第2章 遥感数字图像的获取与存储
遥感数字图像处理复习资料(1-4章)
第一章概论1、按图像的明暗程度和空间坐标的连续性，可以分为数字图像和模拟图像。
数字图像：可用计算机存储和处理，空间坐标和灰度均不连续。
模拟图像：计算机无法直接处理，空间坐标和明暗程度连续变化。
2遥感数字图像中的像素值称为亮度值（灰度值/DN值），它的高低由传感器所探测到的地物电磁波的辐射强度决定。
2、遥感数字图像处理的主要内容包括以下三个方面：图像增强、图像校正、信息提取。
1）图像增强：用来改善图像的对比度，突出感兴趣的地物信息，提高图像大的目视解译效果，它包括灰度拉伸、平滑、锐化、滤波、变换（K—L/K—T）、彩色合成、代数运算、融合等。
图像显示：为了理解数字图像中的内容，或对处理结果进行对比。
图像拉伸：为了提高图像的对比度（亮度的最大值与最小值的比值），改善图像的显示效果。
2）图像校正（恢复/复原）：为了去除和压抑成像过程中由各种因素影响而导致的图像失真。
注意：图像校正包括辐射和几何校正，前者通过辐射定标和大气校正等处理将像素值由灰度级改变为辐照度或反射率，后者利用已有的参照系修改像素坐标，使得图像能够与地图匹配或多景图像之间可以相互匹配。
3）信息提取：从校正后的遥感数据中提取各种有用的地物信息。
包括图像分割、分类等。
图像分割：用于从背景中分割出感兴趣的地物目标。
分割的结果可作为监督分类的训练区。
图像分类：按照特定的分类系统对图像中像素的归属类别进行划分。
3、遥感数字图像处理系统：硬件系统（输入、存储、处理、显示、输出），软件系统。
4、数字图像处理的两种观点：离散方法（空间域）、连续方法（频率域）2.遥感图像的获取和存储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。
遥感的实施依赖于遥感系统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、储存、传输、处理到分析、判读、应用的技术体系，主要包括遥感试验、信息获取（传感器、遥感平台）、信息传输、信息处理、信息应用等5个部分。
第二章 遥感数据采集与存储
传感器的工作原理
• 传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，
磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、 磁电等效应。被测信号量的微小变化都将 转换成电信号。
传感器的一般构成
低bit量化的伪轮廓现象示意图
均匀量化效果示意图
非均匀量化效果示意图
量化级别对图像的影响
模拟图像数字化的弱点
乳胶片感光技术本身存在着致命的弱点， 它所传感的辐射波段仅限于可见光及其附近； 其次，照相一次成型，图象存储、 传输和处理 都不方便。
遥感数字图像的获取
直接获取数字影像
传感器
• 传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，
成像原理：同普通数码照相机
遥感数据存储
遥感图像的存储模式
• 磁带、磁盘、光盘 • 原格式数据 • 商用格式
遥感图像的存储模式--原格式数据
BIP—按像元波段交叉式，以一对像元为基本 单位进行记录 BIL－按照扫描行为单位，各波段同一扫描行 数据依次记录 BSQ－以波段为单位，每波段所有扫描行依次 记录
理图像行列划分后，每个小块区域称为像素（pixel）。
– 每个像素包括两个属性：位置和亮度（或色彩）。
• 对灰度图像而言，每个像素的亮度用一个数值（即灰度值）来
表示，通常数值范围在0到255之间，即可用一个字节来表示， 0表示黑、255表示白，而其它表示灰度级别。
数字图像的表示
• 灰度分辨率：灰度
多光谱扫描成像
在物镜后加分光装 置，将光分解成多 个光束；或利用响 应不同波段的多感 光层胶片进行多光 谱摄影。
遥感图像的获取与统计描述
变差----像素最大值与最小值的差。反映图
像灰度值的变化程度
反差----又称为对比度，反映图像的显示效
果和可分辨率，表示方法多种。
如最大值/最小值，最大值-最小值，方差等
两幅图像的反差
二、直方图
1.定义
灰度直方图（histogram）是灰度级的函数，描述的是图像中每种灰度级像素频率或个数。横坐标是灰度级，纵坐标是每一灰度级具有的像元素或灰度级出现的频率。
随机变量。
用密度函数或分布函数来表示 用统计特征参数来表示，如期望、方差、协方差等。
单波段图像的统计特征 大小
基本统计特征
单击此处添加正文。
01
直方图
设数字图像
02
一、基本统计特征
反映像素值平均信息的统计参数 均值----像素值的算术平均值。 反映图像中地物的平均反射强度
添加标题
中值----图像所有灰度级中处于中间的值。
信息源 信息源是遥感需要对其进行探测的目标物。任何目标物都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性，当目标物与电磁波发生相互作用时会形成目标物的电磁波特性，这就为遥感探测提供了获取信息的依据。
2.信息获取
信息获取是指运用遥感技术装备接受、记录目标物电磁波特性的探测过程。 信息获取所采用的遥感技术装备主要包括遥感平台和传感器。 遥感平台是用来搭载传感器的运载工具，常用的有气球、飞机和人造卫星等; 传感器是用来探测目标物电磁波特性的仪器设备，常用的有照相机、扫描仪和成像雷达等。
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，为了演示发布的良好效果，请言简意赅地阐述您的观点。
c.按成像原理
摄影方式的传感器主要是摄影机。
摄影成像
扫描成像的传感器逐点逐行的收集信息。按扫描方式又可分为：目标面扫描传感器和影像面扫描传感器。
第二章 遥感数字图像的获取和存储
6-bit range
0
63
图像的量化位数 图像的量化位数
255
8-bit range
0
10-bit range
0
1023
23
2.1 遥感图像的获取和数字化
2.1.4 采样和量化
32
2.4 遥感数字图像的级别和数据格式
• 级别 –什么样的数据可以满足你的要求 • 格式 –哪些格式是通用的
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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。
2.1.1 遥感系统
遥感平台
遥感系统
传感器
遥感地面站
3
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。
遥感器
遥感实验
遥感数据 回收传输
遥感平台 辐射条件
信息获取 信息传输 信息处理
总采样面积 图像/数据处理 (目标辩证过程 ) 检测 分辨 识别 瞬时视场 视 场 大气条件
• BSQ（Band Sequential Format ） • 按波段顺序记录的数据格式
ENVI ENVI ER Mapper ER Mapper
先按照波段顺序分块排序，在每 个波段块内，再按照行列顺序排 列。同一波段的像素保存在一个 块中，保证了像素空间位置的连 续性。
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• BIL（Band Interleaved by Line Format ） • 波段顺序交叉排列的数据格式
遥感数字图像的获取和存储
1、遥感系统的主要构成有哪些？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。
包括遥感实验、信息获取（传感器、遥感平台）、信息传输、信息处理、信息应用5个部分。
2、什么是图像的采样和量化？量化级别有什么意义？将空间上连续的图像变成离散点(像素)的过程叫做采样。
量化是将像素的灰度值变成正数灰度级的过程。
量化影响着图像细节的可辨程度，量化位数越高，细节的可辨程度越高。
图像大小不变，降低量化位数减小了灰度级别会导致假的轮廓。
3、目前常用的传感器有哪些？按记录数据的方式分为成像传感器和非成像传感器。
成像传感器又分为摄影成像和扫描成像。
摄影成像的传感器主要是摄影机，如框幅摄影机，缝隙摄影机，全景摄影机、多光谱摄影机等。
扫描成像分为目标面扫描和影响面扫描。
目标面扫描主要是光/机扫描仪、成像雷达等。
影响面扫描主要是电视摄像机和固体扫描仪等。
4、如何理解传感器的辐射分辨率、光谱分辨率、空间分辨率、时间分辨率？辐射分辨率是指传感器区分信号强度微小差异的能力。
光谱分辨率是指传感器记录的电磁光谱中特定波长的范围和数量。
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。
空间分辨率是指能把两个目标物作为清晰的实体记录下来的两目标物之间的距离。
空间分辨率可以用地面分辨率代替。
地面分辨率是指一个像素所代表的地面实际距离。
时间分辨率是指对同一目标进行探测时，相邻两次探测之间的时间间隔。
5、遥感图像的主要类型有哪些，各有什么特点？不相干图像：主要是光学遥感所产生的图像；被动遥感，受大气状况影响很大。
相干图像：主要是微波遥感产生的图像，主动遥感，穿透能力强，不受天气影响，可以全天时全天候工作。
6、遥感数字图像产品有哪些数据级别？0——30：未经过任何校正1：经过辐射校正2：经过系统级的几何校正：即根据卫星的轨道和姿态参数以及地面系统中的有关参数对原始数据进行几何校正3：经过了几何精校正，即利用地面控制点对图像进行了校正，使之具有了更精确的地理信息坐标，其几何精度应达到亚像素级。
遥感数字图像处理02遥感数字图像的获取和存储PPT课件
47
2黑体辐射定律
Wλ—— 分谱辐射通量密度 h —— 普朗克常数 C—— 光速 K —— 玻耳兹曼常数 T —— 绝对温度
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3 黑体辐射波谱曲线
49
黑体辐射的三个特性 :
(1)总辐射通量密度W是随温度T的增加而迅速增加 斯忒藩－玻耳兹曼公式:单位面积发出的总辐射能与
绝对温度的四次方成正比
6
物体温度的振幅取决于物体热惯量 P,可以通过热红外影像、测量地物 的周日变化和辐射特性、借助热模 型计算出来。
7
应用: ① 用MODIS影像白天和夜间影像灰度-----
热惯量P----裸露土壤含水量-----干旱监测 ② 热红外影像-----城市热岛监测 ③NDVI=(热红外-红波段)/ (热红外+红波段)
电磁波是一种横波
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电磁波具有波动性与粒子性
波动性形成了光的干涉、衍射、偏振等现象
(1)干涉:由两个（或两个以上）频率、振动方向 相同、相位相同或相位差恒定的电磁波在空间 叠加时，合成波振幅为各个波的振幅的矢量和 。因此会出现交叠区某些地方振动加强，某些 地方振动减弱或完全抵消的现象。
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微波遥感中的雷达也是应用了干涉 原理成像的,其影像上会出现颗粒状或 斑点状的特征，这是一般非相干的可 见光影像所没有的，对微波遥感的判 读意义重大。
地形影响和光照条件的变化引起的辐射误差大气的散射和吸收引起的辐射误差辐射处理遥感图像构像方程遥感图像的几何变形传感器成像方式引起的图像变形传感器外方位元素变化的影响地形起伏引起的像点位移地球曲率引起的图像变形地球自转的影响遥感图像的粗加工处理遥感图像的精纠正处理光谱特征空间特征时间特征和特征变换特征选择目标提取与分类在测绘中的应用在环境和灾害监测中的应用在地质调查中的应用在农林牧等方面的应用二遥感的发展1发展过程1962年密执安大学第一届遥感讨论会1971年第一届国际遥感讨论会1972landsat1发射成功20世纪80年代第二代遥感卫星上天landsat45spot120世纪90年代至今第三代landsat7spot25radarsatcbersirs1bcdirsp为什么上世纪60年代迅速发展20世纪60年代遥感技术迅速发展的原因近红外波段黑白影像多光谱影像扫描仪微波雷达微波被动式空间技术的发展卫星宇宙飞船航天飞机空间站小卫星群遥感技术的主要发展趋势遥感技术从上世纪60年代提出至今经40年的发展后已成为一门集空间科学技术通信技术计算机技术等技术以及跨地球科学电子科学物理学等学科的新兴科学与技术
遥感图像数字处理与分析知识要点
遥感图像数字处理与分析知识要点围绕遥感基础知识-数字图像处理与分析总体框架来组织相关内容要点。
其中，第一、二、三章介绍遥感数字图像处理、主要成像方式、存取及表示基础知识，是图像处理、理解及分析的起点；第四、五、六、七章常用遥感数字图像处理方法，应视具体遥感数字图像处理要求有所选择；第八章图像分割是图像处理高级方法，是灰度拉伸、变换、滤波等数字图像增强方法的综合应用，为进一步深入学习和掌握决策树、面向对象及专家系统等高级分类技术奠定基础；第九章图像分类是图像处理的主要目的和最终成果第一章概论图像、遥感数字图像、照片与遥感数字图像区别、遥感数字图像处理及观点图像：物理世界中客观对象的相似性描述，包含客观对象的信息，是人们最主要的信息源数字图像：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遥感数字图像：数字形式表示的遥感图像遥感数字图像和照片的差异：遥感图像处理：利用计算机图像处理系统对遥感图像中的像素进行系列操的过程遥感数字图像处理的观点：连续方法：我们感兴趣的图像源自物理世界，服从可用连续数学描述的规律，具有连续性，连续数学方法，频率域（高通滤波、低通滤波等）离散方法：数字图像的存储和表示均为数字形式，数字是离散的，离散数学方法，空间域（点运算算法-灰度变换、直方图修正；邻域去噪算法-图像平滑、锐化等）第二章遥感数字图像的获取和存取数字扫描和数字摄影、数字化（重采样和量化）及意义、遥感数字图像级别、存储格式及元数据、传感器分辨率数字扫描：在遥感平台前进过程中，进行横向（与飞行方向垂直）行扫描来获取地物目标反射或辐射的电磁波信号，逐行记录成像特点：能以分割得相当精确的波段通道，分别收集和记录地物目标的电磁波信号数字摄影：地物目标反射的太阳辐射通过相机镜头投射到感光胶片上发生光化学反应，经过形成潜影、显影、定影和放印等过程而获得图像特点：瞬间成像，图像几何特征服从中心投影成像规律，可形成模拟图像（传统胶片照相机）和数字图像（数码相机），相片灰度反映了地物反射或辐射电磁波的强弱，工作波段：紫外、可见光、红外、多光谱，工作时间：白天，遥感平台：地面和航空平台采样：将空间上连续的图像变换成离散点（即像素）的操作重采样：根据一类象元的信息内插出另一类象元信息的过程量化：将像素灰度值转换成整数灰度级的过程数字化的意义：通过成像方式获取的图像是连续的，无法直接进行计算机处理。
第二章遥感数字图像的获取和存储
元数据
是关于图像数据特征的表述，是 关于数据的数据。 重要的信息源。 头文件 多为文本文件、二进制格式或随 机格式。
通用遥感图像数据格式
BSQ BIL BIP
特殊遥感图像数据格式
陆地资源卫星L5的数据格式 陆地资源卫星L5的数据格式 HDF数据格式 HDF数据格式 TIFF图像格式 TIFF图像格式 GeoTIFF图像格式 GeoTIFF图像格式
图像文件的坐标
左上角像素的坐标总是从0 左上角像素的坐标总是从0开始， 向右向下按整数递增。 经过校正后，最小值在左下角， 向东向北按照小数递增。
图像文件的大小
图像文件大小＝图像行数* 图像文件大小＝图像行数*图像列 数*每个像素的字节数*波段数*辅 每个像素的字节数*波段数* 助参数
2.5数字图像分辨率 2.5数字图像分辨率
采样和量化
采样：将空间上连续的图像变换 成离散点的操作。 量化：将像素灰度值转换成整数 灰度级的过程。
2.2常用遥感平台及其传感器特 2.2常用遥感平台及其传感器特 征
LANDSAT 5 LANDSAT 7 SPOT 5 NOAA IKONOS
2.3遥感图像的类型 2.3遥感图像的类型
不相干图像：光学遥感所产生的 图像。多光谱图像、高光谱图像 相干图像：微波遥感所产生的图 像
电磁波和传感器
紫外、可见光、红外、微波、多 波段等。 不同传感器的主要波长范围 不同光谱波段的遥感应用
传感器的分辨率
辐射分辨率：传感器区分反射或发射 的电磁波辐射强度差异的能力。 光谱分辨率：传感器记录的光谱中特 定波长的范围和数量。 空间分辨率：遥感图像上能够详细区 分的最小单元的尺寸或大小。 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。
(完整word版)遥感数字图像处理教学大纲
《遥感数字图像处理》教学大纲课程名称(英文）：遥感数字图像处理（Remote Sensing Digital Image Processing）课程代码:0806A03课程类别：专业主干课程学时：51学时（51上机学时)学分：3学分考核方式:考查适用对象:2009级摄影测量与遥感专业一、课程简介本课程是摄影测量与遥感学生必修的一门的专业主干课，是以理论联系实践为主，注重运用,重视上机实践的一门课程。
该课程以地理科学为背景，在学习了遥感技术的基本理论、基本知识的基础上；着重介绍遥感信息处理的一般原理、过程与方法；掌握遥感数字图像处理技术的发展动态与实际应用。
主要内容包括：遥感数字图像的获取和存储、表示和描述，遥感数字图像的各种变换（遥感图像几何校正、遥感图像辐射变换、遥感图像增强变化、K-L 变换、遥感图像计算机分类等)等。
通过本课程的教学，可以使学生树立正确遥感数字图像处理的概念,培养学生良好的计算机实践习惯。
本课程授课一学期，每周3学时，总计为51学时。
二、教学目的及要求本课程主要教学目的是使学生了解和掌握遥感信息处理的基本知识、方法、基本技能和发展动态，初步掌握应用遥感信息处理技术分析和解决实际问题的能力。
通过理论学习、上机实践等环节，进一步增强学生对本课程的理解，并在此基础上使学生进一步掌握遥感图像成像的基本原理、基本理论和这些理论在遥感图像处理中的应用，掌握遥感数字图像处理的基本方法,能够熟练使用常用的遥感数字图像处理软件（ERDAS、ENVI等）进行图像处理.三、教学重点及难点1)遥感图像的预处理；2)遥感图像增强处理的基本原理、基本方法;根据图像自身特点选择图像增强方式;3）利用监督分类和非监督分类实现遥感图像计算机分类，掌握监督分类和非监督分类的区别和具体操作的方法；监督分类训练区的选择和图像后处理方法；4)根据对图像的理解，利用图像计算机分类处理方法实现遥感图像分类。
四、与其它课程的关系先修课程：《地图学》、《遥感原理与方法》五、教学内容第1章绪论（3学时)本章主要教学内容：1.1什么是数字图像1.2数字图像处理1。
遥感数字图像处理教程_02遥感图像的获取和数字化
1859年 G.F.陶纳乔 气球 法国巴黎鸟瞰像片 1860年J.W.布莱克与S.金乘气球升空至630m 美国 波士顿市照片
1861 年4月 Thaddeus Lowe 教授在俄 亥俄州辛辛那提登上气球进行气象观测
1903年莱特兄弟发明飞机，1909年第一次从飞机上 拍摄意大利森托塞尔地区上空像片，促使航空遥感 向实用化迈进。
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 感试验、信息获取（传感器、遥感平台）、 信息传输、信息处理、信息应用等5个部分。
遥感的过程
传感器 太阳
应用 电磁波 电磁波→数据
信息→知识 数据→信息 物体 接收
处理
传感器(remote sensor)：接受从目标物
间站 ---小卫星群
（3）计算机技术的发展 （4）数学、物理及专业理论的发展
遥感技术的分类
1、按平台分：近地面遥感、航空遥感、航天遥感； 2、按传感器的工作波段：可见光遥感、 红外遥 感、微波遥感等； 3、按传感器的工作方式：被动遥感、主动遥感； 4、按数据的表示方式：成像遥感、非成像遥感
1、按平台分 • 近地面遥感：地物波谱仪或传感器设置在地面平 台上，如车载，船载，手提，固定或活动高架平 台等 • 航空遥感: 传感器设置在航空器上，主要为飞机， 气球等 • 航天遥感：传感器设置在环地球的航天器上，如 人造地球卫星、航天飞机，空间站，火箭等
辐射（发射、
反射等）的电磁波信息的装置。
其性能决定遥感的能力，即传感器对电磁波段的响 应能力、传感器的空间分辨率及图像的几何特征、传感器 获取地物信息量的大小和可靠程度。 遥感平台(platform)：搭载传感器的移动物体；
遥感数字图像处理基础知识点
遥感数字图像处理基础知识点-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN第一章数字图像处理基础1数字图像处理：将图像转换成一个数字矩阵存放在图像存储器中，然后利用计算机对图像信息进行数字运算和处理，以提高图像质量或者提取所需要的信息2数字图像获取：把客观场景发射或者发射的电磁波信息首先利用光学成像系统生成一副模拟图像，然后通过模数转换将模拟图像转换为计算机可以存储的离散化数字图像。
3采样：即图像空间坐标或位置的离散化，也就是把模拟图像划分为若干图像元素，兵赋予它们唯一的地址。
；离散化的小区域就是数字图像的基本单元，称为像元也称像素。
量化：即电磁辐射能量的离散化，也就是把像元内的连续辐射亮度中离散的数字值来表示，这些离散的数字值也称灰度值，，因为它们代表了图像上不同的亮暗水平。
4遥感数字图像获取特征参数质量特征：⑴空间分辨率：数字图像上能被详细区分的最小单元的尺寸或大小⑵辐射分辨率传感器探测原件在接受光谱信号时，所能分辨的最小辐射度差信息量特征：⑴光谱分辨率：传感器探测元件在接收目标地物辐射能量时所用的波段数目⑵时间分辨率：对同一区域进行重复观测的最小时间间隔。
5模拟图像：在图像处理中通过某种物理量的强弱变化来记录图像亮度信息的图像6数字图像：把连续的模拟图像离散化成规则网格并用计算机以数字的模式记录图像上各网格点亮度信息的图像7数字图像特性：①空间分布特性：1空间位置：数字图像以二维矩阵的结构的数据来描述物体，矩阵按照行列的顺序定位数据，所以物体的位置也是用行列号表示。
2形状：点状线状和面状3大小：线状物体的长度或面状物体的面积，表现为像元的集聚数量4空间关系：包含，相邻，相离三种拓扑关系②数值统计特性：对图像的灰度分布进行统计分析。
图像的灰度直方图：用来描述一幅数字图像的灰度分布，横坐标为灰度级，纵坐标为灰度级在图中出现8直方图的用途：1图像获取质量评价2边界阙值的选择3噪声类型的判断9遥感数字图像的输出特征参数：1输出分辨率：屏幕分辨率和打印的分辨率2灰度分辨率：指输出设备能区分的最小灰度差 3颜色空间模型：RGB模型CMYK模型 HSI颜色模型10数字图像种类：1.黑白图像：二值数字图像，0表示黑色 1表示白色；2.灰度图像：单波段图像每个像元的灰度值的取值范围由灰度量决定;3.伪彩色图像：把单波段图像的各灰度值按照一定规则映射到颜色空间中某一对应颜色;4.彩色图像：由红绿蓝3个颜色通道的数字层组成的图像第二章数字图像存储1比特序：一个字节中8个比特的存储顺序称为比特序。
遥感数字图像处理课程教学大纲
遥感数字图像处理课程教学大纲一、基本概况课程名称：遥感数字图像处理(Remote Sensing Digital Image Processing)课程代码：234010054课程类别：专业核心课学时/学分：52/3.0（其中理论32学时，实验20学时）需预修课程：遥感技术概论、计算基础、自然地理适用专业：适用地理信息科学专业的本科教学课程简介本课程为地理信息科学专业本科生的专业核心课。
课程针对遥感图像处理中的基本理论与实际应用问题，在讲解基本概念与原理的同时，结合课程的内容进行图像处理上机实验。
通过本课程学习，使大家了解遥感图像处理的基本原理，掌握遥感图像处理的一般流程和基本方法，并对遥感技术的前沿领域和未来发展趋势有一定了解。
课程要求学生理解遥感数字图象处理的基本理论与研究方法，初步掌握进行遥感数字图象处理的基本技术，具备一定的实际处理能力与技巧，提高综合处理、分析与理解遥感数字图像的能力，奠定开展遥感数字图象处理深入研究的理论与技术基础。
二、教学目标学生通过本课程的学习，在知识和能力等方面达到以下要求：1.理论、知识目标：掌握遥感图像处理的基本知识。
掌握主要处理方法的基本原理；熟悉并掌握遥感图像信息增强、校正、提取等各种单元操作的基本原理；熟悉重要图像处理方法的主要步骤和计算过程。
2.能力目标：培养学生分析和解决遥感图像处理有关单元操作的能力及运用基础理论分析和上机操作实践解决实际问题的能力。
3.达成目标：本课程对应人才培养方案中毕业要求的专业知识、专业技能、协作能力和创新性思维。
三、教学内容及教学要求第一章概论（讲课2学时；实验0学时）教学内容：1.课程介绍（研究内容，对象，特点，学习方法）；2.图像、遥感数字图像、遥感数字图像处理等基本概念；3.基础理论和基本知识要求。
教学要求：通过本章的学习，认识图像和遥感数字图像，理解遥感数字图像处理的主要内容及遥感数字图像的发展和两个观点。
了解对学生关于学习该门课程的基础理论和基本知识要求。
第二章 遥感数字图像的获取和存储
2.1.2 传感器的分辨率
传感器的分辨率指传感器区分自然特征相似或光谱特征相似的 相邻地物的能力。 传感器分辨率指标主要有： 辐射分辨率 光谱分辨率
空间分辨率
时间分辨率
辐射分辨率是传感器区分反射或发射的电磁波辐射强度差异的 能力。 在遥感图像中，图像的量化位数可以看作是辐射分辨率的近似 表述。
第二章 遥感数字图像的获取和存储
2.1 遥感图像的获取和数字化 2.1.1 遥感系统 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。遥感的实施依赖于遥感系统。 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，主要包括遥感试验、信息获取(传感器、 遥感平台)、信息传输、信息处理、信息应用等5个部 分。
2) HDF数据格式 HDF(Hierarcgy Data Format)层次数据格式是美国伊利诺伊大 学的国家超级计算应用中心于1987年研制开发的一种软件和 函数库，主要用来存储由不同计算机平台产生的各种类型的 科学数据。 3) TIFF图像格式（Tag image file format） 4) GeoTIFF图像格式（geographically registered tagged image file format）
2.量化 采样后图像被分割成空间上离散的像素，但其灰度值没 有改变。量化是将像素灰度值转换成整数灰度级的过程。
不同量化位数对TM图像的影响
一幅遥感数字图像中不同灰度值的个数称灰度级，用G表示。
2.2 遥感图像的类型
根据传感器选用的波长范围不同，遥感图像可以划分为 下面两种类型： 不相干图像：为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。 相干图像：为微波遥感所产生的图像。
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每个像元在各波段的图像数据（亮度值）构成一个多维向量，它 们对应于多维空间上的一个点，用 X 向量表示。
ij
X ij
a ij b ij c ij
24
2.1 遥感图像的获取和数字化
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2.1 遥感图像的获取和数字化
80波段图像立方体
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2.1 遥感图像的获取和数字化
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2.1 遥感图像的获取和数字化
2.1.4 传感器的分辨率 （1）空间分辨率（Spatial Resolution）
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2.1 遥感图像的获取和数字化
2.1.4 传感器的分辨率 （1）空间分辨率（Spatial Resolution）
• 对扫描成像系统而言，像素即是扫描仪瞬时视场的大小；对 于摄影成像的图像来说，地面分辨率取决于胶片的分辨率和 镜头的分辨率所构成的系统分辨率，可用下式计算：
• (2) 线对数(Line Pairs)。对于摄影成像系统而言，影像最小 单元常通过1mm间隔内包含的线对数确定，单位为对/mm。 • (3) 瞬时视场(IFOV)。指遥感器内单个探测元件的受光角度 或观测视野，单位为毫弧度(mrad)。 IFOV越小，最小可分 辨单元(可分像素)越小，空间分辨率越高。 • 空间分辨率的大小，仅表明影像细节的可见程度，但真正的 识别效果，还要考虑环境背景复杂性的影响。
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2.1 遥感图像的获取和数字化
2.1.4 传感器的分辨率
传感器的分辨率有哪几种？
（1）空间分辨率（Spatial Resolution） （2）光谱分辨率（Spectral Resolution） （3）辐射分辨率（Radiometric Resolution） （4）时间分辨率（Temporal Resolution）
Rg
Rs H f
式中， R g为地面分辨率，单位线对/m；H 为摄影机距地面高度， 单位m； R s 为系统分辨率，单位线对/mm； f 为摄影机焦距， 单位mm。
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2.1 遥感图像的获取和数字化
2.1.4 传感器的分辨率 （1）空间分辨率（Spatial Resolution）
空间分辨率（图像的采样）与图像质量的关系
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2.1 遥感图像的获取和数字化
2.1.1 遥感系统
（2）信息的获取
卫星 传感器
（3）信息接收
信息接收、处理
（4）信息处理
用户制图
分析判断
（1）目标物
（5）信息应用
实况调查
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2.1 遥感图像的获取和数字化
2.1.2 传感器 传感器又称为遥感器(Remote Sensor)，是收集和记录电磁辐射能量信 息的装臵，是信息获取的核心部件，如航空摄影机、多光谱扫描仪、 成像仪等。传感器搭载在遥感平台上，通过传感器获取遥感数字图像 数据。 成像传感器将接收的目标电磁辐射信号转换成(数字或模拟)图像， 是目前最常见的传感器类型。按成像原理又可分为摄影成像和扫描成 像两类。 1.摄影成像 摄影方式的传感器主要是摄影机，如框幅摄影机、缝隙摄影机、 全景摄影机、多光谱摄影机等。基本特点是在快门打开后的一瞬间几 乎同时收集目标上所有的反射光，聚焦到胶片上成为一幅影像，并记 录下来。摄影机的工作波段(最大波段)是290nm-1400nm，即近紫外、 可见光、近红外短波段，所得像片信息量大，分辨力高。但是，航空 摄影和航天摄影只能在晴朗的白天工作，它们不是全天时全天候遥感。 如果用数码相机进行摄影，那么可以直接产生数字图像。
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辐射亮度范围
32 Maximum Maximum brightness = 255 brightness = 127 32
2.1 遥感图像的获取和数字化
2.1.4 传感器的分辨率 （4）时间分辨率（Temporal Resolution）
• 对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的最小时间间隔 （重访周期） • 短期：一天内的变化，小时为单位——突发性灾害监测（地 震、火山爆发、森林火灾）、污染源监测； • 中期：一年内的变化，以天为单位——探测作物季相规律， 进行作物估产与动态监测、农林牧等再生资源调查、旱涝灾 害监测、海洋动力学分析等； • 长期：以年为单位——湖泊消长、河道迁徙、海岸进退、城 市扩展
8灰度级
4灰度级
问题：观察上面四幅图，总结灰度分辨率与图像质量的关系。 总结： 灰度分辨率越高，图像质量越好；灰度分辨率越低，图像质 量越差，会出现虚假轮廓。
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辐射分辨率
8-bit 2-bit 3-bit 4-bit 1-bit 6-bit 16 greys 42greys 31 8256 greys 64greys greys
ETM Pan Landsat-MSS4-7 Radarsat-SAR Seasat-VIR Seasat-SAR JERS-VNR JERS-SWIR NOAA-AVHRR
15 80 9-100 2-5Km 25 30 60 1100(星下点)
规划、管理 陆地资源调查 海洋调查 海洋调查
云盖、海面温度、植被、气溶胶 19
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2.1 遥感图像的获取和数字化
2.1.2 传感器 2.扫描成像 扫描方式的传感器逐点逐行地收集信息。各点的信息按一定顺序 先后进入传感器，经一段时间后才能收集完一幅图像的全部信息。按 照扫描方式又可分为两种:目标面扫描传感器和影像面扫描传感器。 1)目标面扫描的方式 目标面扫描的方式包括光学-机械扫描仪、成像雷达等，其收集系 统直接对目标面(一般是地面)扫描，一点一行顺序收集目标面上各单 元(可看成一点)的信息，然后拼成一幅图像。 2)影像面扫描的方式 影像面扫描的方式包括电视摄像机和固体扫描仪等。这类传感器 的收集系统不直接对地面扫描，而是先用光学系统将目标的辐射信息 在靶面上聚焦形成一幅影像，然后利用摄像管中的电子束对靶面扫描 来收集其数据，或依靠CCD (Charge Coupled Device，电荷祸合器件) 组成的阵列进行电子扫描来获得数据。
2.1 遥感图像的获取和数字化
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2.1 遥感图像的获取和数字化
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2.1 遥感图像的获取和数字化
2.1.4 传感器的分辨率 （2）光谱分辨率（Spectral Resolution）
• 光谱分辨率是指遥感器所选用的波段数量的多少、各波段的 波长位置及波长间隔的大小。即选择的通道数、每个通道的 中心波长、带宽，这三个因素共同决定光谱分辨率。 • 一般来说，传感器的波段越多，波段宽度越窄，所包含的信 息量就越大，针对性就越强。 • 传感器的波段选择必须考虑目标的光谱特征值，才能取得好 效果
卫星 QuickBird Landsat TM NOAA/AVHRR 地面面积 0.61m×0.61m 28.5m×28.5m 1100m×1100m 空间分辨率 0.61m 28.5m 1.1km
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2.1 遥感图像的获取和数字化
2.1.4 传感器的分辨率 （1）空间分辨率（Spatial Resolution）
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2.1 遥感图像的获取和数字化
2.1.3 电磁波与传感器 按电磁波在真空中波长或频率的顺序将波长划分成波段， 每个波段为一个波长范围。传感器按照波段采集数据。 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。紫外传感器的探测波段在50-380nm之间; 可见光传感器的探测波段在380-760nm之间;红外传感器的 探测波段在760-1.0*106nm之间;微波传感器的探测波段在 1.0*106nm-1.0*109nm之间;多波段传感器使用的波段在可 见光波段和红外波段范围内，由若干个窄波段组成。
遥感数字图像处理
林金堂 闽江学院地理科学系
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第二章 遥感数字图像的 获取与存储
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第二章 遥感数字图像的获取与存储
2.1 遥感图像的获取和数字化 2.2 常用遥感平台及其传感器特征 2.3 遥感图像的类型 2.4 遥感数字图像的级别和数据格式 2.5 数字图像分辨率
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2.1 遥感图像的获取和数字化
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2.1 遥感图像的获取和数字化
2.1.4 传感器的分辨率 （1）空间分辨率（Spatial Resolution）
• 空间分辨率，又称地面分辨率，前者是针对遥感器或者图像 而言的，指图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小； 后者是针对地面而言的，指可以识别的最小地面距离或最小 目标物的大小，空间分辨率愈高，像素所代表的范围愈小。 两者均反映对两个非常靠近的物体的识别、区分能力。一般 有三种表达方式： • (1) 像素(Pixel)。指单个像元所对应的地面面积的大小，单位 为m或km。
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2.1 遥感图像的获取和数字化
2.1.4 传感器的分辨率 （3）辐射分辨率（Radiometric Resolution） 定标（校准）是将传感器所得的测量值变换为绝对亮度 或变换为与地表反射率、表面温度等物理量有关的相对值的 处理过程。
辐射校正
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2.1 遥感图像的获取和数字化
2.1.4 传感器的分辨率 （3）辐射分辨率（Radiometric Resolution） 灰度分辨率（图像的量化）与图像质量的关系 256灰度级 16灰度级
2.1.1 遥感系统 2.1.2 传感器 2.1.3 电磁波与传感器 2.1.4 传感器的分辨率
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2.1 遥感图像的获取和数字化
2.1.1 遥感系统 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。遥感的实施依赖于遥感系统。 遥感系统是一个从地面到空中直至空间，从信息收集、 存贮、传输处理到分析判读、应用的技术体系，主要包括 遥感试验、信息获取(传感器、遥感平台)、信息传输、信 息处理、信息应用等五部分。 在信息获取部分，传感器是核心，遥感平台则是传感器 的载体。按照距离地表的高度从小到大的顺序，遥感平台 有近地面、吊车、飞艇、飞机、卫星等，最小的高度为数 厘米，最大的高度可达数千公里。地球运动、平台姿态的 变化等影响着遥感平台，进而影响着所获取的图像质量。