1、遙感圖像處理與分析Remote Sensing Image Processingand Analysis教學(xué)內(nèi)容第1章 遙感圖像處理的發(fā)展與應(yīng)用 第2章 遙感圖像處理系統(tǒng)及基本概念 第3章 點運(yùn)算和幾何運(yùn)算第4章 線性系統(tǒng)理論和圖像的正交變換 第5章 圖像增強(qiáng)第6章 圖像復(fù)原第7-8章圖像分割、分類與估計（圖像分類）第9章 圖像壓縮第10-11章彩色和多光譜處理（圖像融合）參考書1 岡薩雷斯等，數(shù)字圖像處理 第二版， 電子工業(yè)出版社，20032 Kenneth R.Castleman ,Digital Image Processing， 清華大學(xué)出版社3 朱志剛等譯，數(shù)字圖像處理， 電子工業(yè)出

2、版社第一章遙感圖像處理的發(fā)展與應(yīng)用數(shù)字圖像處理的基本概念數(shù)字圖像處理的目的和主要內(nèi)容數(shù)字圖像處理的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀數(shù)字圖像處理的應(yīng)用數(shù)字?jǐn)z影測量的應(yīng)用與實例一、基本概念圖像（Image/Picture）定義1：給定條件下目標(biāo)的電磁波表現(xiàn)形式（反射、輻射、 透射等）定義2：以不同形式和手段觀測客觀世界而獲得的，可 直接或間接作用于人眼并產(chǎn)生視知覺的實體。數(shù)字圖像（Digital Image）適合于計算機(jī)處理的、以離散（數(shù)字）形式表示的圖 像。本質(zhì)上，是由圖像經(jīng)采樣和量化后形成的二維離散函數(shù)。一幅單色圖像就是一個二維的光強(qiáng)函數(shù)，表示為 f(x,y) ；一幅彩色圖像是一個向量，每個分量代表該點顏色通道

3、的 亮度值。獲取方式：直接獲取（數(shù)字成像）和間接獲取（數(shù)字化）。 分類：灰度圖像（多值、彩色、多光譜）和二值圖像。為什么圖像常用2的正數(shù)冪表示？ 如何計算一幅圖像（灰度、彩色）的比特數(shù)？圖像處理（Image processing)：就是對圖像信息進(jìn)行加工， 以滿足人的視覺或心理或應(yīng)用的需求的行為。圖像處理就是用圖像變換方法對圖像進(jìn)行處理，圖像變換就 是對圖像施以一個operator。什么是一個operator？特定算子-線性算子圖像處理的方法：模擬法和數(shù)字法。 模擬法：計算機(jī)出現(xiàn)以前，均采用模擬處理方法，利用光 學(xué)、照像和電子學(xué)方法對模擬圖像的處理稱為模擬圖像處 理。光學(xué)圖像處理方法已經(jīng)有很長

4、的歷史，典型的例子 如：天文學(xué)、攝影測量學(xué)、粒子物理學(xué)。光學(xué)圖像處理的 特點是處理速度快，信息容量大，分辨率高，又非常經(jīng) 濟(jì)，但精度不夠高，穩(wěn)定性差，操作不方便。二、目的和主要內(nèi)容目的 提高圖像的視感質(zhì)量，以達(dá)到賞心悅目目的。如去除噪聲， 改變亮度、顏色，幾何變換等，都是為了某種期望的效果。 包括用一個估計來恢復(fù)圖像，即圖像復(fù)原。提取圖像中所包含的某些特征或特殊信息，以便于計算機(jī)分 析。如常用作模式識別、計算機(jī)視覺的預(yù)處理等。這些特征 包括很多方面，如頻域特性、灰度顏色特性、邊界區(qū) 域特性、紋理特性、形狀拓?fù)涮匦砸约瓣P(guān)系結(jié)構(gòu)等。對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行變換、 編碼和壓縮， 以便于圖像的存儲和 傳輸。主要

5、內(nèi)容圖像獲取、表示和表現(xiàn)（ Image Acquisition， Representation and Presentation）：把模擬圖像信號轉(zhuǎn)化為計算機(jī)能接受的數(shù)字形式。 圖像復(fù)原（Image Restoration）：將退化的圖像（圖像品質(zhì)下降）進(jìn) 行復(fù)原。圖像增強(qiáng)（Image Enhancement）：改善圖像的視感效果。 圖像分割（Image Segmentation）：把圖像分成區(qū)域的過程就是圖像分 割，目的是提取感興趣的目標(biāo)。圖像分析：依據(jù)不同的應(yīng)用，實現(xiàn)圖像的分類、識別和理解。 圖像重建：圖像重建是指從數(shù)據(jù)到圖像的處理，即輸入的是某種數(shù)據(jù)， 而經(jīng)過處理后得到的結(jié)果是圖像，CT

6、就是圖像重建處理的典型應(yīng)用實 例。目前，圖像重建與計算機(jī)圖形學(xué)相結(jié)合，把多個二維圖像合成三維 圖像，經(jīng)各種渲染技術(shù)，生成各種具有強(qiáng)烈真實感高質(zhì)量圖像。圖像壓縮編碼：圖像壓縮的目的就是壓縮數(shù)據(jù)量。 圖像融合：將多源信道所采集到的同一目標(biāo)圖像進(jìn)行處理,提取各自信 道信息,形成一幅圖像以獲取更豐富的目標(biāo)信息。遙感圖像處理遙感圖像處理三、發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 遙感圖像處理開始于50年代，美國在太空探測計劃的推動 下，開始了這項技術(shù)的研究。 誕生的重要標(biāo)志:1964年美國JPL(噴氣推進(jìn)實驗室)正式使用 計算機(jī)對“旅行者七號”宇宙飛船發(fā)回的4316張月球相片進(jìn) 行處理，校正飛船上電視攝象機(jī)產(chǎn)生的各種不同形式的

7、圖像 畸變，并取得了前所未有的清晰像片。50s 末60s:美 國 MIT (Massachusetts Institute of Technology) 、 JPL、南加州大學(xué)、馬里蘭大學(xué)等，率先開展增強(qiáng)、校正、編 碼、邊緣檢測等研究。NASA (National Aeronautics and Space Administration) 美國宇航局是美國航天遙感和圖像研究與應(yīng)用的重要機(jī)構(gòu)。Low ResolutionMedium ResolutionHigh ResolutionVery High ResolutionMicrowave Remote Sensing Satellites美國

8、QuickBird衛(wèi)星圖像（0.61米）四、應(yīng)用數(shù)字圖像處理在其短短的歷史中，以不同的程度成功地應(yīng) 用于幾乎所有與成像相關(guān)的領(lǐng)域:醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：如X線圖像、顯微鏡圖像、CT、RI（放射性同位 素）、NMG(核磁共振)、 EIT（電阻抗斷層圖像技術(shù)）、冠狀 動脈x射線圖像三維重構(gòu)、超聲波圖像的處理、染色體分析、 血球分類、生物進(jìn)化分析。醫(yī)學(xué)圖像處理奠定了早期處理方法的基礎(chǔ)。正逐步用數(shù)字技 術(shù)取代模擬技術(shù),而影像獲取和顯示最為關(guān)鍵。大部分內(nèi)容同 時涉及到圖像重建、特征提取和模式識別。總之，是個頗受關(guān)注和極具潛力的領(lǐng)域。工業(yè)領(lǐng)域：生產(chǎn)過程監(jiān)控、交通管制、CAD/CAM、 表面缺損自檢、外觀檢查和挑選、裝

9、配/生產(chǎn)線自 動化大規(guī)模集成電路檢測：高精度對準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)圖像和被 檢圖像、分塊生成標(biāo)準(zhǔn)圖像（二值圖像和輪廓圖 像）、逐塊匹配。電子器件內(nèi)部檢測：利用X射線CT技術(shù)。 機(jī)器人障礙物識別：障礙物定義與判斷、障礙物分離、預(yù)處理、邊界生成、距離信息獲取。軍事、公安：可用于飛行器目標(biāo)識別與制導(dǎo)、側(cè)視 雷達(dá)的地形偵察、運(yùn)動目標(biāo)跟蹤、反偽裝偵察、指 紋自動識別、罪犯臉型合成、過期檔案復(fù)原3S導(dǎo)航與定位（INS、GPS、RS ） BLOK109B戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈慣性導(dǎo)航 航跡規(guī)劃GIS地形匹配（中段）20-50M 下視影像匹配（末段）RS/GPS10M 前視影像匹配辦公室自動化：公文和圖紙讀取、郵件自動分檢、 文字識

10、別、OCR、問卷調(diào)查數(shù)據(jù)自動處理、運(yùn)動員 號碼自動識別。處理多為二值圖像。OCR（Optical Character Reader）：源于1970年 出現(xiàn)的郵政編碼自動讀取。主要包括圖像輸入、文 字區(qū)域提取、區(qū)域分割和文字識別等環(huán)節(jié)，而識別 又由預(yù)處理、特征提取、分類等組成。遙感：如農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、資源環(huán)境調(diào)查、氣象預(yù)報、災(zāi) 害檢測、地質(zhì)分析、城市規(guī)劃、地形測繪（攝影測 量與制圖）。其它：可視電話、電視會議、圖像的遠(yuǎn)距離通訊、 多媒體計算機(jī)系統(tǒng)、數(shù)字電視（數(shù)字編輯、動畫片 制作）、文物資料的復(fù)制、修復(fù)、運(yùn)動員訓(xùn)練動作 分析和評分等。土 地 利 用 變 化 動 態(tài) 監(jiān) 測 動 態(tài) 監(jiān) 測 城 市 擴(kuò)

11、展 狀 況 及 時 發(fā) 現(xiàn) 非 法 用 地 輔 助 制 定 城 市 發(fā) 展 規(guī) 劃植被覆蓋狀況動態(tài)跟綜植被（VEGETATION）探測農(nóng)作物農(nóng)作物分類及分布圖by 40 kms (SPOT image and classification)農(nóng) 業(yè) 、 林 業(yè)方 面 的 應(yīng) 用地質(zhì)構(gòu)造解譯圖 礦 產(chǎn) 資 源 調(diào) 查三峽大壩影像圖 地 下 水 資 源 勘 查 地 質(zhì) 結(jié) 構(gòu) 填 圖地 質(zhì) 方 面 的 應(yīng) 用水 庫 庫 容 動 態(tài) 定 量 監(jiān) 測尼日爾內(nèi)陸水域蓄水量的估算與監(jiān)測水 文 模 型( 水 量 平 衡)水深 模型 29/10/8804/01/8913/03/89146.2 ha107.9 h

12、a86.4 ha1998年洞庭湖地區(qū)洪水前后對比1998 年5 月1998 年8 月在 環(huán) 境 災(zāi) 害 方 面 的 應(yīng) 用GIS實地調(diào)查理解鹽堿地成因土 壤 土 質(zhì) 變 化 監(jiān) 測鹽堿地分布圖檢驗鹽堿度天然鹽堿 地： 與當(dāng)?shù)氐耐寥?狀況有 關(guān)，如 低洼地 人為造成鹽堿地 ：如用含鹽井水 灌溉土 地，一般在 灌渠終端易形成 鹽堿 鹽堿地分 布 圖：按程度不 同分 為4 類 CNES 1997 . 6 June 1997 CNES 1997 . 29 July 1997 CNES 1997 . 8 Sept. 1997印度尼西亞1997年森林大火災(zāi)森林火災(zāi)動態(tài)監(jiān)測利 用SPOT衛(wèi) 星 編 程 接

13、收， 實 時 跟 蹤 火 災(zāi) 蔓 延 趨 勢在 環(huán) 境 災(zāi) 害 方 面 的 應(yīng) 用 CNES 1986 . 15 July 1986 CNES 1989 . 處理后的變化信息圖 巴西90.000公頃林地監(jiān)測1986 年 :毀 林 21.000公 頃1989 年 :毀 林 41.000公 頃86年 至 89 年:共 毀 林20.000公 頃在 環(huán) 境 災(zāi) 害 方 面 的 應(yīng) 用 CNES 1989 . 22 July 1989SPOT在 軍 事 方 面 的 應(yīng) 用情報偵察 CA目標(biāo)解譯 3D信息用于 戰(zhàn) 略/戰(zhàn)術(shù)部署 導(dǎo)彈航程設(shè) 計及3D巡航演示 專業(yè)培訓(xùn)加 拿 大 COLD LAKE 空 軍

14、基 地五、在攝影測量中的應(yīng)用及實例 遙感圖像處理在攝影測量中的應(yīng)用具有廣 闊的前景。 在攝影測量中引入遙感數(shù)字圖像處理技術(shù) 已經(jīng)成為攝影測量發(fā)展的一項必不可少的 主要工具。 攝影測量的理論和方法充實了遙感數(shù)字圖 像處理的內(nèi)容；遙感數(shù)字圖像處理在攝影 測量中的應(yīng)用，拓寬了攝影測量的研究和 應(yīng)用領(lǐng)域，促進(jìn)了攝影測量向數(shù)字化、信 息化和自動化方向發(fā)展。幾個典型實例：遙感圖像壓縮系統(tǒng)：該系統(tǒng)是針對遙感影像信息系統(tǒng)中，海量遙感影像數(shù)據(jù)的存儲及應(yīng) 用所開發(fā)的。采用小波技術(shù)結(jié)合編碼方法， 同時考慮到遙感圖像應(yīng)用對解壓縮后圖像的 要求較高，與一般圖像壓縮的要求不同，對 解碼后圖像的質(zhì)量提出了具體的要求。在滿 足后續(xù)圖像處