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1、遥感数字图像的性质与特点遥感数字图像的性质与特点 由由于于传传感感器器上上探探测测元元件件的的灵灵敏敏度度直直接接影影响响有有效效量量化化的的级级数数，因因此此，不不同同传感器提供的传感器提供的有效量化的级数有效量化的级数是不同的。是不同的。传感器类型传感器类型卫星名称卫星名称有效量化级数有效量化级数信息量信息量/bitMSSLandsat646TMLandsat2568HRV(S)Spot2568HRV(PA)Spot646AVHRRNOAA102410常用的遥感数字图像有效量化级数。第1页/共37页2.1 2.1 数字图像的性质与特点数字图像的性质与特点 像素（像元）是遥感数字图像最基本的
2、单位，是成像过程的采样点，也是计算机图像像素（像元）是遥感数字图像最基本的单位，是成像过程的采样点，也是计算机图像处理的最小单元。像素具有处理的最小单元。像素具有空间特征和属性特征空间特征和属性特征。由于传感器从空间观测地球表面，因此由于传感器从空间观测地球表面，因此每个像素含有特定的地理位置的信息，并表征每个像素含有特定的地理位置的信息，并表征一定的面积。一定的面积。对于多光谱扫描仪提供的数字图像来说，一个像素对应的地表面积是由对于多光谱扫描仪提供的数字图像来说，一个像素对应的地表面积是由传感器上瞬间视场角所决定的，瞬间视场角在地表的投影面称地面分辨率（或空间分传感器上瞬间视场角所决定的，瞬
3、间视场角在地表的投影面称地面分辨率（或空间分辨率），由于传感器种类不同，它的瞬间视场角也不同，因此，对应的地面分辨率是辨率），由于传感器种类不同，它的瞬间视场角也不同，因此，对应的地面分辨率是不同的。不同的。第2页/共37页2.1 2.1 数字图像的性质与特点数字图像的性质与特点第3页/共37页2.1 2.1 数字图像的性质与特点数字图像的性质与特点 像像素素的的属属性性特特征征采采用用亮亮度度值值来来表表达达，在在不不同同波波段段上上，相相同同地地点点的的亮亮度度值值可可能能是是不不同同的的，这这是是因因为为地地物物在在不不同同波波段段上上辐辐射射电电磁磁波波的特征不同造成的。的特征不同造成
4、的。遥遥感感数数字字图图像像中中像像素素的的数数值值是是由由传传感感器器所所探探测测到到的的地地面面目目标标地地物物的的电电磁磁辐辐射射强强度度决决定定的的。入入射射到到传传感感器器中中的的电电磁磁波波被被探探测测器器元元件件转转化化为为电电信信号号，经经过过模模/数数转转换换，成成为为绝绝对对辐辐射射亮亮度度值值R R。为为便便于于应应用用，R R又又被被转转换换为为能能够表征地物辐射亮度的相对值。够表征地物辐射亮度的相对值。第4页/共37页2.1 2.1 数字图像的性质与特点数字图像的性质与特点像素有正像素和混合像素之分。像素有正像素和混合像素之分。正正像像素素：像像素素内内只只包包含含一
5、一种种地地物物。如如水水体体，它它的亮度值代表了水体的光谱特征。的亮度值代表了水体的光谱特征。混混合合像像素素：像像素素内内包包括括两两种种或或两两种种以以上上地地物物。如如出出苗苗不不久久的的麦麦田田，它它的的一一个个像像素素亮亮度度位位内内包包含麦苗和土壤的光谱特征。含麦苗和土壤的光谱特征。第5页/共37页2.1 2.1 数字图像的性质与特点数字图像的性质与特点数字图像的特点数字图像的特点便便于于计计算算机机处处理理与与分分析析：计计算算机机是是以以二二进进制制方方式式处处理理各各种种数数据据的的。采采用用数数字字形形式式表表示示遥遥感感图图像像，便便于于计计算算机机处处理理。因因此此，与
6、与光光学学图图像像处处理理方方式式相相比比，遥遥感数字图像是一种适于计算机处理的图像表示方法。感数字图像是一种适于计算机处理的图像表示方法。图图像像信信息息损损失失低低：由由于于遥遥感感数数字字图图像像是是用用二二进进制制表表示示的的，因因此此在在获获取取、传传输输和和分分发发过过程程中中，不不会会因因长长期期存存储储而而损损失失信信息息，也也不不会会因因多多次次传传输输和和复复制制而而产产生生图图像像失失真真。而而模模拟拟方方法法表表现现的的遥遥感感图图像像会会因因多多次次复制而使图像质量下降。复制而使图像质量下降。抽抽象象性性强强：尽尽管管不不同同类类别别的的遥遥感感数数字字图图像像，有有
7、不不同同的的视视觉觉效效果果，对对应应不不同同的的物物理理背背景景，但但由由于于它它们们都都采采用用数数字字形形式式表表示示，便便于于建建立立分分析析模模型型，进进行行计计算算机解译和运用遥感图像专家系统。机解译和运用遥感图像专家系统。第6页/共37页 遥感图像的空间特征遥感图像的空间特征遥感图像数据在很大程度上可以看成是遥感图像数据在很大程度上可以看成是随机变量随机变量，其亮度值受到多方面随机变化的因素影响，其亮度值也，其亮度值受到多方面随机变化的因素影响，其亮度值也是随机变化的，具有统计性质。是随机变化的，具有统计性质。因此，在进行图像处理之前对遥感图像的统计特征的了解，有利于应用统计特征
8、改善图像的质量，提高因此，在进行图像处理之前对遥感图像的统计特征的了解，有利于应用统计特征改善图像的质量，提高图图像处理的效率。像处理的效率。第7页/共37页 图像的基本统计量包括：包括：中心趋势统计量（均值、中值和众数）；中心趋势统计量（均值、中值和众数）；变化程度统计量（数值域、方差、标准差）。变化程度统计量（数值域、方差、标准差）。第8页/共37页均值：均值：指一幅图像中所有像元的亮度值的算术平均指一幅图像中所有像元的亮度值的算术平均值。值。X=X=xijMi=1j=1NMNM行，N列X 小，图像暗，X大，图像亮第9页/共37页中值：图像中所有不同亮度值的中间值。中值：图像中所有不同亮度
9、值的中间值。Med=(Max+Min)/2 众数：是图像中出现的次数最多的一个亮度值，代表图像中分布较广的一种众数：是图像中出现的次数最多的一个亮度值，代表图像中分布较广的一种地物类型。地物类型。均值、中值、众数在多数情况下是比较接近的，少数情况下，他们之间有显均值、中值、众数在多数情况下是比较接近的，少数情况下，他们之间有显著差别。这与图像数据的概率分布或直方图的特征有密切关系。著差别。这与图像数据的概率分布或直方图的特征有密切关系。第10页/共37页f亮度XMed众数第11页/共37页方差方差 S S2 2 S2=(XiX)2Ni=1N衡量由每个像元值衡量由每个像元值X Xi i与均值与均
10、值X X的差异的差异所累积形成的总的离散程度。所累积形成的总的离散程度。方差的平方根（取正值）就是标准差：方差的平方根（取正值）就是标准差：(XiX)2Ni=1N=第12页/共37页图像中图像中均值均值和和标准差标准差在很大程度上反映了亮度值分布的数值范围及信息量的在很大程度上反映了亮度值分布的数值范围及信息量的多少。多少。影响图像的显示效果和判别能力的最基本统计量是：影响图像的显示效果和判别能力的最基本统计量是：图像反差（或叫对比度）图像反差（或叫对比度）其有多种形式表示：其有多种形式表示：C C1 1=DN=DNmaxmax/DN /DN minmin;C C2 2=SD=SD(标准差标准
11、差)。标准差小，反差标准差小，反差小，反之则大。小，反之则大。第13页/共37页2.2.2 概率分布及直方图 即每个波段中所有不同亮度值的概率（频率）分布。即每个波段中所有不同亮度值的概率（频率）分布。第14页/共37页频数直方图：即依次显示每个亮度值的像元数所占比例数。频数直方图：即依次显示每个亮度值的像元数所占比例数。0255f第15页/共37页累积直方图：把各个亮度值的频数逐次累加而构成的直方图。累积直方图：把各个亮度值的频数逐次累加而构成的直方图。100%2550第16页/共37页正态分布：由于图像数据具有随机性，在图像像元数目相当大而地物类型差正态分布：由于图像数据具有随机性，在图像
12、像元数目相当大而地物类型差异不很悬殊的情况下，概率密度分布应接近于正态分布：异不很悬殊的情况下，概率密度分布应接近于正态分布：F(x)=exp-21(x-u)222(标准差)u(均值)第17页/共37页直方图的偏斜：表现为均值与众数或中值的明显的不一致。直方图的偏斜：表现为均值与众数或中值的明显的不一致。当当 Mod Med X Mod Med Med X Mod Med X 直方图右直方图右偏。偏。MedMod第19页/共37页直方图中有多个峰值，是由于图像中包含着波谱特征差别显著的两个或更多直方图中有多个峰值，是由于图像中包含着波谱特征差别显著的两个或更多的类别。的类别。第20页/共37页
13、纹理纹理统计量与统计量与直方图直方图第21页/共37页 多波段数据的统计特征多波段数据的统计特征 对多波段数据，可以把每个像元在不同波段的亮度值作为一个向量，计算和统计这些亮度值向量在多对多波段数据，可以把每个像元在不同波段的亮度值作为一个向量，计算和统计这些亮度值向量在多维空间中概率密度分布或多维直方图。维空间中概率密度分布或多维直方图。第22页/共37页以二维直方图为例：以二维直方图为例：两个波段两个波段X X1 1和和X X2 2之间的协方差之间的协方差S S12122 2(或或S S21212 2)为为:S S12122 2=(1/N)=(1/N)(X(X1i1i-X-X1 1)(X)
14、(X2i2i-X-X2 2)N-N-像元数目，像元数目，X X1 1、X X2 2均值。均值。Ni=1第23页/共37页X2X1P2221X1X2第24页/共37页n n个波段构成的协方差矩阵为 S112 S122 S1n2 S212 S22 S2n2 Sn12 Sn22 Snn2=Sjk=Skj 为对称矩阵，主对角线上为各波段的方差。第25页/共37页反映两个变量之间的相关程度大小为相关系数。ij=Sij2/(Si Sj)ij=ji n个波段数据之间相关矩阵R为:1 12 1n 12 1 2n n1 n2 1 R=为对称矩阵主对角线上的为一个波段自身的相关系数为最高值1。第26页/共37页图
15、像的增强处理在很大程度上是为了压缩或排除不同波段之间的相关性或信图像的增强处理在很大程度上是为了压缩或排除不同波段之间的相关性或信息的重复，突出那些不相关的部分，以明确分辨不同的地物。因而对于息的重复，突出那些不相关的部分，以明确分辨不同的地物。因而对于相关相关特征不同的图像特征不同的图像应该区别对待，选择不同的方法或处理参数以及不同的波段应该区别对待，选择不同的方法或处理参数以及不同的波段和比值结合，才能取得事半功倍的效果。通过研究图像数据的统计特征，来和比值结合，才能取得事半功倍的效果。通过研究图像数据的统计特征，来指导图像处理工作。指导图像处理工作。相关系数相关系数是反映图像数据和信息内
16、容的重要标志。是反映图像数据和信息内容的重要标志。第27页/共37页2.3 2.3 遥感图像的数据结构遥感图像的数据结构 HDTHDT高高密密度度磁磁带带（在在卫卫星星和和遥遥感感飞飞机机上上或或卫卫星星地地面面站站接接收收的的数数据据），后后用用专专用用图图像像处处理理系系统统（EDIPSEDIPS和和 TMIPSTMIPS系统）转导到计算机兼容带系统）转导到计算机兼容带(CCT)(CCT)或光盘上。或光盘上。第28页/共37页图像数据磁带的格式有两种规格：部分处理（未做几何校正）ACCT-AM（MSS，多波段扫描仪）CCT-AR（RBV，反束光导管摄像仪，SPOT）CCT-AT（TM，专题
17、成像仪）全部处理 P CCT-PM CCT-PR CCT-PT 第29页/共37页下面介绍CCT式的主要特点：（1）按像元对波段交叉式（BIP2）：特点：把一幅多波段图像划分为四个纵向条带，图像数据的记录是按条带顺序自左至右排列的，而不是按波段顺序排列的。组成：按条带顺序排列的四个图像文件+后面附加的专用注记带（SIAT）文件。每个图像文件（条带）的开头有一个标志（ID）记录块（包括卫星编号摄像时间、图像条带、单位记录长度、图像注记带号等）和一个注记（AN）记录块（相当于陆地卫星相片下方的文字注记内容）。第30页/共37页专用注记带：是为对图像进行几何校正处理所提供的参数，包括图像的经纬度坐标
18、参数、处理命令数据、遥感器性能参数、飞行姿态参数（侧滚、俯仰、偏航）、飞行器高度及速度等。记录格式：每个条带的图像数据都包括了所有的波段。每一个条带中图像数据是按行（扫描线）排列的。每一行记录的顺序是以一对像元为基本单位，按波段顺序记录其亮度值（值），自左向右，一对像元记完后再记下一对，即：.x i(4),x i+1(4),x i(5),x i+1(5),x i+1(7),x i+1(4)其中I 为奇数，代表第n个像元。第31页/共37页(2)按波段顺序式（BSQ）及按行波段交叉式（BIL）第32页/共37页第33页/共37页(3)三种CCT格式的优缺点：BIP2BSQBIL优点便于从整幅图像中提取小的子区，因为一个子区往往在一、二个条带之内。便于作多维波谱向量的处理运算和样式识别及分类。便于单波段的选取和处理 适用于多波段运算和分类；便于作多维波谱向量的处理运算和样式识别及分类。第34页/共37页专题制图仪（TM）图像的CCT格式可分为CCT-AT及CCT-PT两类.在BSQ格式中，一个图像文件是一个波段。第一盘磁带上是第一、二波段，第二盘磁带上为第三、四波段，第三盘包括第五、六、七波段。在BIL格式中，一个图像文件包括一个象限的所有波段。第35页/共37页第36页/共37页感谢您的观看！第37页/共37页