第2讲 遥感影像及统计分析

（一）单波段统计特征
（6）影像灰度反差 反差可以反映影像的显示效果和可分辨性。
上述三种形式的反差定义中， C3 最合理，其
它两种定义受极端情况的影响较大。
（一）单波段统计特征
集中趋势
离散趋势
（一）单波段统计特征
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（一）单波段统计特征
（7）影像的直方图 直方图是指影像中所有灰度值的概率分布
。横坐标表示影像的灰度级变化，纵坐标表
（2）GPS定位法： Global Positioning System：
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（四）地图数据
地图信息可以提供如下功能：
①调查区域的概查：
②几何校正控制点的设置： ③辅助性地面实况数据的获取及判读参考： ④分析、判读结果的整理与表示：
（四）地图数据
常用的地图数据：
（四）地图数据
数字高程模型（Digital Elevation Model 简 称DEM）是在高斯投影平面上规则格网点平 面坐标（x,y）及其高程（z）的数据集。 Dem的水平间隔可随地貌类型不同而改变。
f (i, j) f g (i, j) g
（二）多波段间的统计特征
（1）协方差 将N个波段相互间的协方差排列在一起所组成
的矩阵称为协方差矩阵
2 S11 2 S 21 ... 2 S N1
S S
2 12 2 22
2 SN 2
... S ... S 2 ... S NN
irregular network：不规则三角形网络)。该方法
只有按地形起伏自由变更标高点密度的优点，对高 速检索周围的随机点必须加以特别的考虑。
（五）数字地形数据
④函数表示法：通过曲线函数等用曲面表示 地表面的方法。
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四、遥感影像的信息内容
（一）遥感影像的波谱信息
（二）遥感影像的空间信息
（三）遥感影像的时间信息
合成孔径雷达数据源，航天飞机也可载合 成孔径雷达。
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（二）影像数据格式
存储形式：灰度值矩阵
（二）影像数据格式
存储形式：灰度值矩阵
（二）影像数据格式
存储形式：灰度值矩阵
（二）影像数据格式
存储形式：灰度值矩阵
（二）影像数据格式
存储形式：灰度值矩阵
（二）影像数据格式
存储文件格式：
（二）影像数据格式
（2）影像灰度中值
指影像所有灰度级中处于中间的值。当灰
度级数为偶数时，则取中间两灰度值的平均 值。由于一般遥感影像的灰度级都是连续变 化的，因而中间值可通过最大灰度值和最小 灰度值获得。
（一）单波段统计特征
（3）影像灰度众数
众数是影像中出现最多次数的灰度值。它
是一幅影像中分布较广的地物类型反射能量 的反映。
根据不同的高程精度，可分为不同等级产品
。
（四）地图数据
数字正射影像图（Digital Orthophoto Map 简称DOM）是利用数字高程模型对扫描处理 的数字化的航空相片 / 遥感相片（单色 / 彩 色），经逐个象元进行投影差改正，再按影 像镶嵌，根据图幅范围剪裁生成的影像数据. 一般带有公里格网、图廓内 / 外整饰和注记 的平面图。
能够显示的点的数量(行、列)，或在影像
中一个像元点所表示的面积。 在描述遥感数据时，存在四种类型的
分辨率：
（三）影像数据的分辨率
（1）光谱分辨率
光谱分辨率指成像的波段范围，分得愈细，波段愈多， 光谱分辨率就愈高，反之光谱分辨率越粗糙。 现在的技术可以达到 5~6nm （纳米）量级，400 多 个波段。细分光谱可以提高自动区分和识别目标性质和 组成成分的能力。
（一）定标、验证数据
（一）定标、验证数据
（一）定标、验证数据
由于大气散射的影响，必须对观测的数据进 行验证，常常用基于地面实况数据进行验证 的方法。这些地面数据被称为验证数据。
（一）定标、验证数据
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（二）地面实况调查
地面实况调查(ground truth)是指为了检 验遥感数据与观测目标物的对应关系而对地 面实况信息进行观测、测量、收集的工作。
示影像中各个灰度级像元数占整幅影像像元
数的百分比。遥感影像数据常常服从或接近
于正态分布。
（一）单波段统计特征
（7）影像的直方图
（一）单波段统计特征
（7）影像的直方图
（一）单波段统计特征
（8）直方图的描述量 事实上，遥感影像数据并不能完全服从正态
分布，往往存在直方图的偏斜。其具体表现
为影像灰度均值与众数和中值的明显不一致
（三）影像数据的分辨率
（2）空间分辨率 是指遥感器所能分辨的最小的目标大
小，或指影像中一个像元点所表示的地面
面积。空间分辨率越高，则目标和面积值 越小。
（三）影像数据的分辨率
（2）空间分辨率
30 Meter
10 Meter
1 Meter
（三）影像数据的分辨率
（2）空间分辨率
（三）影像数据的分辨率
。偏斜程度可用下面的量来表示：
f f mod e Sk S
3( f f med ) Sk S
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（二）多波段间的统计特征
（1）协方差 设f（i，j）和g（i，j）是大小为M×N的两
幅影像，则它们之间的协方差计算公式为：
1 2 2 S gf S fg MN
M 1 N 1 i 0 j 0
为量化级。
（三）影像数据的分辨率
（4）时间分辨率 是指对同一地区进行重复观察的频率。
例如，是每16天还是每3天重复一次。
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（四）影像数据的辅助信息
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三、遥感影像其他数据
（一）定标、验证数据
（二）地面实况调查
（三）地面定位数据 （四）地图数据 （五）数字地形数据
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（一）定标、验证数据
定标(calibration)是把所得到的测量值变换成 绝对亮度，或指定与地表反射率及表面温度 等物理量有关的处理过程。
栅格文件。
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（五）数字地形数据
数字地形数据是表示地形形状的数据，也叫 数字地形模型(DTM：digital terrain model or DEM：digital elevation model)。
（五）数字地形数据
地形形状(地表面形状)的表示方法大致分为以 下4种： ①等高线表示法：用具有等间隔的高度的等 高线集合表示地形的方法。
（五）数字地形数据
②网格点表示法：通过在水平面上布置的格 点(网格点)的标高数据表示地形形状的方法。 格点以外地点的标高由周围格点的标高数据 内插求出。
（五）数字地形数据
③随机点表示法：通过在水平面上随机布置的点的
水平位置坐标和标高数据表示地形形状的方法。近
似地表示地表面形状的方法叫TIN(triangulated
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五、遥感影像特征的 统计分析
（一）单波段统计特征 （二）多波段间的统计特征 （三）卷积 （四）纹理
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（一）单波段统计特征
（一）单波段统计特征
（1）影像灰度均值
均值指的是一幅影像中所有像元灰度值的
算术平均值，它反映的是影像中地物的平均 反射强度，大小由一级波谱信息决定。
（一）单波段统计特征
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（三）地面定位数据
在进行遥感影像的几何精校正时，必须要 有地面控制点。适于作为地面控制点的是可 以在影像上辨认出的一点和它所对应的地面 上相同的一点，而且可以正确知道该点在影
像上的位置(像元号、行号)和在地图上的位置(
纬度、经度、高度)。
（三）地面定位数据
定位方法有： （1）地形图法：
简单，但不适于缺乏高精度地形图的地区。
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（一）遥感影像的波谱信息

遥感影像中每个像元的亮度值代表的是该像元中
地物的辐射值，随地物的成分、纹理、状态、表 面特征及所使用电磁波段的不同而变化的，这种 特征称为地物的波谱特征。 不同地物之间的亮度值差异以及同一地物在不同 波段上的亮度值差异构成了地物的波谱信息。

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（一）遥感影像的波谱信息
（一）四种数据源
（二）影像数据格式
（三）影像数据的分辨率 （四）影像数据的辅助信息
（一）四种数据源
（1）多光谱数据源
光 谱 分 辨 率 在 λ/10 数 量 级 范 围 的 称 为 多 光 谱
பைடு நூலகம்
(Multispectral)，这样的遥感器在可见光和近红外光谱
区只有几个波段，如美国 Landsat MSS，TM，法国
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（三）卷积
（1）窗口和邻域
对于图像中的任一像素 (x,y), 以此为中心，按上下左右对 称所设定的范围成为窗口。如 3×3窗口、5×5窗口。
（三）卷积
全色波段，一般指使用0.5微米到0.75微米左右的单
波段，即从绿色往后的可见光波段。因为是单波段，在
图上显示是灰度图片。全色遥感影象一般空间分辨率高，
但无法显示地物色彩。实际操作中，我们经常将之与波
段影象融合处理，得到既有全色影象的高分辨率，又有 多波段影象的彩色信息的影象。
（一）四种数据源
（4）SAR数据源
（二）影像数据格式
(3)BIP方式(band interleaved by pixel) 在一行中，每个像元按光谱波段次序
进行排列，然后对该行的全部像元进行这
种波段次序排列，最后对各行进行重复。 ((波段顺序，像元号顺序)，行号顺序)
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（三）影像数据的分辨率
分辨率是用于记录数据的最小度量单
位。广义上一般用来描述在显示设备上所
（3）辐射分辨率 又称亮度阈值，是指在一个波段中所记录
的代表地物反射电磁波的强度 ( 表现为亮
度或灰度 ) 的所有可能的数值。在影像中 表现为影像的灰度级。
（三）影像数据的分辨率
（3）辐射分辨率
辐射分辨率计算公式： RL =（Rmax-Rmin ）/D 其中Rmax为最大辐射量值，Rmin为最小辐射量值，D
的SPOT等。
（一）四种数据源
（2）高光谱数据源
光谱分辨率在λ/100的遥感信息称之为高光谱遥感
(Hyperspectral); 随着遥感光谱分辨率的进一步提高，
在 达 到 λ/1000 时 ， 遥 感 即 进 入 超 高 光 谱
(Ultraspeetral)阶段 。
（一）四种数据源
（3）全色波段数据源
（1）BSQ方式(band sequential) 各波段的二维影像数据按波段顺序排
列。
(((像元号顺序)，行号顺序)，波段顺序)
（二）影像数据格式
(2)BIL方式(band interleaved by line) 对每一行中代表一个波段的光谱值进
行排列，然后按波段顺序排列该行，最后
对各行进行重复。 (((像元号顺序)，波段顺序)，行号顺序)
2 1N 2 2N
（二）多波段的统计特征
（2）相关系数 相关系数是描述波段影像间的相关程度的
统计量，反映了两个波段影像所包含信息的
重叠程度。即
r fg S
2 fg
S ff S gg
（二）多波段的统计特征
（2）相关系数 将N个波段相互间的相关系数排列在一起所组
成的矩阵称为相关矩阵
1 r 21 R ... rN 1 r12 1 rN 2 ... r1N ... r2 N ... 1
（四）地图数据
数字线划地图（Digital Line Graphic简称 DLG）是现有地形图上基础地理要素的矢量 数据集，且保存要素间空间关系和相关的属 性信息。
（四）地图数据
（Digital Raster Graphic简称DRG）是纸 质地形图的数字化产品。每幅图经扫描、纠 正、图幅处理及数据压缩处理后，形成在内 容、几何精度和色彩上与地形图保持一致的
（二）遥感影像的空间信息
包括空间频率信息、边缘和线性信息、结构
或纹理信息以及几何信息等。
影响遥感影像空间信息的主要因素有成像遥
感器的空间分辨率、影像投影性质、比例 尺、几何畸变等。
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（三）遥感影像的时间信息
是指不同时相遥感影像的光谱信息与 空间信息的差异。是研究对象所处的时 态，所以要充分利用多时相影像，不能 以一个瞬时信息来包罗它的整个发展过 程。
第一讲回顾：
1. 遥感及其相关概念
2. 遥感平台
3. 传感器
4. 遥感的技术特点
5. 遥感信息科学
《遥感数字图像处理》教程
第二讲 遥感影像及其统计分析
教学提纲
一、遥感成像过程 二、遥感数字影像数据
三、遥感影像其他数据
四、遥感影像的信息内容 五、遥感影像特征的统计分析
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一、遥感成像过程
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二、遥感数字影像数据
（一）基本统计分析量
（4）影像灰度方差 方差反映各像元灰度值与影像平均灰度值
的总的离散程度。它是衡量一幅影像信息量
大小的重要度量，是影像统计分析中的最重
要的统计量。
（一）基本统计分析量
（5）影像灰度数值域(range) 它是影像最大灰度值和最小灰度值的差值
，它反映了影像灰度值的变化程度，从而间
接地反映了影像的信息量。