2.1 数字图像的性质与特点

f
众数 X Med
亮度
• 方差 S2
N
S2 =
i=1
Σ (Xi – X)2
N 衡量由每个像元值X 与均值X 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。 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： 方差的平方根（取正值）就是标准差：
N
σ=
i=1
Σ (Xi – X)2 N
2.3 遥感图像的数据结构
• HDT 高密度磁带（ 在卫星和遥感飞机上 HDT—高密度磁带 （ 高密度磁带 或卫星地面站接收的数据） 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 系统） 像处理系统（EDIPS和 TMIPS系统）转导到 计算机兼容带(CCT)或光盘上。 (CCT)或光盘上 计算机兼容带(CCT)或光盘上。
–直方图的偏斜：表现为均值与众数或中值 直方图的偏斜： 直方图的偏斜 的明显的不一致。 的明显的不一致。
• 当 Mod < Med < X 直方图左偏； 直方图左偏；
Mod
Med
•当 Mod > Med > X 当
直方图右偏。 直方图右偏。
Med
Mod
• 直方图中有多个峰值，是由于图像中包 直方图中有多个峰值， 含着波谱特征差别显著的两个或更多的 类别。 类别。
2.2.1 图像的基本统计量
• 包括： 包括：
– 中心趋势统计量（均值、中值和众数）； 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 变化程度统计量（数值域、方差、 差）。
• 均值： 均值： 指一幅图像中所有像元的亮度值 的算术平均值。 的算术平均值。
Σ X = i= 1 Σ xij j=1
纹理
统计量与 直方图
2.2.3 多波段数据的统计特征
对多波段数据， 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， 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。 分布或多维直方图。
以二维直方图为例： 以二维直方图为例：
–两个波段X1和X2之间的协方差S122 (或S212) 两个波段X 两个波段
– 全部处理 —P →
• CCT-PM • CCT-PR • CCT-PT
下面介绍CCT式的主要特点： 下面介绍 式的主要特点： 式的主要特点
（1）按像元对波段交叉式（BIP2）： ）按像元对波段交叉式（ • 特点 ： 把一幅多波段图像划分为四个纵向条带 ， 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至右排列的， 图像数据的记录是按条带顺序自左至右排列的 ， 而不是按波段顺序排列的。 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 组成： 加的专用注记带（ 加的专用注记带（SIAT）文件。 ）文件。
R=
1 γ12 … γ1n γ12 1 … γ2n 为对称矩阵 … ……… γn1 γn2 … 1
主对角线上的为一个波段自身的相关系数为最高值1。
• 图像的增强处理在很大程度上是为了压 缩或排除不同波段之间的相关性或信息 的重复，突出那些不相关的部分， 的重复，突出那些不相关的部分，以明 确分辨不同的地物。因而对于相关特征 确分辨不同的地物。因而对于相关特征 应该区别对待， 不同的图像应该区别对待 不同的图像应该区别对待，选择不同的 方法或处理参数以及不同的波段和比值 结合，才能取得事半功倍的效果。 结合，才能取得事半功倍的效果。通过 研究图像数据的统计特征， 研究图像数据的统计特征，来指导图像 处理工作。 处理工作。 相关系数是反映图像数据和信息内容 相关系数是反映图像数据和信息内容 的重要标志。 的重要标志。
• 图像中均值和标准差在很大程度上反映 图像中均值和标准差在很大程度上反映 均值 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） 本统计量是：图像反差（或叫对比度） 其有多种形式表示： 其有多种形式表示： C1=DNmax / DN min ; 标准差) 标准差小， C2=SD (标准差)。标准差小，反差 小，反之则大。 反之则大。
图像数据磁带的格式
• 有两种规格： 有两种规格：
– 部分处理（未做几何校正）—A→ 部分处理（未做几何校正）
• CCT-AM（MSS，多波段扫描仪） （ ，多波段扫描仪） • CCT-AR （RBV，反束光导管摄像仪，SPOT） ，反束光导管摄像仪， ） • CCT-AT （TM，专题成像仪） ，专题成像仪）
2.1 数字图像的性质与特点
像素有正像素和混合像素之分。 像素有正像素和混合像素之分。 像素内只包含一种地物。如水体， 正像素：像素内只包含一种地物。如水体，它 的亮度值代表了水体的光谱特征。 的亮度值代表了水体的光谱特征。 像素内包括两种或两种以上地物。 混合像素：像素内包括两种或两种以上地物。 如出苗不久的麦田， 如出苗不久的麦田 ， 它的一个像素亮度位内 包含麦苗和土壤的光谱特征。 包含麦苗和土壤的光谱特征。
常用的遥感数字图像有效量化级数。
传感器类型 MSS TM HRV(S) HRV(PA) AVHRR 卫星名称 Landsat Landsat Spot Spot NOAA 有效量化级数 64 256 256 64 1024 信息量/bit 信息量 6 8 8 6 10
2.1 数字图像的性质与特点
像素（像元）是遥感数字图像最基本的单位， 像素（像元）是遥感数字图像最基本的单位， 是成像过程的采样点， 是成像过程的采样点，也是计算机图像处理的 最小单元。像素具有空间特征和属性特征 空间特征和属性特征。 最小单元。像素具有空间特征和属性特征。 由于传感器从空间观测地球表面，因此每个 由于传感器从空间观测地球表面，因此每个 像素含有特定的地理位置的信息， 像素含有特定的地理位置的信息，并表征一定 的面积。 的面积。对于多光谱扫描仪提供的数字图像来 说，一个像素对应的地表面积是由传感器上瞬 间视场角所决定的， 间视场角所决定的，瞬间视场角在地表的投影 面称地面分辨率（或空间分辨率）， ），由于传感 面称地面分辨率（或空间分辨率），由于传感 器种类不同，它的瞬间视场角也不同，因此， 器种类不同，它的瞬间视场角也不同，因此， 对应的地面分辨率是不同的。 对应的地面分辨率是不同的。
2.2.2 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。 （频率）分布。
• 频数直方图：即依次显示每个亮度值的 频数直方图： 像元数所占比例数。 像元数所占比例数。
f
0
255
• 累积直方图：把各个亮度值的频数逐次 累积直方图： 累加而构成的直方图。 累加而构成的直方图。
100%
Sjk = Skj 为对称矩阵，主对角线上为各波段的方差。 为对称矩阵，主对角线上为各波段的方差。
– 反映两个变量之间的相关程度大小为 相关系数。 相关系数。 γij = Sij2 / (Si Sj) γij = γji
n个波段数据之间相关矩阵 为: 个波段数据之间相关矩阵R为 个波段数据之间相关矩阵
– 每个图像文件 （ 条带 ） 的开头有一个标志 （ ID） 记录 每个图像文件（ 条带） 的开头有一个标志（ ） 包括卫星编号摄像时间、 图像条带、 块 （ 包括卫星编号摄像时间 、 图像条带 、 单位记录长 图像注记带号等）和一个注记（ ）记录块（ 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） 当于陆地卫星相片下方的文字注记内容）。
MN M N
M 行，N列
X 小，图像暗，X大，图像亮
• 中值：图像中所有不同亮度值的中间值。 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 众数： 亮度值， 亮度值，代表图像中分布较广的一种地 物类型。 物类型。 • 均值、中值、众数在多数情况下是比较 均值、中值、 接近的，少数情况下， 接近的，少数情况下，他们之间有显著 差别。 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。 图的特征有密切关系。
0
255
• 正态分布：由于图像数据具有随机性， 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， 不很悬殊的情况下，概率密度分布应接 近于正态分布： 近于正态分布： (x-u)2 F(x) = exp[ ] 2π σ 2 σ2 σ (标准差) u (均值) 1
2.2 遥感图像的空间特征
• 遥感图像数据在很大程度上可以看成是随 遥感图像数据在很大程度上可以看成是随 机变量， 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， 因素影响，其亮度值也是随机变化的，具 有统计性质。 有统计性质。 • 因此，在进行图像处理之前对遥感图像的 因此， 统计特征的了解， 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 图像处理的效率。 善图像的质量，提高图像处理的效率。
2.1 数字图像的性质与特点
• 数字图像的特点
–便于计算机处理与分析：计算机是以二进制方式处理 便于计算机处理与分析： 便于计算机处理与分析 各种数据的。采用数字形式表示遥感图像， 各种数据的。采用数字形式表示遥感图像，便于计算 机处理。因此，与光学图像处理方式相比， 机处理。因此，与光学图像处理方式相比，遥感数字 图像是一种适于计算机处理的图像表示方法。 图像是一种适于计算机处理的图像表示方法。 –图像信息损失低：由于遥感数字图像是用二进制表示 图像信息损失低： 图像信息损失低 因此在获取、传输和分发过程中， 的，因此在获取、传输和分发过程中，不会因长期存 储而损失信息， 储而损失信息，也不会因多次传输和复制而产生图像 失真。 失真。而模拟方法表现的遥感图像会因多次复制而使 图像质量下降。 图像质量下降。 –抽象性强：尽管不同类别的遥感数字图像，有不同的 抽象性强： 抽象性强 尽管不同类别的遥感数字图像， 视觉效果，对应不同的物理背景， 视觉效果，对应不同的物理背景，但由于它们都采用 数字形式表示，便于建立分析模型， 数字形式表示，便于建立分析模型，进行计算机解译 和运用遥感图像专家系统。 和运用遥感图像专家系统。
第二章 地面特征的遥感信息表达与模型
遥感信息空间特征的描述指标及应用 地面特征的遥感信息模型 地物光谱特征分析
2.1遥感数字图像的性质与特点 2.1遥感数字图像的性质与特点
由于传感器上探测元件的灵敏度直接影 响有效量化的级数， 因此， 响有效量化的级数 ， 因此 ， 不同传感器 提供的有效量化的级数是不同的。 有效量化的级数是不同的 提供的有效量化的级数是不同的。
为: N S122=(1/N) Σ (X1i-X1)(X2i-X2)
i=1
均值。 N-像元数目，X1、X2均值。 像元数目，
P
2σ2 X2 2σ1 X1 X1 X2
–n个波段构成的协方差矩阵为 n
Σ=
S112 S212 … Sn12
Hale Waihona Puke Baidu
S122 …… S1n2 S22 …… S2n2 … … … Sn22 …… Snn2
2.1 数字图像的性质与特点
2.1 数字图像的性质与特点
像素的属性特征采用亮度值来表达 像素的 属性特征采用亮度值来表达， 在不 属性特征 采用亮度值来表达， 同波段上，相同地点的亮度值可能是不同的， 同波段上 ， 相同地点的亮度值可能是不同的 ， 这是因为地物在不同波段上辐射电磁波的特征 不同造成的。 不同造成的。 遥感数字图像中像素的数值是由传感器所 探测到的地面目标地物的电磁辐射强度决定的。 探测到的地面目标地物的电磁辐射强度决定的 。 入射到传感器中的电磁波被探测器元件转化为 电信号， 经过模 数转换， 电信号 ， 经过 模 / 数转换 ， 成为绝对辐射亮度 为便于应用， 值 R。 为便于应用 ， R又被转换为能够表征地物 辐射亮度的相对值。 辐射亮度的相对值。
– 专用注记带：是为对图像进行几何校正处理所提供 专用注记带： 的参数，包括图像的经纬度坐标参数、 的参数，包括图像的经纬度坐标参数、处理命令数 遥感器性能参数、飞行姿态参数（侧滚、俯仰、 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。 偏航）、飞行器高度及速度等。