遙感圖像處理的發(fā)展與應(yīng)用

遙感圖像處理與分析RemoteSensing

ImageProcessingandAnalysis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

點運算和幾何運算第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，20032KennethR.Castleman,《DigitalImageProcessing》，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)字攝影測量的應(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（DigitalImage）適合于計算機處理的、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的亮度值。彩色圖像R(i,j);G(i,j);B(i,j)黑白圖像f(i,j)獲取方式：直接獲取（數(shù)字成像）和間接獲?。〝?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（Imageprocessing)：就是對圖像信息進行加工，

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，但精度不夠高，穩(wěn)定性差，操作不方便。? 數(shù)字法（數(shù)字圖像處理）：就是利用計算機或其它數(shù)字硬件，對數(shù)字圖像進行系列操作，從而獲得某種預(yù)期結(jié)果的技術(shù)。數(shù)字圖像處理的特點是處理精度高，而且可以通過改進處理軟件來優(yōu)化處理效果，操作方便?，F(xiàn)在所指的“圖像處理”主要指“數(shù)字圖像處理”。但不應(yīng)排除可能的發(fā)展（如“光學(xué)---數(shù)字”處理方式）。二、目的和主要內(nèi)容? 目的?

提高圖像的視感質(zhì)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(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，以便于計算機分析。如常用作模式識別、計算機視覺的預(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／拓撲特性以及關(guān)系結(jié)構(gòu)等。? 對圖像數(shù)據(jù)進行變換、編碼和壓縮，以便于圖像的存儲和傳輸。? 主要內(nèi)容圖像獲取、表示和表現(xiàn)（

Image

Acquisition，

Representation

andPresentation）：把模擬圖像信號轉(zhuǎn)化為計算機能接受的數(shù)字形式。?

圖像復(fù)原（Image

Restoration）：將退化的圖像（圖像品質(zhì)下降）進行復(fù)原。? 圖像增強（ImageEnhancement）：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。? 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(fā)回的4316張月球相片進

行處理，校正飛船上電視攝象機產(chǎn)生的各種不同形式的圖像畸變，并取得了前所未有的清晰像片。? 50’s末→60’s: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、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)用的重要機構(gòu)。? 70’s:資源衛(wèi)星遙感圖像處理，出現(xiàn)大批商業(yè)化軟件。? 80’s:處理系統(tǒng)微機化和工作站化，出現(xiàn)了許多新的理論和算法：形態(tài)學(xué)、小波理論、人工智能等。? 90’s:向更多的領(lǐng)域滲透；更廉價的硬件和軟件；新方法的更深入研究和應(yīng)用；更強大的系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)化處理。? 21世紀：海量數(shù)據(jù)處理，專業(yè)應(yīng)用軟件不斷發(fā)展。?

上述事實說明，數(shù)字圖像處理產(chǎn)生于空間探測的需要，它是隨著空間技術(shù)、成像技術(shù)以及計算機科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的一個密切結(jié)合應(yīng)用的學(xué)科。?

目前數(shù)字圖像處理已經(jīng)成為心理學(xué)、生理學(xué)、醫(yī)學(xué)、計算機科學(xué)等諸多方面的學(xué)者研究視覺感知的有效工具。另外，圖像處理在軍事、氣象、工業(yè)、海洋探測等應(yīng)用中有不斷增長的需求。? 已是各個學(xué)科競相研究在各個領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一門科學(xué)。LowResolutionMedium

ResolutionHighResolutionVeryHighResolutionMicrowaveRemoteSensingSatellites高分辯率遙感影像美國IKONOS衛(wèi)星（1米）紅波段

.63-.69microns(4m)同時采集的全色波段色片.45-.90microns(微米)(1m)美國QuickBird衛(wèi)星圖像（0.61米）德國TerraSAR-X雷達衛(wèi)星（1米，2007.6發(fā)射）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?？傊莻€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、裝配/生產(chǎn)線自

動化……大規(guī)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(nèi)部檢測：利用X射線CT技術(shù)。機器人障礙物識別：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：可用于飛行器目標識別與制導(dǎo)、側(cè)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(fù)原……3S導(dǎo)航與定位（INS、 GPS 、 RS

）BLOK—109B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/GPS 10M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、文字識別、OCR、問卷調(diào)查數(shù)據(jù)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(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、圖像的遠距離通訊、多媒體計算機系統(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

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by40kms(SPOTimageandclassification)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

ha86.4

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?/p>

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?CNES1997.6June1997?CNES1997

.

29

July

1997?CNES1997.8Sept.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

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?CNES1986.15July1986?CNES1989

.

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?CNES1989.22July1989SPOT 在

軍

事

方

面

的

應(yīng)

用情報偵察CA目標解譯－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