成都理工大学数字图像处理复习资料

遥感与数字图像处理基础知识一、名词解释：数字影像：物体光辐射能量的数字记录形式或像片影像经采样量化后的二维数字灰度序列图像采样：将空间上连续的图像变换成离散点的操作称为采样灰度量化：将像素灰度转换成离散的整数值的过程叫量化像素：将地面信息离散化而形成的格网单元二、填空题：1、光学图像是一个连续的光密度函数。2、数字图像是一个离散的光密度函数。3、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。此外，有些遥感图像是通过摄影方式获取的，保存在胶片上。只有对这些获取的图像（或模拟图像）进行数字化后，才能产生数字图像。数字化包括两个过程：采样和量化。4、一般来说，采样间距越大，图像数据量小，质量差；反之亦然。5、一幅数字图像为8位量化，量化后的像素灰度级取值围是0——255的整数。设该数字图像为600行600列，则图像所需要的存储空间为__360000______字节。6、设有图像文件为200行，200列，8位量化，共7个波段，则该图像文件的大小为280000bit。三、不定项选择题：(单项或多项选择)1、数字图像的_____4___。①空间坐标是离散的，灰度是连续的③两者都是连续的②灰度是离散的，空间坐标是连续的④两者都是离散的2、采样是对图像___2_____。①取地类的样本②空间坐标离散化③灰度离散化3、量化是对图像____2____。①空间坐标离散化②灰度离散化③以上两者。4、图像灰度量化用6比特编码时，量化等级为____2____。①32个②64个③128个④256个5、数字图像的优点包括___12_____。①便于计算机处理与分析③空间坐标和灰度是连续的②不会因为保存、运输而造成图像信息的损失6、BSQ是数字图像的____1____。①连续记录格式②行、波段交叉记录格式③像元、波段交叉记录格式。四、问答题：1、怎样才能将光学影像变成数字影像？答：把一幅将模拟图像经过采样和量化，以二维的数字阵列记录其能量分布。2、模数变换的两个过程：采样和量化，分别是什么含义？采样：将空间上连续的图像变换成离散点的操作称为采样量化：将像素灰度转换成离散的整数值的过程叫量化3、什么是空间分辨、率光谱（波谱）分辨、率时间分辨？率空间分辨率：影像能够详细区分的最小单元（像素）能代表的地面尺寸的大小光谱分辨率：指传感器的所记录的电磁光谱特定的波长围和数量时间分辨率：指传感器对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔4、通用的遥感数据存储格式有哪三种？BSQ、BIL、BIP辐射校正一、名词解释：1、辐射误差：传感器接受到的电磁波能量与目标本身辐射的能量是不一致的2、辐射校正：消除图像数据中依附在图亮度中的各种失真的过程二、填空题：1、通常把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的，通过率较高的波段称为＿大气窗口＿＿。2、辐射校正包括三部分的容：＿传感器端的辐射校正＿＿、大气校正＿＿＿和＿地表辐射校正＿＿。3、传感器所能接收的太包括太直射到地表后地表的反射辐射＿＿＿、被大气散射辐射的太在地表的反射辐射、大气的上行散射辐射＿＿＿三部分。4、大气散射校正主要有三种方法：（1）＿统计学方法＿＿（2）＿辐射传递方程计算法＿＿（3）＿波对段比法。5、在可见光波，段大气的影响主要表现为＿气溶胶引起的散射＿＿；在近红外，大气的影响主要表现为＿水蒸汽的吸收＿＿。6、大气的散射与辐射光波长有密切的关系，对短波长的散射比长波长的散射要强＿得多。7、为了尽量减少太阳高度角＿＿和＿方位角引起的辐射误差，遥感卫星大多设计在同一个地方时间通过当地上空，但由于季节的变化和地理经纬度的变化，两者的变化是不可避免的。三、问答题：1、辐射误差产生的主要原因有哪些?误差来源：1、传感器本身的性能引起的辐射误差2、大气的散射和吸收引起的辐射误差3地形影响和光照条件的变化引起的辐射误差2、因大气辐射引起的辐射误差，其相应的校正方法有哪些?答：1因基于辐射传输方程的大气校正2、基于地面场地数据或辅助数据进行辐射校正3、利用特波殊段进行大气校正3、太阳高度和地形校正的目的是什么？答：遥感图像在获取时，由于地形起伏以及太阳斜射地面等因素的影响，造成在不同的地形的辐射量有很大的不同，图像上形成亮度差异，太阳高度和地形校正的目的是消除这两种因素引起的辐射误差几何校正一、填空题：1、控制点数目的最小值按未知系数的多少来确定。k阶多项式控制点的最少数目为(k＋1)(k＋2)/2。2、多项式拟合法纠正中控制点的数量要求，一次项最少需要＿4＿个控制点，二次项最少项需要＿7＿个控制点，三次项最少需要＿11＿＿个控制点。二、不定项选择题：(单项或多项选择)1、通过多项式进行几何校正时，需要在待校正图像与参考图像之间选择同名控制点，其选取原则包括___1234_____。①易于识别并且不随时间变化的点，如道路交叉点、河流拐弯处、水域的边界、机场等②特征变化大的地区应多选些③图像边缘部分要选取控制点，以避免外推④同名控制点要在图像上均匀分布2、多项式纠正用一次项时必须有＿3＿＿。①1个控制点3、多项式纠正用二次项时必须有＿4＿＿。①3个控制点②4个控制点②2个控制点③3个控制点③5个控制点④4个控制点④6个控制点4、多项式纠正用一次项可以改正图像的＿2＿＿。①线性变形误差②非线性变形误差③前两者四、问题答：1、说明遥感图像几何变形误差的主要来源。：答1传感器成像方式引起的图像变形2传感器外方位元素变化的影响3地形起伏引起的像点位移4地球曲率引起的图像变形5大气折射引起的图像变形6地球自转的影响2、试述多项式纠正法纠正卫星图像的原理和步骤。原理：1回避成像的空间几何过程，直接对图像变形的本身进行数学模拟2把遥感图像的总体变形看作是平移、缩放、旋转、骗扭、弯曲以及更高次的基本变形的综合作用结果3把原始图像变形看成是某种曲面，输出图像作为规则平面。从理论上讲，任何曲面都能以适当高次多项式拟合，用一个适当的多项式来描述纠正前后图像相应点之间的坐标关系步骤：1确定纠正的多项式模型2选择若干个控制点，利用有限个地面控制点的已知坐标，解求多项式的系数3将各像元的坐标代入多项式进行计算，便可求得纠正后的坐标4位置进行变换，变换的同时进行灰度重采样5对结果进行精度评定3、几何校正中常用的灰度重采样方法有哪三种？答：最近邻法双线性插法三次卷积插法图像增强一、名词解释：灰度直方图:以每个像元为单位，表示线性拉伸:采用线性或分段线性的函数改善图像对比度平滑：为抑制噪声，改善图像质量所做的处理锐化：通过微分使图像中的地物边缘，轮廓或线状目标突出滤波：将信号中特定波段频率部分滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施高通滤波：保留图像的高频部分而消弱低频部分的处理低通滤波：保留图像的低频部分而抑制高频部分的处理植被指数：根据地物光谱反射率的差异作比值可以突出图像中植被的特征、提取植被类别或估算绿色生物量，能够提取植被的算法称为植被指数伪彩色合成:将一个波段或单一的黑白图像变换为彩色图像，从而把人眼不能区分的微小的灰度差别显示为明显的色彩差异，更便于解译和提取有用信息。真彩色合成根据彩色合成原理，可选择同一目标的单个多光谱数据合成一幅彩色图像，当合成图像的红绿蓝三色与三个多光谱段相吻合，这幅图像就再现了地物的彩色原理，就称为真彩色合成。假彩色合成根据加色法或减色法，将多波段单色影像合成为假彩色影像的一种彩色增强技术。密度分割法:对单波段黑白遥感图像按灰度分层，对每层赋予不同的色彩，使之变为一幅彩色图像直方图均衡化：将原图像的直方图通过变换函数变为各亮度级均匀分布的直方图，然后按均匀直方图像修改原图像的像元亮度值，从而获得一幅亮度分布均匀的新图像。二、填空题：1、低通滤波是使__高频__受到抑制而让__低频___顺利通过，从而实现图像平滑。2、高通滤波是使__低频__受到抑制而让___高频__顺利通过，从而实现边缘增强。3、空间滤波是以重点突出图像上的某些特征为目地的采用空间域中的邻域处理方法，主要包括___平滑__和___锐化__。采用的计算方法是___代数__运算。4、平滑的作用是，图像中某些亮度变化过大的区域，或出现不该有的亮点（“噪声”），采用平滑的方法减小变化，使亮度平缓或去掉不必要的“噪声”点。具体方法有__均值平滑__和__中值滤波___。5、在IHS色彩空间中，颜色的性质由＿色调＿、＿饱和度＿、＿强度＿来描述。6、HIS中的H指＿＿色调（hue）＿＿＿，I指＿强度（intensity）＿＿＿＿，S指＿饱和度（saturation）＿＿＿＿＿＿＿。7、伪彩色合成是把_单波段__灰度图像中的不同灰度级按特定的函数关系变换成彩色，然后进行彩色图像显示的方法，主要通过密度分割方法来实现8、假彩色合成与伪彩色不同之处在于，假彩色合成使用的数据是___多波段图像_____。9、密度分割法是对单波段遥感图像按___灰度__分级，对每级赋予___色彩__，使之变为一幅彩色图像。10、图像拉伸处理主要包括__灰度拉伸、__图像均衡化_和直方图规定化_11、拉伸是最基本的图像处理方法，主要用来___改善图像显示的对比度_____12、如果拉伸函数是非线性的，即为非线性拉伸。常用的非线性函数有指数函数、对数函数_、平方根__、高斯函数等。13、下图a为一幅原始图像，图b为该图像的离散傅立叶频谱。在图b中可以看到图像的低频能量都集中在中心部分，而＿高频能量集中在四周，这样就便于以后对频谱进行各种处理（如滤波、降噪等）。（a）原始图像（b）离散傅立叶频谱14、在空间域图像中，线性的地物为＿高频＿成份，大块面状的地物为＿低频＿＿成分。15、傅立叶变换的基本流程：＿正向FFT－定义滤波器-逆向FFT。16、常用的滤波器有＿低通、高通、带通、带阻用户定义几种。17、缨帽变换旋转坐标空间，但旋转后的坐标轴不是指到主成分的方向，而是指到另外的方向，这些方向与地物有密切的关系，特别是与植物生长过程和土壤＿有关。18、在对MSS遥感数据进行研究时，采用K-T变换后提取的前三个分量是：＿亮度分量＿、＿绿色物质分量＿和＿黄色物质分量＿。在TM数据的研究中，第三分量可定义为＿湿度＿。19、根据地物光谱反射率的差异作＿比值运算＿＿可以突出图像中植被的特征、提取植被类别或估算绿色生物量，能够提取植被的算法称为植被指数。20、归一化植被指数中用到的是近红外波段和红光波段，公式为NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)＿。21、遥感图像处理系统中还经常会采用HIS＿色＿调、＿强度＿、饱和度称为色彩的三要素。22、常用的植被指数有：RVI比值植被指数、NDVI归一化植被指数、DVI差值植被指数、PVI正交植被指数。三、不定项选择题：(单项或多项选择)1、以下属于局部处理的操作的是__4_____。①灰度线性变换②二值化③傅里叶变换④中值滤波2、图像与灰度直方图间的对应关系是___2____。①一一对应②多对一③一对多④都不对3、以下不属于图像运算的有____4___。①差值运算②比值运算③植被指数④密度分割4、假定像元亮度随机分布时，直方图应是正态分布的。以下情况均是图像对比度较小，图像质量较差的反映。1）峰值偏向亮度坐标轴左侧，则图像___①____。2）峰值偏向坐标轴右侧，则图像___②____。3）峰值提升过陡、过窄，则图像的___③____。①偏暗②偏亮③亮度值过于集中5、为了突出图像的边缘、线状目标或某些亮度变化率大的部分，可采用锐化方法。锐化后的图像已不再具有原遥感图像的特征而成为边缘图像。几种常用的锐化算子包括__1234_____。①罗伯特梯度②Sobel梯度③Laplacian算子④Prewitt梯度6、计算植被指数（如NDVI）主要使用以下哪些波段___34____。①紫外波段②绿光波段③红光波段④近红外波段7、图像增强的目的____2__。①消除图像中存在的失真②改善目视判读效果四、问答题：1、图像增强的主要目的是什么？包含的主要容有哪些？答：目的：提高图像质量和突出所需要信息，有利于分析判断或作进一步的处理。容：对比度变换、图像滤波、色彩变换、图像运算2、图像锐化处理有几种方法？答：线性锐化滤波器、梯度法、罗伯特梯度、Prewitt和Sobel梯度、Laplacian算子3、图像平滑处理有几种方法？答：均值滤波、种植滤波、高斯低通滤波、梯度倒数加权法4、常用的低通和高通滤波器有哪些？答：理想低通滤波器、Butterworth低通滤波器、指数低通滤波器、梯形低通滤波器理想高通滤波器、Butterworth高通滤波器、指数高通滤波器、梯形高通滤波器5、伪彩色增强与假彩色增强有何区别？答：伪彩色增强合成使用的数据是单色波段图像假彩色增强合成使用的数据是多波段图像6、请举出2种常用的植被指数，并说明如何计算?答：比值植被指数：RVI=IR/R]归一化植被指数：NDVI=(IR-R)/(IR+R)差值植被指数：DVI=IR-R7、设计一个线性变换函数，使得亮度值0～15图像拉伸为0～30，写出灰度变换方程。=B=2*b8、设计一个线性变换函数，使得线性变换前图像亮度围xa为a1～a2，变换后图像亮度围xb为b1～b2，变换关系是直线，写出灰度变换方程。Xb=b1+(xa-a1)`9、下图为一个3*3的图像窗口，1）试问经过中值滤波后，该窗口中心像元的值，并写出计算过程。2）采用均值滤波后，该窗口中心像元的值，请写出滤波模板与计算过程。10、下图为数字图像，请用梯度法计算边缘增强后得到的新数字图像，采用的模板为10，11。为了能对图像的最后一行和最后一列也进行正常处理，可以通过t10t0012复制最后一行一列的办法，先将图像扩展为6*6的图像再进行梯度计算。115551151111511115511155111、设一幅图像由10行和10列（100个像元）组成，8个亮度级（如下表）。通过直方图均衡化操作对图像进行灰度拉伸，请给出原始灰度级与直方图均衡化后灰度级之间的变换关系，以及直方图均衡化后的图像直方图。频数nk频率=n/nk原亮度级k01234567102000.10.200050.050.250.4025400图像分类一、名词解释：监督分类:事先已经知道类别先验知识，对未知类别的样本进行分类的方法非监督分类：在事先不知道类别特征，主要根据像元间相似度的大小进行归类合并（将相似度大的像元归为一类）的方法★特征空间：以各波段图像的亮度分布为坐标轴组成的空间训练区：二、填空题：1、根据是否需要分类人员事先提供已知类别及其训练样本，遥感图像的计算机分类方法包括_____监督__分类和___非监督____分类。2、非监督分类有多种方法，其中，＿Cluster分类＿＿方法和＿ISODATA分类＿＿方法是效果较好、使用最多的两种方法。3、监督分类的基本过程是：首先根据已知的样本类别和类别的先验知识确定判别标准，计算判别函数，然后将未知类别的样本值代入判别函数，依据＿判别准则对该样本所属的类别进行判定。4、最大似然分类方法是基于＿准斯则＿＿的分类错误概率最小的一种非线性分类，是应用比较广泛、比较成熟的一种监督分类方法。三、不定项选择题：1、同类地物在特征空间聚在＿2＿＿。①同一点上②同一个区域③不同区域。四、问答题：1、主要的监督分类算法有哪些？（1）平行管道法：这种方法的优点是分类标准简单，计算速度快。主要问题是按照各个波段的均值和标准差划分的平行多面体与实际地物类的点群形态不一致。（2）最小距离方法：容易产生错误，但该方法简单、实用性强、计算速度快。（3）最大似然方法：基于贝叶斯准则的分类错误概率最小的一种非线性分类，是应用比较广泛、比较成熟的一种监督分类方法。（4）光谱角方法：是一种光谱匹配技术，它通过估计像素光谱与样本光谱或是混合像素中端元成分(endmember)光谱的相似性来分类。2、主要的非监督分类算法有哪些？K-均值方法，ISODATA方法。3、ISODATA法的中文全称？它同K-means方法的主要区别在哪里？第一，它不是每调整一个样本的类别就重新计算一次各类样本的均值，而是在把所有样本都调整完毕之后才重新计算，前者称为逐个样本修正法，后者称为成批样本修正法；第二，ISODATA算法不仅可以通过调整样本所属类别完成样本的聚类分析，而且可以自动地进行类别“合并”和“分裂”，从而得到类数比较合理的聚类结果。4、选择训练区有哪三个原则？（1）训练区必须具有典型性和代表性，即所含类型应与研究地域所要区分的类别一致。训练区的样本应在面积较大的地物中心部分选择，而不应在地物混交地区和类别的边缘选取，以保证特征具有典型性，从而能进行准确的分类。（2）使用的图件时间和空间上要保持一致性，以便于确定数字图像与地形图（或土地利用图、地质图、航片等）的对应关系。即使不一致，也要尽量找时间上相近的图件，同时，图件在空间上应能很好的匹配。（3）训练区的选取方式有按坐标输入式和人机对话式两类。按坐标输入式是预先把实地调查确定的各类地物分布区转绘到地图上去，量测其在选定坐标系中的位置，再把量测数据输入计算机并映射到遥感图像上。这种方式用于不带图像显示装置的计算机系统。人机对话式则用于带有图像显示装置的数字图像处理系统，它通过鼠标在图像上勾画出地物所在的围或转入实地调查的地图矢量数据作为训练区。训练区确定后可通过直方图来分析样本的分布规律和可分性。一般要求单个类训练区的直方图是单峰，近似于正态分布的曲线。如果是双峰，即类似二个正态分布曲线重叠，则可能是混合类别，需要重做。（4）训练样本的数目。训练样本数据用来计算类均值和协方差矩阵。根据概率统计，协方差矩阵的导出至少需要K+1个样本（K是多光谱空间的分量数或经过选择的特征数），这个数是理论上的最小值。实际上，为了保证参数估计结果比较合理，样本数应适当增多。在具体分类时，要根据对工作地区的了解程度和图像本身的情况来确定样本数量。5、图像分类后处理包括哪些工作？图像分类后处理包括以下方面：（1）碎斑处理：去掉分类图中过于孤立的那些类的像素，或把它们归并到包围相邻的较连续分布的那些类。（2）类别合并：非监督分类前不知道实际有多少地物类，在策略上总是先分出较多的类，然后对照实地情况或根据已有知识，确定最后需要的类别，因此，需要将某些光谱上不同的类（光谱类）合并为一个地物类。（3）分类结果统