第4章遥感图像数字处理的基础知识课件

第四章

遥感图像数字处理的基础知识

内容提纲图像的表示形式遥感数字图像的存贮遥感数字图像处理系统彩色的基本原理4.1图像的表示形式遥感图像的表示形式：遥感传感器记录地物电磁波的形式光学图像：胶片或其它光学成像载体形式数字图像：数字形式1.光学图像

一个二维的连续的光密度（透过率）函数像片上的密度随坐标x,y变化而变化2.数字图像一个二维的离散的光密度（或亮度）函数以矩阵fi,j(i=0,1,…,m-1;j=0,1,…,n-1)表示数字图像空间坐标（x,y）和密度上都已离散化2.数字图像

0123456……………n-1

→x01614108231…3022241815

11616612864…3232404545

216161414111517…2424323438

31616161614148…1622242836

4159416151717…1412101222

51371215161918…1614121418

6121011141387…161081426

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┇36302828303030

161626248

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282424206

m-136322020262826

2622242022

3.光学图像与数字图像的转换光学图像变成数字图像把一个连续的光密度函数变成一个离散的光密度函数空间坐标离散化——采样幅度（光密度）离散化——量化整个过程称为图像数字化数字图像变成光学图像两种输出方式通过显示终端设备显示出来：其设备包括显示器、电子束或激光束成像记录等，这些设备输出光学图像的基本原理是通过数模转换设备，将数字信号以模拟方式表现。如显示器。通过照相或打印的方式输出：如彩色喷墨打印机。采样空间坐标数字化采样间隔△X、△Y的大小，取决于图像的频谱。如果抽样间隔满足

则图像能完整地恢复。fc为截止频率。量化图像灰度的数字化在连续灰度的极限取值范围内离散化，即将它分成若干个灰度等级值，像元灰度处于某两个相邻划分值之间时，用所对应的最靠近的一个灰度级值代替用二进制位数（bit数）编码255

0

采样和量化过程4.图像的频谱表示任何信号均可由多次谐波叠加而成将图像从空间域变入频率域是采用傅立叶变换谐波叠加（1）周期信号的频谱19世纪初叶,法国数学家吉·傅里叶证明:任何正常的周期为T的函数f(t)都可分解为无限个正弦和余弦函数的代数和，通常称为傅里叶级数。（2）非周期信号的频谱非周期信号可视为周期足够长的周期信号来处理。因此,我们可以从周期信号的频谱分析来推测非周期信号的频谱。（2）非周期信号的频谱图像的傅里叶变换亮度表示相应频率上振幅大小，可用离散傅立叶系数表示4.2

遥感数字图像的存贮存储介质存储格式4.2.1存贮介质磁带磁盘光盘闪存

4.2.2存贮格式BSQ（BandSeQuential）：按照波段顺序依次记录各波段的图像BIL（BandInterleavedLine）：逐行按波段次序排列BIP（BandInterleavedbyPixel）：每个像元按波段次序交叉排序其他常见图像数据格式：BMP,TIFF,GIF,PCX,PSD,MrSID,HDF,……BILRRRRRRRRRGGGGGGGGGBBBBBBBBBRRRRRRRRRGGGGGGGGG

BBBBBBBBBBIPRG

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BBSQRRRRRRRRRRRRRRRRRRGGGGGGGGGGGGGGGGGGBBBBBBBBBBBBBBBBBBBMPBMP是一种与硬件设备无关的图像文件格式，使用非常广。它采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，因此，BMP文件所占用的空间很大。BMP文件的图像深度可选lbit、4bit、8bit及24bit。BMP文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。

图像数据调色板文件头TIFF标签化图象文件格式，Taggen-ImageFileFormat(TIFF)由Aldus公司与Microsoft公司共同开发设计的图像文件格式。TIFF格式可以存储多幅图像，TIFF图像数据可分割成几个部分分别存档，还能够提供多种不同的压缩数据的方法。JPGJPEG是JointPhotographicExpertsGroup(联合图像专家组)的缩写，文件后辍名为“jpg”或“jpeg”支持多种压缩级别，压缩比率通常在10：1到40：1之间GIFGIF（GraphicsInterchangeFormat）的原义是“图像互换格式“基于LZW算法的连续色调的无损压缩格式。其压缩率一般在50％左右，最高压缩比可达到3：1GIF的图像深度支持从lbit到8bitHDFHDF(HierarchicalDataFormat)，层次型数据格式。可以存储不同类型的图像和数码数据的文件格式，并且可以在不同类型的机器上传输，同时还有统一处理这种文件格式的函数库。4.2.3

遥感数字图像处理系统硬件系统软件系统4.2.3.1

遥感数字图像处理的硬件系统4.2.3.2遥感数字图像处理的软件系统ENVIERDASPCIENVITheEnvironmentforVisualizingImages美国ITTVisualInformationSolutions公司的旗舰产品IDL（接口定义语言）开发常规处理、几何校正、定标、多光谱分析、高光谱分析、雷达分析、地形地貌分析、矢量应用、神经网络分析、区域分析、GPS联接、正射影象图生成、三维图像生成、丰富的可供二次开发调用的函数库、制图、数据输入/输出ENVI矢量GIS数据打印2D和3D影像显示配准和正射校正影像裁剪及镶嵌影像信息提取制图网上发布归档界面改进二次开发IDL开发3D可视分析高程数据航空、航天、雷达影像GPS数据ERDASIMAGINE

美国ERDAS公司开发现由Leica收购模块化PCI加拿大PCI公司开发模块化

常规处理模块，几何校正、大气校正，多光谱分析，高光谱分析，摄影测量，雷达成像系统，雷达分析，极化雷达分析，干涉雷达分析，地形地貌分析，矢量应用，神经网络生成，区域分析，GIS联接，正射影象图生成及DEM提取（航片，光学卫星，雷达卫星），三维图像生成等。4.3彩色的基本原理4.3.1可见光与色彩可见光：电磁辐射中能引起视觉反应的波段。波长：380-760nm，是一种复合光。红（Red）：760nm～630nm橙（Orange）：630nm～600nm黄（Yellow）：600nm～570nm绿（Green）：570nm～500nm青（Cyan）：500nm～470nm蓝（Blue）：470nm～420nm紫（Violet）：420nm～380nm4.3.1可见光与色彩单色光：不能被棱镜再分解的光。光谱仪（Spectrometer）：将包含多种波长的复合光分解为的科学仪器，根据分解的程度：多光谱仪和高光谱仪。分解仪器：棱镜或衍射光栅技术。衍射光栅：通常在1cm成千上万条狭缝。分为：透射光栅和反射光栅。4.3.1可见光与色彩透射光栅反射光栅4.3.1可见光与色彩1.人眼的视觉（1）人眼的结构视锥细胞：明视觉，感觉颜色；视杆细胞：暗视觉，感觉光线明暗。（2）人眼对颜色的分辨能力

在光亮的条件下，能分辨各种颜色，在亮度降到一定程度，呈现明暗不同的灰阶带。正常人眼可分辨的颜色种类可达几十万种以上。对于灰度图像，一般人眼能分辨的灰度级仅为15～25种。

2.色彩概念色调（H：Hue）：色彩相互区分的特性。明度（L：Lightness）：光作用于人眼时引起的明亮程度的感觉，范围为从黑到白。亮度（V：Value或I：Intensity）：颜色的相对明暗程度，范围为灰色部分，小于明度的范围。饱和度（S：Saturation）：彩色浓淡的程度，即渗白程度。4.3.1可见光与色彩人眼对光谱的分辨（色调）对于不同波长的光人眼的敏感度是不同的。

例如：对于波长为585nm的光，当颜色变化大于1nm时，人眼就可以感觉到。而对于波长为650nm的红光，当颜色变化在3nm的时候，人眼才能察觉到。人眼能识别2~3nm的波长改变，大约能识别一百多种光谱。（0.76-0.38）/0.003≈127,（0.76-0.38）/0.002=1904.3.1可见光与色彩人眼对明度的分辨（灰度）对于不同颜色，人眼对明度的分辨能力是不同的。

例如：对于黄色，能分辨出23种明度；对于蓝色，能分辨出16种明度。人眼能分辨的明度级别仅为15～25级。4.3.1可见光与色彩R=255,G=255,B=255Data=19看到的值：0～255R=19,G=19,B=19Data=19实际图像的值：8～31人眼对饱和度的分辨指色彩的纯度，纯度越高，表现越鲜明，纯度较低，表现则较黯淡，Saturation和Chroma。人眼能分辨130种饱和度等级。

4.3.1可见光与色彩

人眼分辨的颜色种类：

色调×明度×饱和度

=127×15×130=247650种。

4.3.1可见光与色彩3.物体的颜色（1）消色物体从白到黑组成的系列颜色的物体。（2）彩色物体物体选择性吸收和反射入射光，形成物体的颜色。物体没有固定的颜色，物体随着光源成分的不同，可呈现不同的颜色。4.3.1可见光与色彩4.3.2颜色视觉理论互补色：若两种色光以适当地比例混合产生白色或灰色，这两种颜色成为互补色。

例如红色光和青色光，绿与品红、蓝与黄互补色。三原色（又称为加法三原色）：若三种颜色按一定比例混合，可以形成各种色调的颜色，其中任一种都不能由其余两种颜色混合相加产生，这三种颜色称之为三原色。能量相同的加法三原色混合成白色。例如：三原色：红（R）、绿（G）、蓝（B）；橙，绿，紫。4.3.2颜色视觉理论颜色相加：两种或两种以上的颜色相混合，得到一定的颜色。例如：两种颜色相加：red+green=yellowgreen+blue=cyanred+blue=magenta三种颜色相加：红＋绿＋蓝＝白（White)。颜色相减：从复色光中有选择性吸收某些色光，从而得到所需要的颜色。颜色对比：相邻区域的不同颜色的相互影响。相邻的颜色相互影响其结果，使每种颜色向其影响色的补色变化。4.3.2颜色视觉理论彩色合成单波段图像TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7波段组合TM3TM4TM5通道通道通道TM5+4+3多波段图像TM7,4,1TM5,7,2TM5,4,3TM4,3,2通道通道通道242562544.3.3彩色变换在遥感的应用4.3.3.1单波段彩色变换伪彩图像（也称为密度分割：DensitySlice）：单波段黑白遥感图像可按照灰度范围分段，对每段赋予不同的色彩，使之成为彩色图像。灰色图像按照灰度范围分段按照灰度范围分段伪彩变换4.3.3彩色变换在遥感的应用4.3.3.2多波段彩色变换真彩图像：选择遥感影像的红、绿、蓝三个波段，对应赋予红、绿、蓝三种颜色，合成的彩色图像。例：TM影像真彩合成波段：

R:3（0.66μm）

G:2（0.56μm）

B:1（0.485μm）4.3.3彩色变换在遥感的应用假彩图像：根据加色法彩色合成原理，选择遥感影像任意的三个波段，分别赋予红、绿、蓝三种颜色，合成的彩色图像。

由于三种颜色与遥感波段所代表的真实波段颜色不同，因此合成的颜色不是真实地物的颜色，这种合成称为假彩合成。

例：TM影像标准假彩合成：方案1：R:4，G:3，B:2（彩红外CIR）

方案2：R:4，G:5，B:3总结：遥感彩色图像包括：真彩、假彩、伪彩。4.3.3彩色变换在遥感的应用4.3.3.3彩色空间变换1.概念色彩空间：RGB，HLS，HSV（HIS）。色调（H：Hue）：0-359。明度（L：Lightness）：0-1，0为黑色，1为白色。亮度（V：Value或I：Intensity）：0-1，为0时，颜色变暗，为1时，颜色变浅。饱和度（S：Saturation）：0-1，即渗白程度。4.3.3彩色变换在遥感的应用2.色彩空间RGB4.3.3彩色变换在遥感的应用HLSHSV（HIS）HLS与HSV（HIS）的区别4.3.3彩色变换在遥感的应用3.RGB到HLS