数字图像基础
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17
遥感数字图像的表示方法
二维数组表示：位置隐含（象素坐标），属性用亮度表示；
遥感数字图像根据波段分：
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
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
11
数字图像的性质与特点
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。
6
采样
采 样 的 原 理
7
量化
量 化 的 概 念
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
Spot
Spot NOAA
256
64 1024
8
6 10
13
数字图像
14
遥感数字图像
基本单位：像素 像元（Picture element Pixel）：一幅遥感数字影像由m 行×n列的栅格组成，每个小栅格对应一个值，其值反映 了一定面积大小地面（空间分辨率）的辐射特征，这些栅 格称为像元。
正（纯）像素：一个像素内只包含一种地物（水体…）
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
数字图像就是一个数据矩阵
数值指示接收的能量
SPOT- HRV 图像
35 波段 XS1
42
XS2 XS3 125
Y
X
空间方位
10
模/数转换
34
1 数字图像处理系统概述
遥感图像处理的特点：
wenku.baidu.com与一般图像处理的特点
数据和运算量大
图像进出外部设备复杂
多终端多用户 软件系统庞大 图像的准确性 处理的灵活性 有利于长期保存
35
与目视解译和光学处理比较的特点
遥感图像处理的过程
数据输入
校正处理
变换处理 分类处理 结果输出
过程: （1）空间采样
（2）属性量化
24
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 (1cm=0.3937inch) 635pix/inch
遥感数字图像校正与增强
1
本章主要内容
1. 数字图像基础 2. 图像辐射校正 3. 几何校正原理与方法 4. 图像增强处理
2
一、数字图像
概念：
指能够被计算机存储、处理和使用的图像 。
3
模拟图像和数字图像
模拟图像
模拟图像可用连续函数描述 I＝F（x,y） 特点：辐射值与位置都是连续变化的 数字图像 可用矩阵和数组来描述
次丰富
偏态分布：影像的像元值集中在某个很小的范围，
影像低对比度，影像偏亮或偏暗，层次少，质量较 差。
两端分布：影像像元值集中在直方图的左侧和右侧，
中间色调少，则称为高对比度影像。高对比度影像 黑白分明，缺少色调变化的层次
33
四、 数字图像处理系统概述
遥感图像处理的内容： 图像复原 图像增强 图像分类
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。
21
多波段数字图像存储与分发的常用数据格式（3）
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；……
22
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
一般300dpi（像片）/ 600dpi（负片）可满足要 求 （2）灰度级：0-255（黑白）/ RGB（彩色）
23
分辨率设置
如何设置分辨率
影像直方图的作用： ������ 直方图代表了影像中亮度值（像元值）的 分布情况：亮度值分布范围、峰值范围、均值、 亮度值分布的离散程度 ������ 直方图形状反映了影像的显示特征，说明 了影像的明亮状况
28
29
30
31
32
直方图与影像显示的关系
正态分布：影像的对比度适中，亮度分布均匀，层
12
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，不同传感器提供的有效量 化的级数是不同的。 常用的遥感数字图像有效量化级数。
传感器类型 MSS TM 卫星名称 Landsat Landsat 有效量化级数 64 256 信息量/bit 6 8
HRV(S)
HRV(PA) AVHRR
25
三、灰度直方图
直方图的概念 灰度值的出现频率图形，横坐标是灰度值，纵坐标是像元 的个数或者像元的百分比。 反映灰度的总体结构，灰度级的等级分布，不反映空间的 分布。
1 3 2 3 1 1 1 2 2 4 3 3 3 5 2 4 像元数
5 4 3 2 1
1 2 3 4 5 灰度值
26
27
18
遥感数字图像的表示方法
多波段数字图像存储与分发的常用数据格式： （1）BSQ数据格式（Band sequential）； （2）BIP数据格式（Band interleaved by pixel）； （3）BIL数据格式（Band interleaved by line）； 辅助数据：数字图像尺寸等各种参数
36
遥感图像处理的设备
输入设备：
CCT---磁带机 相片---扫描仪 矢量信息---数字化仪
处理系统
计算机和显示设备
磁带机、打印机、
37
输出设备
遥感图像处理的软件系统
系统软件 应用软件
图像处理软件 专题应用软件
38
混合像素：一个像素内包含多种地物（草地 = 草+地） 像素的空间特征：几何位置及范围——空间位置离散化 像素的属性特征：亮度值——灰度值离散化
16
遥感数字图像
特点：(与光学图像相比)
• 便于计算机处理
数字存储方式
• 获取、传输、分发等过程中没有信息损失
• 抽象性强（表示在计算机里是很抽象 的“数据 流”） 数字形式表示，便于建立分析模型，进行计 算机解译和采用遥感图像专家系统。
19
多波段数字图像存储与分发的常用数据格式（BSQ）
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]。
20
多波段数字图像存储与分发的常用数据格式（2）
BIP数据格式（Band interleaved by pixel），
二者相比 数字图像的特点： 图像损失率低、精 度高 抽象性强、灵活性 强
a11 I m, n am1
a1n amn
像元的属性：灰度和位置都是离散的
4
遥感图像的目视解译
5
二、图像数字化—— 光学图象变为数字图象
模拟量——连续变量
数字量——离散变量 灰阶：黑白相片黑白的程度。黑白变化是逐步过渡， 人为设置灰标。 数字化时：将一幅影像通过扫描仪或者数字摄像机等外部设 备送入计算机时，就是对图像的位置变量进行离散化，对灰 度值进行量化。 即包含两方面的内容：一是图像空间位置（坐标）的数字化 （采样）。二是图像灰度的数字化（量化）。
遥感数字图像的表示方法
二维数组表示：位置隐含（象素坐标），属性用亮度表示；
遥感数字图像根据波段分：
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
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
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数字图像的性质与特点
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。
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采样
采 样 的 原 理
7
量化
量 化 的 概 念
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
Spot
Spot NOAA
256
64 1024
8
6 10
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数字图像
14
遥感数字图像
基本单位：像素 像元（Picture element Pixel）：一幅遥感数字影像由m 行×n列的栅格组成，每个小栅格对应一个值，其值反映 了一定面积大小地面（空间分辨率）的辐射特征，这些栅 格称为像元。
正（纯）像素：一个像素内只包含一种地物（水体…）
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
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数字图像就是一个数据矩阵
数值指示接收的能量
SPOT- HRV 图像
35 波段 XS1
42
XS2 XS3 125
Y
X
空间方位
10
模/数转换
34
1 数字图像处理系统概述
遥感图像处理的特点：
wenku.baidu.com与一般图像处理的特点
数据和运算量大
图像进出外部设备复杂
多终端多用户 软件系统庞大 图像的准确性 处理的灵活性 有利于长期保存
35
与目视解译和光学处理比较的特点
遥感图像处理的过程
数据输入
校正处理
变换处理 分类处理 结果输出
过程: （1）空间采样
（2）属性量化
24
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 (1cm=0.3937inch) 635pix/inch
遥感数字图像校正与增强
1
本章主要内容
1. 数字图像基础 2. 图像辐射校正 3. 几何校正原理与方法 4. 图像增强处理
2
一、数字图像
概念：
指能够被计算机存储、处理和使用的图像 。
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模拟图像和数字图像
模拟图像
模拟图像可用连续函数描述 I＝F（x,y） 特点：辐射值与位置都是连续变化的 数字图像 可用矩阵和数组来描述
次丰富
偏态分布：影像的像元值集中在某个很小的范围，
影像低对比度，影像偏亮或偏暗，层次少，质量较 差。
两端分布：影像像元值集中在直方图的左侧和右侧，
中间色调少，则称为高对比度影像。高对比度影像 黑白分明，缺少色调变化的层次
33
四、 数字图像处理系统概述
遥感图像处理的内容： 图像复原 图像增强 图像分类
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。
21
多波段数字图像存储与分发的常用数据格式（3）
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；……
22
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
一般300dpi（像片）/ 600dpi（负片）可满足要 求 （2）灰度级：0-255（黑白）/ RGB（彩色）
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分辨率设置
如何设置分辨率
影像直方图的作用： ������ 直方图代表了影像中亮度值（像元值）的 分布情况：亮度值分布范围、峰值范围、均值、 亮度值分布的离散程度 ������ 直方图形状反映了影像的显示特征，说明 了影像的明亮状况
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30
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直方图与影像显示的关系
正态分布：影像的对比度适中，亮度分布均匀，层
12
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，不同传感器提供的有效量 化的级数是不同的。 常用的遥感数字图像有效量化级数。
传感器类型 MSS TM 卫星名称 Landsat Landsat 有效量化级数 64 256 信息量/bit 6 8
HRV(S)
HRV(PA) AVHRR
25
三、灰度直方图
直方图的概念 灰度值的出现频率图形，横坐标是灰度值，纵坐标是像元 的个数或者像元的百分比。 反映灰度的总体结构，灰度级的等级分布，不反映空间的 分布。
1 3 2 3 1 1 1 2 2 4 3 3 3 5 2 4 像元数
5 4 3 2 1
1 2 3 4 5 灰度值
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遥感数字图像的表示方法
多波段数字图像存储与分发的常用数据格式： （1）BSQ数据格式（Band sequential）； （2）BIP数据格式（Band interleaved by pixel）； （3）BIL数据格式（Band interleaved by line）； 辅助数据：数字图像尺寸等各种参数
36
遥感图像处理的设备
输入设备：
CCT---磁带机 相片---扫描仪 矢量信息---数字化仪
处理系统
计算机和显示设备
磁带机、打印机、
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输出设备
遥感图像处理的软件系统
系统软件 应用软件
图像处理软件 专题应用软件
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混合像素：一个像素内包含多种地物（草地 = 草+地） 像素的空间特征：几何位置及范围——空间位置离散化 像素的属性特征：亮度值——灰度值离散化
16
遥感数字图像
特点：(与光学图像相比)
• 便于计算机处理
数字存储方式
• 获取、传输、分发等过程中没有信息损失
• 抽象性强（表示在计算机里是很抽象 的“数据 流”） 数字形式表示，便于建立分析模型，进行计 算机解译和采用遥感图像专家系统。
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多波段数字图像存储与分发的常用数据格式（BSQ）
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]。
20
多波段数字图像存储与分发的常用数据格式（2）
BIP数据格式（Band interleaved by pixel），
二者相比 数字图像的特点： 图像损失率低、精 度高 抽象性强、灵活性 强
a11 I m, n am1
a1n amn
像元的属性：灰度和位置都是离散的
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遥感图像的目视解译
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二、图像数字化—— 光学图象变为数字图象
模拟量——连续变量
数字量——离散变量 灰阶：黑白相片黑白的程度。黑白变化是逐步过渡， 人为设置灰标。 数字化时：将一幅影像通过扫描仪或者数字摄像机等外部设 备送入计算机时，就是对图像的位置变量进行离散化，对灰 度值进行量化。 即包含两方面的内容：一是图像空间位置（坐标）的数字化 （采样）。二是图像灰度的数字化（量化）。