遥感图像处理的发展与应用

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主要内容
图像获取、表示和表现（ Image Acquisition ， Representation and Presentation）：把模拟图像信号转化为计算机能接受的数字形式 。 图像复原（ Image Restoration ）： 将退化的图像（图像品质下降） 进 行复原。 图像增强（Image Enhancement）：改善图像的视感效果。 图像分割（Image Segmentation）：把图像分成区域的过程就是图像 分 割，目的是提取感兴趣的目标。 图像分析：依据不同的应用，实现图像的分类、识别和理解。 图像重建：图像重建是指从数据到图像的处理，即输入的是某种数据 ， 而经过处理后得到的结果是图像， CT 就是图像重建处理的典型应 用实 例。目前，图像重建与计算机图形学相结合，把多个二维图像合 成三维 图像，经各种渲染技术，生成各种具有强烈真实感高质量图像。
70’s: 资 源 卫 星 遥 感 图 像 处 理 ， 出 现 大 批 商 业 化 软 件。 ▪ 80’s: 处 理 系 统 微 机 化 和 工 作 站 化 ， 出 现 了 许 多 ▪ 90’s : 论 向更多的领域渗透； 更廉价 新的理 和 算法：形态学 、小波理论、人工智能 等。 的硬件和软件； 新方法的更 深入研究和应用； 更强大的 系统； 网络化处理。 ▪ 21世纪：海量数据处理，专业应用软件不断发展。 ▪ 上述事实说明，数字图像处理产生于空间探测的需要，它是 随着空间技术、成像技术以及计算机科学技术的发展而发展 起来的一个密切结合应用的学科。 ▪ 目前数字图像处理已经成为心理学、生理学、医学、计算机 科学等诸多方面的学者研究视觉感知的有效工具。另外，图 像处理在军事、气象、工业、海洋探测等应用中有不断增长 的需求。 ▪ 已 是 各 个 学 科 竞 相 研 究 在 各 个 领 域 广 泛 应 用 的 一 门 科 学 。
SPOT 在 军 事 方 面 的 应 用
情报侦察 CA目标解译 － 3D信息用于 战 略/战术部署 － 导弹航程设 计及3D巡航演示 － 专业培训
加 拿 大 COLD LAKE 空 军 基 地
五、在摄影测量中的应用及实例
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遥感图像处理在摄影测量中的应用具有广 阔的前景。 在摄影测量中引入遥感数字图像处理技术 已经成为摄影测量发展的一项必不可少的 主要工具。 摄影测量的理论和方法充实了遥感数字图 像处理的内容；遥感数字图像处理在摄影 测量中的应用，拓宽了摄影测量的研究和 应用领域，促进了摄影测量向数字化、信 息化和自动化方向发展。
二、目的和主要内容
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目的
提高图像的视感质量，以达到赏心悦目目的。如去除噪声 ， 改变亮度、颜色，几何变换等，都是为了某种期望的效 果。 包括用一个估计来恢复图像，即图像复原。 提取图像中所包含的某些特征或特殊信息，以便于计算机分 析。如常用作模式识别、计算机视觉的预处理等。这些特征 包括很多方面， 如频域特性、灰度／颜色特性、边界／区 域特性、 纹理特性、 形状／拓扑特性以及关系结构等。 对图像数据进行变换、 编码和压缩， 以便于图像的存储和 传输。
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数字法（数字图像处理）：就是利用计算机或其它数
字硬件，对数字图像进行系列操作，从而获得某种 预期结果的技术。数字图像处理的特点是处理精度 高，而且可以通过改进处理软件来优化处理效果， 操作方便。现在所指的“图像处理”主要指“数字图 像处理”。但不应排除可能的发展（如“光学--- 数 字”处理方式）。
几个典型实例：
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遥感图像压缩系统：该系统是针对遥感影像 信息系统中，海量遥感影像数据的存储及应 用所开发的。采用小波技术结合编码方法， 同时考虑到遥感图像应用对解压缩后图像的 要求较高，与一般图像压缩的要求不同，对 解码后图像的质量提出了具体的要求。在满 足后续图像处理精度的要求下，压缩比一般 可达到 1:8 左右。
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图像压缩编码：图像压缩的目的就是压缩数据量。 图像融合：将多源信道所采集到的同一目标图像进行处理, 提取各自 信 道信息,形成一幅图像以获取更丰富的目标信息。
遥感图像处理
遥感图像处理
遥感图像源自文库理
三、发展历史及现状
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遥感图像处理开始于 50 年代，美国在太空探测计划的推动 下，开始了这项技术的研究。 诞生的重要标志 :1964年美国JPL(喷气推进实验室) 正式使用 计算机对 “旅行者七号” 宇宙飞船发回的4316张月球相片进 行处理，校正飞船上电视摄象机产生的各种不同形式的图像 畸变，并取得了前所未有的清晰像片。 50’s 末→60’s: 美 国 MIT (Massachusetts Institute of Technology) 、 JPL、南加州大学、马里兰大学等，率先开展增强、校正、编 码、边缘检测等研究。 N A S A (National Aeronautics and Space Administration) 美国宇航局是美国航天遥感和图像研究与应用的重要机构。
1998 年洞庭湖地区洪水前后对比
1998 年5 月
1998 年8 月
土壤土质变化监测
盐碱地分布图
检验盐碱度
理解盐碱地成因
天然盐碱 地： 与当地的土壤 状 况 有 关， 如 低洼地
GIS
实地调查
盐碱地分 布 图： 按程度不 同 分 为4 类
人为造成盐碱地 ：如用含盐井水 灌 溉 土 地， 一 般 在灌渠终端易形 成盐碱
巴西90.000公顷林地监测 1986 年 : 毁 林 21.000 公 顷 1989 年 : 毁 林 41.000 公 顷 86 年 至 89 年: 共 毁 林20.000 公 顷
© CNES 1989 . 处 理 后 的 变 化 信 息 图
© CNES 1986 . 15 July 1986
© CNES 1989 . 22 July 1989
什么是一个operator？ 特定算子-线性算子
图像处理的方法：模拟法和数字法。
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模拟法： 计算机出现以前，均采用模拟处理方法，利用 光 学、照像和电子学方法对模拟图像的处理称为模拟图 像处 理。光学图像处理方法已经有很长的历史，典型 的例子 如：天文学、摄影测量学、粒子物理学。光学图 像处理的 特点是处理速度快，信息容量大，分辨率高 ，又非常经 济，但精度不够高，稳定性差，操作不方便。
3S导航与定位（INS、 GPS 、 RS ） BL OK—109B战斧巡航导弹 惯性导航 航迹规 划 GIS 地形匹配（中段）20---50M 下视影 像匹配（末段） RS/GPS 1 0 M 前视影像匹配
办公室自动化：公文和图纸读取、邮件自动分检、 文字识别、 O CR、问卷调查数据自动处理、运动员 号码自动识别。处理多为二值图像。 O C R（ O ptical Character Reader）：源于 1970年 出现 的邮政编码自动读取。主要包括图像输入、文 字区 域提取、区域分割和文字识别等环节，而识别 又由 预处理、特征提取、分类等组成。 遥感：如农业估产、资源环境调查、气象预报、灾 害检测、地质分析、城市规划、地形测绘（摄影测 量与制图）。 其它：可视电话、电视会议、图像的远距离通讯、 多媒体计算机系统、数字电视（数字编辑、动画片 制作）、文物资料的复制、修复、运动员训练动作 分析和评分等。
一、基本概念
图像（Image/Picture） 定义1：给定条件下目标的电磁波表现形式（反射、辐射、 透射等） 定义2：以不同形式和手段观测客观世界而获得的，可 直接或间接作用于人眼并产生视知觉的实体。 ▪ 数字图像（Digital Image） 适合于计算机处理的、以离散（数字）形式表示的图 像。 本质上，是由图像经采样和量化后形成的二维离散函数。 一幅单色图像就是一个二维的光强函数，表示为 f (x, y) ； 一幅彩色图像是一个向量，每个分量代表该点颜色通道的 亮度值。
－ 矿产资源调查
三峡大坝影像图
－ 地下水资源勘查
－ 地质结构填图
地质构造解译图
水库库容动态定量监测
尼日尔内陆水域蓄水量的估算与监测
水文模型 ( 水 量 平 衡)
水深 模 型
29/10/88 04/01/89 13/03/89 146.2 ha 107.9 ha 86.4 ha
在环境灾害方面的应用
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Low Resolution
Medium Resolution
High Resolution
Very High Resolution
Microwave Remote Sensing Satellites
高分辩率遥感影像 美国IKONOS卫星（1米）
同时采集的全色波段色片 .45-.90 microns(微米) (1m)
参考书
1 冈萨雷斯等，《数字图像处理 》第二版， 电子工业出版社，2003 2 Kenneth R.Castleman ,《Digital Image Processing》， 清华大学出版社 3 朱志刚等译，《数字图像处理》， 电子工业出版社
第一章 遥感图像处理的发展与应用
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数字图像处理的基本概念 数字图像处理的目的和主要内容 数字图像处理的发展历史及现状 数字图像处理的应用 数字摄影测量的应用与实例
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黑白图像
f(i,j)
彩色图像 R(i,j);G(i,j);B(i,j)
获取方式：直接获取（数字成像）和间接获取（数字化） 。 分类：灰度图像（多值、彩色、多光谱）和二值图像。
为什么图像常用2的正数幂表示？ 如何计算一
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幅图像（灰度、彩色）的比特数？ 图像处理（Image processing)：就是对图像信息进行加工， 以满足人的视觉或心理或应用的需求的行为。 图像处理就是用图像变换方法对图像进行处理，图像变换就 是对图像施以一个operator。
在环境灾害方面的应用
森林火灾动态监测
利 用SPOT 卫 星 编 程 接 收， 实时跟踪火灾蔓延趋势
印度尼西亚1997 年森林大火灾
© CNES 1997 . 8 Sept. 1997
© CNES 1997 . 6 June 1997
© CNES 1997 . 29 July 1997
在环境灾害方面的应用
土地利用变化动态监测
－动态监测城市扩展状况
－及时发现非法用地
－辅助制定城市发展规划
农 业 、 林 业方 面 的 应 用
农作物分类及分布图 植被覆盖状况动态跟综
植被（VEGETATION）探测农作物 by 40 kms (SPOT image and classification)
地质方面的应用
红波段 .63-.69 microns (4m)
美国QuickBird卫星图像（0.61米）
德国TerraSAR-X雷达卫星
（1米，2007.6发射）
四、应用
数字图像处理在其短短的历史中，以不同的程度成功地应 用于几乎所有与成像相关的领域: 医学领域： 如 X 线图像、显微镜图像、 CT、RI （放射性同位 素）、N M G (核磁共振) 、 EIT（电阻抗断层图像技术）、冠 状 动脉x射线图像三维重构、超声波图像的处理、染色体分 析、 血球分类、生物进化分析„。 医学图像处理奠定了早期处理方法的基础。 正逐步用数字 技 术取代模拟技术,而影像获取和显示最为关键。大部分内 容同 时涉及到图像重建、特征提取和模式识别。 总之，是个颇受关注和极具潜力的领域。
遥感图像处理与分析
Remote Sensing Image Processing and Analysis
教学内容
第1章 遥感图像处理的发展与应用 第2章 遥感图像处理系统及基本概念 第3章 点运算和几何运算 第4章 线性系统理论和图像的正交变换 第5章 图像增强 第6章 图像复原 第7-8章 图像分割、分类与估计（图像分类） 第9章 图像压缩 第10-11章 彩色和多光谱处理（图像融合）
工业领域：生产过程监控、交通管制、CAD/CAM、 表面缺损自检、外观检查和挑选、装配/生产线自 动化„„ 大规模集成电路检测：高精度对准标准图像和被 检图像、分块生成标准图像（二值图像和轮廓图 像）、逐块匹配。 电子器件内部检测：利用X射线CT技术。 机器人 障碍物识别：障碍物定义与判断、障碍物 分离、预处理、边界生成、距离信息获取。 军事、公安：可用于飞行器目标识别与制导、侧视 雷达的地形侦察、运动目标跟踪、反伪装侦察、指 纹自动识别、罪犯脸型合成、过期档案复原„„