1、遙感圖像處理與分析Remote Sensing Image Processingand Analysis教學內容第1章 遙感圖像處理的發展與應用 第2章 遙感圖像處理系統及基本概念 第3章 點運算和幾何運算第4章 線性系統理論和圖像的正交變換 第5章 圖像增強第6章 圖像復原第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，數字圖像處理 第二版， 電子工業出版社，20032 Kenneth R.Castleman ,Digital Image Processing， 清華大學出版社3 朱志剛等譯，數字圖像處理， 電子工業出

2、版社第一章遙感圖像處理的發展與應用數字圖像處理的基本概念數字圖像處理的目的和主要內容數字圖像處理的發展歷史及現狀數字圖像處理的應用數字攝影測量的應用與實例一、基本概念圖像（Image/Picture）定義1：給定條件下目標的電磁波表現形式（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生視知覺的實體。數字圖像（Digital Image）適合于計算機處理的、以離散（數字）形式表示的圖 像。本質上，是由圖像經采樣和量化后形成的二維離散函數。一幅單色圖像就是一個二維的光強函數，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（數字成像）和間接獲取（數字化）。 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的正數冪表示？ 如何計算一幅圖像（灰度、彩色）的比特數？圖像處理（Image processing)：就是對圖像信息進行加工， 以滿足人的視覺或心理或應用的需求的行為。圖像處理就是用圖像變換方法對圖像進行處理，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：模擬法和數字法。 模擬法：計算機出現以前，均采用模擬處理方法，利用光 學、照像和電子學方法對模擬圖像的處理稱為模擬圖像處 理。光學圖像處理方法已經有很長

4、的歷史，典型的例子 如：天文學、攝影測量學、粒子物理學。光學圖像處理的 特點是處理速度快，信息容量大，分辨率高，又非常經 濟，但精度不夠高，穩定性差，操作不方便。二、目的和主要內容目的 提高圖像的視感質量，以達到賞心悅目目的。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圖像，即圖像復原。提取圖像中所包含的某些特征或特殊信息，以便于計算機分 析。如常用作模式識別、計算機視覺的預處理等。這些特征 包括很多方面，如頻域特性、灰度顏色特性、邊界區 域特性、紋理特性、形狀拓撲特性以及關系結構等。對圖像數據進行變換、 編碼和壓縮， 以便于圖像的存儲和 傳輸。主要

5、內容圖像獲取、表示和表現（ Image Acquisition， Representation and Presentation）：把模擬圖像信號轉化為計算機能接受的數字形式。 圖像復原（Image Restoration）：將退化的圖像（圖像品質下降）進 行復原。圖像增強（Image Enhancement）：改善圖像的視感效果。 圖像分割（Image Segmentation）：把圖像分成區域的過程就是圖像分 割，目的是提取感興趣的目標。圖像分析：依據不同的應用，實現圖像的分類、識別和理解。 圖像重建：圖像重建是指從數據到圖像的處理，即輸入的是某種數據， 而經過處理后得到的結果是圖像，CT

6、就是圖像重建處理的典型應用實 例。目前，圖像重建與計算機圖形學相結合，把多個二維圖像合成三維 圖像，經各種渲染技術，生成各種具有強烈真實感高質量圖像。圖像壓縮編碼：圖像壓縮的目的就是壓縮數據量。 圖像融合：將多源信道所采集到的同一目標圖像進行處理,提取各自信 道信息,形成一幅圖像以獲取更豐富的目標信息。遙感圖像處理遙感圖像處理三、發展歷史及現狀 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，開始了這項技術的研究。 誕生的重要標志:1964年美國JPL(噴氣推進實驗室)正式使用 計算機對“旅行者七號”宇宙飛船發回的4316張月球相片進 行處理，校正飛船上電視攝象機產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、馬里蘭大學等，率先開展增強、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用的重要機構。Low ResolutionMedium ResolutionHigh ResolutionVery High ResolutionMicrowave Remote Sensing Satellites美國

8、QuickBird衛星圖像（0.61米）四、應用數字圖像處理在其短短的歷史中，以不同的程度成功地應 用于幾乎所有與成像相關的領域:醫學領域：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）、冠狀 動脈x射線圖像三維重構、超聲波圖像的處理、染色體分析、 血球分類、生物進化分析。醫學圖像處理奠定了早期處理方法的基礎。正逐步用數字技 術取代模擬技術,而影像獲取和顯示最為關鍵。大部分內容同 時涉及到圖像重建、特征提取和模式識別。總之，是個頗受關注和極具潛力的領域。工業領域：生產過程監控、交通管制、CAD/CAM、 表面缺損自檢、外觀檢查和挑選、裝

9、配/生產線自 動化大規模集成電路檢測：高精度對準標準圖像和被 檢圖像、分塊生成標準圖像（二值圖像和輪廓圖 像）、逐塊匹配。電子器件內部檢測：利用X射線CT技術。 機器人障礙物識別：障礙物定義與判斷、障礙物分離、預處理、邊界生成、距離信息獲取。軍事、公安：可用于飛行器目標識別與制導、側視 雷達的地形偵察、運動目標跟蹤、反偽裝偵察、指 紋自動識別、罪犯臉型合成、過期檔案復原3S導航與定位（INS、GPS、RS ） BLOK109B戰斧巡航導彈慣性導航 航跡規劃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、問卷調查數據自動處理、運動員 號碼自動識別。處理多為二值圖像。OCR（Optical Character Reader）：源于1970年 出現的郵政編碼自動讀取。主要包括圖像輸入、文 字區域提取、區域分割和文字識別等環節，而識別 又由預處理、特征提取、分類等組成。遙感：如農業估產、資源環境調查、氣象預報、災 害檢測、地質分析、城市規劃、地形測繪（攝影測 量與制圖）。其它：可視電話、電視會議、圖像的遠距離通訊、 多媒體計算機系統、數字電視（數字編輯、動畫片 制作）、文物資料的復制、修復、運動員訓練動作 分析和評分等。土 地 利 用 變 化 動 態 監 測 動 態 監 測 城 市 擴

11、展 狀 況 及 時 發 現 非 法 用 地 輔 助 制 定 城 市 發 展 規 劃植被覆蓋狀況動態跟綜植被（VEGETATION）探測農作物農作物分類及分布圖by 40 kms (SPOT image and classification)農 業 、 林 業方 面 的 應 用地質構造解譯圖 礦 產 資 源 調 查三峽大壩影像圖 地 下 水 資 源 勘 查 地 質 結 構 填 圖地 質 方 面 的 應 用水 庫 庫 容 動 態 定 量 監 測尼日爾內陸水域蓄水量的估算與監測水 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年洞庭湖地區洪水前后對比1998 年5 月1998 年8 月在 環 境 災 害 方 面 的 應 用GIS實地調查理解鹽堿地成因土 壤 土 質 變 化 監 測鹽堿地分布圖檢驗鹽堿度天然鹽堿 地： 與當地的土壤 狀況有 關，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年森林大火災森林火災動態監測利 用SPOT衛 星 編 程 接

13、收， 實 時 跟 蹤 火 災 蔓 延 趨 勢在 環 境 災 害 方 面 的 應 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 境 災 害 方 面 的 應 用 CNES 1989 . 22 July 1989SPOT在 軍 事 方 面 的 應 用情報偵察 CA目標解譯 3D信息用于 戰 略/戰術部署 導彈航程設 計及3D巡航演示 專業培訓加 拿 大 COLD LAKE 空 軍

14、基 地五、在攝影測量中的應用及實例 遙感圖像處理在攝影測量中的應用具有廣 闊的前景。 在攝影測量中引入遙感數字圖像處理技術 已經成為攝影測量發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字圖 像處理的內容；遙感數字圖像處理在攝影 測量中的應用，拓寬了攝影測量的研究和 應用領域，促進了攝影測量向數字化、信 息化和自動化方向發展。幾個典型實例：遙感圖像壓縮系統：該系統是針對遙感影像信息系統中，海量遙感影像數據的存儲及應 用所開發的。采用小波技術結合編碼方法， 同時考慮到遙感圖像應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 解碼后圖像的質量提出了具體的要求。在滿 足后續圖像處