮度值受到多方面随机变化的因素影响，其亮度值也是随机变化的，具有统计性质。 • 因此，在进行图像处理之前对遥感图像的统计特征的了解，有利于应用统计特征改善图像的质量，提高图像处理的效率。

35. 1 图像的基本统计量 • 包括： • 中心趋势统计量（均值、中值和众数）； • 变化程度统计量（数值域、方差、标准差）。

36. 均值： 指一幅图像中所有像元的亮度值的算术平均值。 X = M N Σxij Σ M 行，N列 i= 1 j=1 MN X 小，图像暗，X大，图像亮

37. 中值：图像中所有不同亮度值的中间值。 Med = (Max+Min)/2 • 众数：是图像中出现的次数最多的一个亮度值，代表图像中分布较广的一种地物类型。 • 均值、中值、众数在多数情况下是比较接近的，少数情况下，他们之间有显著差别。这与图像数据的概率分布或直方图的特征有密切关系。

38. f 亮度 X 众数 Med

39. N Σ (Xi – X)2 i=1 • 方差 S2 S2 = N 衡量由每个像元值Xi与均值X的差异 所累积形成的总的离散程度。 方差的平方根（取正值）就是标准差： N Σ (Xi – X)2 i=1 σ = N

40. 图像中均值和标准差在很大程度上反映了亮度值分布的数值范围及信息量的多少。图像中均值和标准差在很大程度上反映了亮度值分布的数值范围及信息量的多少。 • 影响图像的显示效果和判别能力的最基本统计量是：图像反差（或叫对比度）其有多种形式表示： C1=DNmax / DN min ; C2=DNmax / DN min ; C3=SD (标准差)。标准差小，反差小，反之则大。

41. 2 概率分布及直方图 即每个波段中所有不同亮度值的概率（频率）分布。

42. 频数直方图：即依次显示每个亮度值的像元数所占比例数。频数直方图：即依次显示每个亮度值的像元数所占比例数。 f 0 255

43. 累积直方图：把各个亮度值的频数逐次累加而构成的直方图。 100% 0 255

44. 正态分布：由于图像数据具有随机性，在图像像元数目相当大而地物类型差异不很悬殊的情况下，概率密度分布应接近于正态分布：正态分布：由于图像数据具有随机性，在图像像元数目相当大而地物类型差异不很悬殊的情况下，概率密度分布应接近于正态分布： 1 (x-u)2 F(x) = exp[ - ] 2σ 2 σ2 σ (标准差)u (均值)

45. 直方图的偏斜：表现为均值与众数或中值的明显的不一致。直方图的偏斜：表现为均值与众数或中值的明显的不一致。 • 当 Mod < Med < X 直方图左偏； Med Mod

46. 当 Mod > Med > X 直方图右偏。 Med Mod

47. 直方图中有多个峰值，是由于图像中包含着波谱特征差别显著的两个或更多的类别。直方图中有多个峰值，是由于图像中包含着波谱特征差别显著的两个或更多的类别。

48. 3 多波段数据的统计特征 对多波段数据，可以把每个像元在不同波段的亮度值作为一个向量，计算和统计这些亮度值向量在多维空间中概率密度分布或多维直方图。

49. 以二维直方图为例： • 两个波段X1和X2之间的协方差S122 (或S212)为: S122=(1/N) Σ (X1i-X1)(X2i-X2) N-像元数目，X1、X2均值。 N i=1

50. P 2σ2 X2 X2 X1 2σ1 X1