1、遥感数字图像处理教案主讲：（讲师） 授课学期：第 1 讲课题：遥感数字图像处理概述目的要求：了解数字图像处理的概念、遥感数字图像处理系统的构成、数字图像处理的应用教学重点：遥感数字图像处理的应用教学难点：遥感数字图像处理系统的构成教学课时：2 课时教学方法：授课为主、鼓励课堂交流本次课涉及的学术前沿：数字图像处理的发展方向第1章 概论1.1 图像和遥感数字图像1.1.1 图像和数字图像图像是对客观存在的物体的一种相似性的、生动的写真或描述。图像的类别：可见图像和不可见图像（根据人眼的视觉可视性）图像的类别：模拟图像和数字图像（根据图像的明暗程度和空间坐标的连续性）1) 模拟图像模拟图像可用连续
2、函数来描述。I = F (x, y)其特点：光照位置和光照强度均为连续变化的。2) 数字图像可用矩阵或数组来描述 iI = Im, n = i0,0M1,0i0,1i1,1MLLMLii0, N -1 1, N -1iMM -1,0iM -1,1iM -1, N -1像素或像元的属性：具有特定的空间位置和灰度。1.1.2 遥感数字图像遥感数字图像是数字形式的遥感图像。不同的地物能够反射或辐射不同波长的电磁波，利用这种特性遥感系统可以产生不同的遥感数字图像。1.2 遥感数字图像处理图像处理、模拟图像处理、数字图像处理1.2.1 遥感数字图像处理的内容它是研究图像的获取、传输、存储，变换、显示、理
3、解与综合利用的一门崭新学科。根据抽象程度不同可分为三个层次：狭义图像处理、图像分析和图像理解。具体而言，遥感数字图像处理的内容包括：图像的数字化如何由一幅模拟图像获取一幅满足需求的数字图像，使图像便于计算机处理、分析。图像变换图像变换目的在于：处理问题简化、有利于特征提取、加强对图像信息的理解。图像变换算法很多，重点学习傅立叶变换的算法、性质和应用。图像增强介绍各种增强方法及其应用。增强图像的有用信息，消弱噪声的干扰。图像的恢复与重建把退化、模糊了的图像复原.包括图像辐射校正和几何校正等内容。图像编码简化图像的表示，压缩图像的数据，便于存储和传输。图像分割图像分割是指将一幅图像划分为互不重叠的
4、区域的处理。重点介绍图像分割的方法及其应用。二值图像处理与形状分析介绍二值图像的几何概念、二值图像连接成分的各种变形算法和二值图像特征提取与分析的各种方法。纹理分析主要介绍影像纹理的概念、特征提取与分析的一些方法与应用。图像识别对图像中的不同对象进行分类、描述和解译。1.2.2 遥感数字图像处理系统概述遥感数字图像处理系统由硬件和软件组成。具体分为以下几个模块： 采集、显示、存储、通信、主机、图像处理软件1.3 数字图像处理的发展和两个观点 最早应用于报纸业（20 世纪 20 年代）20 世纪 60 年代美国利用计算机技术改善了空间探测器发回的图像效果20 世纪 60 年代末 70 年代初，图
5、像处理技术开始应用于医学影像、地球遥感监测和天文学等领域。20 世纪 90 年代遥感数字图像处理得到了迅速普及和发展数字图像处理的两种观点：（1） 离散方法在空间域内进行处理，以图像平面本身作为参考，直接对图像中的像素进行处理， 其算法易于实现。（2） 连续方法在频率域内进行处理，即对傅里叶变换后产生的反映频率信息的图像进行处理， 完成频率域图像处理后往往要变换至空间域进行图像的显示和对比。1.4 基础理论和基本知识要求遥感数字图像处理是多学科相互渗透的产物，它与模式识别、计算机图形学、计算机视觉等学科既相互联系又相互区别。1.5 数字图像处理的特点及其应用1.5.1 数字图像处理的特点精度高
6、对于一幅图像而言，数字化时不管是用 4 比特、8 比特还是其它比特表示， 只需改变计算机中程序的参数，处理方法不变。所以从原理上讲不管对多高精度的数字图像进行处理都是可能的。而在模拟图像处理中，要想使精度提高一个数量级，就必须对装置进行大幅度改进。再现性好不管是什么数字图像，均用数组或数组集合表示。在传送和复制图像时，只在计算机内部进行处理，这样数据就不会丢失或遭破坏，保持了完好的再现性。而在模拟图像处理过程中，就会因为各种干扰因素而无法保持图像的再现性。通用性、灵活性强对可见图像和不可见光图像（如 X 光图像、热红外图像和超声波图像等），尽管这些图像生成体系中的设备规模和精度各不相同，但当把
7、这些图像数字化后，对于计算机来说，都可同样进行处理，这就是数字处理图像的通用性。另外，改变处理图像的计算机程序，可对图像进行各种各样的处理，如上下滚动、漫游、拼接、合成、变换、放大、缩小和各种逻辑运算等，所以灵活性很高。1.5.2 数字图像处理的应用数字处理图像在生物医学 、遥感 、工业 、军事、通信、公安等领域有着广泛的应用。作业：1、什么是图像？什么是数字图像？2、遥感数字图像处理系统的主要构成有哪些？3、试论述信息理论、计算机技术和地理信息系统与遥感数字图像处理之间的关系？教学总结：本次课程旨在让学生了解数字图像处理的概念、遥感数字图像处理系统的构成、数字图像处理的应用。第 2 讲课题：
8、遥感数字图像的获取和存储目的要求：了解遥感图像的获取过程、遥感的应用及其发展趋势、遥感的物理基础教学重点：遥感图像的获取过程教学难点：遥感的物理基础教学课时：2 课时教学方法：授课为主、鼓励课堂交流本次课涉及的学术前沿：遥感技术的发展方向 什么是遥感(REMOTE SENSING)遥感即遥远感知，是在不直接接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术1. 遥感系统：是一个从地面到空中乃至整个空间，从信息收集、存储、传输、处理到分析、判读、应用的技术体系，主要包括遥感试验、信息获取（传感器、遥感平台）、信息传输、信息处理、信息应用等 5 个部分。遥感的过程二、遥感的发展1、发展过程1
9、962 年 密执安大学第一届遥感讨论会1971 年第一届国际遥感讨论会1972 年 ERTS-1（Landsat-1)发射成功20 世纪 80 年代第二代遥感卫星上天Landsat-4/5 SPOT120 世纪 90 年代至今第三代Landsat-7 SPOT2-5RadarSat CBERSIRS-1B/C/DIRS-P2、20 世纪 60 年代遥感技术迅速发展的原因（1） 传感器的发展（2） 空间技术的发展（3） 计算机技术的发展（4） 数学、物理及专业理论的发展3、遥感技术的主要发展趋势遥感技术从上世纪 60 年代提出至今，经历了 40 年的发展后，已成为一门集空间科学技术、通信技术、计
10、算机技术等技术以及跨地球科学、电子科学、物理学等学科的新兴科学与技术。(1) 概念的发展(2) 平台与观测技术的发展 (3)定位技术的发展（where） (4)处理技术的发展(5)遥感应用领域的拓展(6)遥感基础理论的发展三、遥感的应用测绘: 快速成图、地图修测、困难地区测图农业:作物长势监测(病虫害)、估产林业:森林火灾、森林调查、管理、森林病虫害水:水灾、水资源、水土流失思考题:1:什么是遥感及主动遥感?什么是遥感系统?论述题：2:遥感的发展趋势.四、电磁波变化的电场和磁场交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。 射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等
11、都是电磁波。电磁波是一种横波五、电磁波谱按电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减顺序排列，就能得到电磁波谱 射线、X 射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波高能量低六、物体的发射辐射（一）黑体辐射（二）一般物体的发射辐射七、地物的反射辐射（一）地物的反射类别(三种形式)1:镜面反射2:漫反射3:方向反射（二）光谱反射率以及地物的反射光谱特性（三）影响地物光谱反射率变化的因素太阳位置、传感器位置、地理位置、地形、季节、气候变化、地面湿度变化、地物本身的变异、大气状况等八、地物波谱特性的测定（一）地物波谱特性：指各种地物各自所具有的电磁波特性（发射辐射或反射辐射）（二）测定原理 :用光谱测
12、定仪器（置于不同波长或波谱段）分别探测地物和标准板，测量、记录和计算地物对每个波谱段的反射率，其反射率的变化规律即为该地物的波谱特性。（三）测定地物反射波谱特性的仪器分为:分光光度计、光谱仪、摄谱仪等（四）测量的步骤九、大气对辐射的影响大气对太阳辐射的吸收、散射及反射作用1 大气吸收2 大气散射3 大气窗口 ：通过大气后衰减较小，透过率较高，对遥感十分有利的电磁辐射 波段通常称为“大气窗口”.作业：1、名词解释：模拟图像、遥感、主动遥感、遥感系统、2、大气对辐射的影响 ？3、大气对遥感有何影响?何为大气窗口?教学总结：本次课主要讲解遥感数字图像的获取，重点让学生理解遥感的一般过程及了解遥感的物
13、理基础知识，其次让学生理解大气对遥感数据获取的影响。课题：遥感平台及运行特点第 3 讲目的要求：了解遥感平台的种类、各类卫星轨道及运行特点教学重点：陆地卫星及其轨道特征教学难点：各类卫星轨道及运行特点教学课时：2 课时教学方法：授课为主、鼓励课堂交流本次课涉及的学术前沿：遥感平台的最新发展一、 遥感平台的种类遥感平台:遥感中搭载遥感器的工具1、地面平台2、航空平台3、航天平台（一）轨道参数1 升交点赤经 2 近地点角距 3 轨道倾角4 卫星轨道的长半轴 a5 卫星轨道的偏心率（或称扁率）e=c/a6 卫星过近地点时刻 T（二）卫星坐标的测定和解算二、卫星轨道及运行特点1 星历表法解算卫星坐标2
14、 用全球定位系统（GPS）测定卫星坐标（三）卫星姿态角滚动绕 x 轴旋转的姿态角俯仰绕 y 轴旋转的姿态角航偏绕 z 轴旋转的姿态角1 红外姿态测量仪测定姿态角的方法2 恒星摄影机测定姿态角的方法3 使用 GPS 的方法也能测定姿态将三台 GPS 接收机装在摄影机组上，同时接收四颗以上 GPS 卫星的信号， 反算出每台接收机上的三维坐标，进而解算出摄影机的三个姿态角。为了提高解算精度，GPS 接收机之间要有一定距离要求。4 陀螺仪测定姿态一台这样的仪器只能测定一个姿态角（四）其它一些常用参数1、卫星速度2、卫星运行周期 T3、卫星高度 H4、同一天相邻轨道间在赤道处的距离5、每天卫星绕地圈数6
15、、重复周期三、陆地卫星及轨道特征按综合分类为:陆地卫星（Landsat） 高分辨卫星高光谱卫星 合成孔径雷达1、卫星轨道及其运行特点(landsat1-3)(1) 近圆形轨道实际轨道高度变化在 905918km 之间，偏心率为 0.0006。因此为近圆形轨道。目的：A 是使在不同地区获取的图像比例尺一致。B 近圆形轨道使得卫星的速度也近于匀速。便于扫描仪用固定扫描频率对地面扫描成像，避免造成扫描行之间不衔接的现象。(2) 近极地轨道轨道倾角设计为 99.125，因此是近极地轨道目的:可以观测到南北纬 81之间的广大地区(3) 与太阳同步轨道卫星轨道与太阳同步，是指卫星轨道面与太阳地球连线之间在
16、黄道面内的夹角，不随地球绕太阳公转而改变。目的：A 使卫星以同一地方时通过地面上空B 有利于卫星在相近的光照条件下对地面进行观测C 使卫星上的太阳电池得到稳定的太阳照度(4) 可重复轨道目的：轨道的重复性有利于对地面地物或自然现象的变化作动态监测一天 24 小时绕地 13.944 圈,重复周期 18 天,偏移系数 -12、高分辨率陆地卫星特点地面分辨率高， 全色波段分辨率5m3、高光谱类卫星特点采用高分辨率成像光谱仪波段数为 36256 个光谱分辨率为 510nm地面分辨率为 301000m目前这类卫星只有军方发射的，民用高光谱类卫星还没有，这类卫星主要用于大气、海洋和陆地探测。4、SAR（合
17、成孔径雷达）类卫星（1） Radarsat 系列卫星（2） ERS 系列（3） 日本 JERS-1 卫星5、小卫星（1） 重量轻、体积小（2） 研制同期短，成本低（3） 发射灵活，启用速度快，抗毁性强（4） 技术性能高作业:1、名词解释:光谱分辨率、时间分辨率、空间分辨率2、什么是元数据？遥感图像中元数据的参数有哪些？ 教学总结：本次课程主要是要引导学生了解遥感平台的种类、各类卫星轨道及运行特点，其中各类卫星轨道及其运行特点是重点需要掌握的内容，在重点内容中陆地卫星（Landsat）及其轨道特征是重中之重。第 4 讲课题：1.图像数字化概念、数字化参数对图像质量的影响、数字化器性能评价。2.图
18、像灰度直方图的基本概念、计算、 性质及其应用。3.数字图像处理算法形式与数据结构。4.图像图像文件格式与特征。目的要求：1.熟悉本章基本概念和图像处理算法形式，了解图像的特征；2.重点 掌握图像数字化图像灰度直方图的基本概念及应用、图像数据结构与特征。重点：图像数字化、图像灰度直方图和图像文件 BMP 格式难点：图像数字化、直方图应用、图像分层结构数据教学课时：2 课时教学方法：授课为主、鼓励课堂交流本次课涉及的学术前沿：数字图像处理的原理及方法1 成象模型方点空间坐标与对应的像方点坐标满足几何透视变换关系（共线条件）。f(x，y)-理想成像面坐标点（x，y） 的亮度i(x，y)-照度分量r(
19、x，y)-反射分量，则3-D 客观场景到 2-D 成像平面的中心投影。物f(x，y)i(x，y)r(x，y)其中 ：0i(x，y) ， 0 r(x，y)12 图像数字化图像数字化是将一幅画面转化成计算机能处理的形式数字图像的过程。具体来说，就是把一幅图画分割成如图 2.3.1 所示的一个个小区域（像元或像素），并将各小区域 灰度用整数来表示，形成一幅点阵式的数字图像。它包括采样和量化两个过程。像素的位置和灰度就是像素的属性。2.1 采样将空间上连续的图像变换成离散点的操作称为采样。采样间隔和采样孔径的大小是两个很重要的参数。2.2 量化经采样图像被分割成空间上离散的像素，但其灰度是连续的，还不
20、能用计算机进行处理。将像素灰度转换成离散的整数值的过程叫量化。数字图像根据灰度级数的差异可分为：黑白图像、灰度图像和彩色图像。2.3 量化参数与数字化图像间的关系数字化方式可分为均匀采样、量化和非均匀采样、量化。所谓“均匀”，指的是采样、量化为等间隔方式。图像数字化一般采用均匀采样和均匀量化方式。图像的质量：（1） 平均亮度（2） 对比度是指一幅图象中灰度反差的大小。（3） 清晰度由图像边缘灰度变化的速度来描述。（4） 分解力或分辨率2. 4 数字化器数字化器必须能够将图像划分为若干像素并分别给它们地址，能够度量每一像素的灰度并量化为整数，能够将这些整数写入存储设备。（1） 数字化器组成（2）
21、 扫描仪工作原理扫描仪的类型有很多种，按扫描仪所扫描对象来划分，可分为反射式和透射式两种。根据其组成结构，扫描仪可分为手持式、平板式和滚筒式等几种。3 图像灰度直方图3.1 概念标，纵坐标为灰度级的频率，绘制频率同灰度级的关系图就是灰度直方图。它是图像的 一个重要特征，反映了图像灰度分布的情况。频率的计算式为：vniin灰度直方图反映的是一幅图像中各灰度级像素出现的频率。以灰度级为横坐3.2 直方图的性质灰度直方图只能反映图像的灰度分布情况，而不能反映图像像素的位置, 即丢失了像素的位置信息。一幅图像对应唯一的灰度直方图，反之不成立。不同的图像可对应相同的直方图。一幅图像分成多个区域，多个区域
22、的直方图之和即为原图像的直方图。3.3 直方图的应用用于判断图像量化是否恰当用于确定图像二值化的阈值当影像上目标的灰度值比其它部分灰度值大或者灰度区间已知时，可利用直方图统计图像中物体的面积。 计算图像信息量 H（熵）4 图像处理算法的形式4.1 图像处理基本功能的形式按图像处理的输出形式，图像处理的基本功能可分为三种形式。1） 单幅图像 单幅图像2） 多幅图像 单幅图像3） 单（或多）幅图像 数字或符号等4.2 图像处理的几种具体算法（1） 局部处理（2） 迭代处理（3） 跟踪处理（4） 位置不变处理和位置可变处理（5） 窗口处理和模板处理5 图像的数据结构与特征5.1 图像的数据结构组合方
23、式是一个字长存放多个像素灰度值的方式。它能起到节省内存的作用，但导致计算量增加，使处理程序复杂。（1） 组合方式按比特位存取像素，即将所有像素的相同比特位用一个二维数组表示，形成比特面。n 个比特位的灰度图像采用比特面方式存取就有 n 个比特面。这种结构能充分利用内存空间，便于比特面之间的逻辑运算，但对灰度图像处理耗时多。（2） 比特面方式（3） 分层结构由原始图像开始依次构成像素数愈来愈少的一幅幅图像，就能使数据表示具有分层性，其代表有锥形(金字塔)结构。（4） 树结构对于如图所示的一幅二值图像的行、列接连不断地二等分，如果图像被分割部分中的全体像素都变成具有相同的特征时，这一部分则不再分割
24、。（5） 多重图像数据存储以多谱图像为例，有下列三种存储方式：逐波段存储，分波段处理时采用；逐行存储，行扫描记录设备采用；逐像素存储，用于分类。5.2 图像文件格式（1） RAW 格式（2） BMP 格式6 图像的特征（1） 图像的特征1） 自然特征：光谱特征；几何特征；时相特征2） 人工特征：直方图特征；灰度边缘特征；线、角点、纹理特征按提取特征的范围大小又可分为：点特征；局部特征；区域特征；整体特征获取图像特征信息的操作称作特征提取。它作为模式识别、图像理解或信息量压缩的基础是很重要的。通过特征提取，可以获得特征构成的图像（称作特征图像）和特征参数。（2） 特征提取（3） 特征空间把从图像
25、提取的m 个特征量y1，y 2，ym，用 m 维的向量Yy1y2ymt表示称为特征向量。另外，对应于各特征量的 m 维空间叫做特征空间。作业:1、图像数字化概念、数字化参数对图像质量的影响？2、 图像灰度直方图的概念、如何计算、 性质及其应用。教学总结：本次课程的内容主要包括图像数字化概念、数字化参数对图像质量的影响、数字化器性能评价；图像灰度直方图的基本概念、计算、 性质及其应用；数字图像处理算法形式与数据结构；图像图像文件格式与特征。其中重点要知道学生掌握图像数字化、图像灰度直方图和图像文件 BMP 格式。第 5 讲课 题：遥感图像的辐射处理（1）目的要求：1. 了解辐射传输过程； 2.了
26、解产生辐射误差的原因； 3.了解辐射校正的原理重 点：辐射校正的过程难 点：辐射误差的来源教学课时：2 课时教学方法：授课为主、鼓励课堂交流本次课涉及的学术前沿：图像的增强处理1、遥感图像的辐射校正概念：辐射校正是指消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪声的过程。遥感图像的辐射误差主要包括：-传感器本身的性能引起的辐射误差；-地形影响和光照条件的变化引起的辐-大气的散射和吸收引起的辐射误差。射误差；（1） 传感器定标：所谓传感器定标就是指建立传感器每个探测元所输出信号的数值量化值与该探测器对应象元内的实际地物辐射亮度值之间的定量关系绝对定标是研究把传感器输出的数字值或
27、遥感图像高精度地转换为物理量的技术。1) 传感器实验室定标2) 遥感器星上内定标3) 遥感器场地外定标相对定标是为了校正传感器各个探测元件响应度差异而对卫星传感器测量到的原始数字计数值进行归一化的一种处理过程1) 直方图均衡化 TM2) 均匀场景图像法 SPOT（2） 太阳高度角和地形影响引起的辐射误差校正太阳高度角和地形影响引起的辐射误差,在多光谱图像上可以通过两个波段的比值基本消除其影响 。（3） 大气校正1) 基于地面场地数据或辅助数据进行辐射校正2) 大气模型3) 利用波段特性来校正A: 回归分析法B:直方图法2 遥感图像辐射增强遥感图像增强是为特定目的，突出遥感图像中的某些信息，削弱
28、或除去某些不需要的信息，使图像更易判读。图像增强的实质是增强感兴趣目标和周围背景图像间的反差。它不能增加原始图像的信息，有时反而会损失一些信息。它也是计算机自动分类一种预处理方法。（1） 直方图变换（2） 灰度变换1） 直方图均衡2） 直方图正态化3） 直方图匹配4） 亮度反转处理5） 线性变换（3） 彩色变换1） 彩色合成 (多波段色彩变换)2） 伪彩色增强技术 (单波段彩色变换)3） IHS 变换I 明度：是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。物体反射率越高，明度就越高。H 色调：是色彩彼此相互区分的特性。S 饱和度：是色彩纯洁的程度，即光谱中波长段是否窄，频率是否单一的表示。作业:1、名词解
29、释：辐射校正、辐射误差、辐射畸变2、试简述对单波段图像进行直方图均衡化的具体步骤。3、伪彩色增强与假彩色增强有何异同点？教学总结：本次课程旨在让学生了解辐射传输过程、产生辐射误差的原因以及辐射校正的原理，重点让学生掌握遥感辐射校正的过程和过程中的处理方法。第 6 讲课题：遥感图像的辐射处理（2）目的要求：1. 了解辐射传输过程； 2.了解产生辐射误差的原因； 3.了解辐射校正的原理重点：图像的平滑和锐化难点：图像融合教学课时：2 课时教学方法：授课为主、鼓励课堂交流本次课涉及的学术前沿：图像的增强处理1 图像平滑（1）平滑-图像中出现某些亮度值过大的区域，或出现不该有的亮点时， 采用平滑方法可
30、以减小变化，使亮度平缓或去掉不必要的亮点。均值平滑：将每个像元在以其为中心的区域内，取平均值来代替该像元值， 以达到去掉尖锐“噪声”和平滑图像的目的。中值滤波：将每个像元在以其为中心的邻域内，取中间亮度值来代替该像元值，以达到去掉尖锐“噪声”和平滑图像的目的。在消除噪音的同时，还能防止边缘模糊空间滤波：以突出图像上的某些特征为目的，通过像元与周围相邻像元的关系，采取空间域中的邻域处理方法进行图像增强方法。图像卷积运算：在图像的左上角开一个与模板同样大小的活动窗口，图像窗口与模板像元的亮度值相乘再相加，得到新像元的灰度值。2 图像锐化锐化突出图像的边缘、线性目标或某些亮度变化率大的部分。罗伯特梯
31、度：找到了梯度较大的位置，也就找到了边缘，用不同的梯度值代替边缘处像元的值，也就突出了边缘。（1） 索伯尔梯度（2） 拉普拉斯算法（3） 定向检测3 多光谱图像四则运算(1)减法运算Bm=BXBY(2)加法运算B=其中 BX、BY 为两个不同波段的图像或者不同时相同一波段图像。(3) 乘法运算(4) 除法运算B=(Bi)1/mxy4 混合运算归一化差分植被指数（NDVI）NDVI=(红外-红)/(红外+红)例 NDVI=(MSS7-MSS5)/(MSS7+MSS5)5 多光谱图像变换(1) K-L 变换(Karhunen-Loeve)(主分量变换)产生一组新的多光谱图像 Y. Y=AX特点:变
32、换后的主分量空间与变换前的多光谱空间坐标系相比旋转了一个角度。新坐标系的坐标轴一定指向数据量较大的方向。达到数据压缩、提高信噪比、提取相关信息、降维处理和提取原图像特征信息的目的。K-L 变换:它是对某一多光谱图像 X.利用 K-L 变换矩阵 A 进行线性组合,而(2) K-T 变换是 kauth-Thomas 变换的简称，也称穗帽变换.是一种坐标空间发生旋转的线性变换，旋转后的坐标轴指向与地面景物有密切关系的方向主要针对 TM 图像数据和 MSS 数据.Y=AXY=（ISB IGV IY IN）T X=（X4 X5 X6 X7）其中：ISB土壤亮度轴的像元亮度值 IGV植物绿色指标轴的像元亮
33、度值IY 黄色轴IN 噪声轴Xi 地物在MSS 四个波段上的亮度值穗帽变换的变换矩阵根据经验确定。6 图像融合(1) 定义:将多源遥感图像按照一定的算法，在规定的地理坐标系，将不同传感器获取的遥感影像中所提供的各种信息进行综合, 生成新的图像的过程。(2) 目的:提高对影像进行分析的能力 (通过融合既提高多光谱图像空间分辨率，又保留其多光谱特性)。(3) 多源遥感图像信息融合的关键:1) 充分认识研究对象的地学规律2) 充分考虑不同遥感数据之间的波谱信息的相关性引起的有用信息的增加和噪声误差的增加,对多源遥感数据作出合理的选择3) 解决遥感影像的几何畸变问题,使各种遥感影像在空间位置上能精确配
34、准起来4) 选择或设计合理的融合算法,最大限度的利用多种遥感数据中的有用信息（4） 图像融合层次1） 像素级融合2） 特征级融合3） 决策级融合作业:1:名词解释：图像平滑2:辐射校正的目的是什么？辐射校正包括哪些内容？3:图像锐化与图像平滑有何区别与联系？4:什么是主成分变换？主成分变换的基本性质有哪些？ 教学总结：本次课程旨在让学生了解辐射传输过程、产生辐射误差的原因和辐射校正的原理，其中图像的平滑和锐化原理和方法需要学生重点掌握的方面，图像融合原理和方法是学习难点，需要深化学生的理解。课题： 遥感图像的几何处理第 7 讲目的要求：1. 了解图像几何误差的主要来源；2. 掌握几何精纠正的基
35、本原理并掌握其操作步骤重点：几何精纠正的过程难点：地面控制点的选择、重采样过程教学课时：2 课时教学方法：授课为主、鼓励课堂交流本次课涉及的学术前沿：外部误差对图像变形的影响1 遥感传感器的构像方程是对任何类型传感器成像进行几何纠正和对某些参量进行误差分析的基础中心投影构像方程传感器投影中心和地物点之间关系的共线方程共线方程的几何意义：地物点 P、对应像点 p 和投影中心 S 位于同一条直线上则共线方程可以简写为:2 遥感图像的几何变形是指图像上像元在图像坐标系中的坐标与其在地图坐标系等参考坐标系统中的对应坐标之间的差异。变形误差可分为静态误差和动态误差静态误差又可分为内部误差和外部误差两类（
36、1）传感器成像方式引起的图像变形全景投影变形全景投影的影像面不是一个平面，而是一个圆柱面，地物点P 在全景面上的像点为 p，则p 在扫描线方向上的坐标 ypyp=f/本节主要讨论外部误差对图像变形的影响。此外把某些传感器特殊的成象方式所引起的图像变形，如全景变形、斜距变形等也加以讨论其中：f 是焦距，是以度为单位的成像角， =57.2957/rad设 L 是一个等效的中心投影成像面，P 点在 oy 上的像点 p，其坐标 yp=ftg 从而可以得到全景变形公式：dy=yp- yp =f*(/tg)2 斜距投影变形而地面上 P 点在等效中心投影图像 oy上的像点p的坐标 ypyp =ftg斜距投影
37、的变形误差:dy=ypyp=f（sectg）斜距投影图形上的影像坐标 yp 为yp=RP=H/cos= f/cos= f sec侧视雷达图像的构像方程：侧视雷达具有斜距投影的性质（2）传感器外方位元素变化的影响外方位元素，是指传感器成像时的位置（Xs,Ys,Zs）和姿态角（ ， ，） 竖直摄影条件下 = =01-At 1-1（3）地形起伏引起的像点位移投影误差：由地面起伏引起的像点位移，当地形有起伏时，对于高于或低于某一基准面的地面点，其在像片上的像点与其在基准面上垂直投影点在像片上的构像点之间有直线位移。（4）地球曲率引起的图像变形（5） 大气折射引起的图像变形（6） 地球自转的影响3 遥感
38、图像的几何处理（1） 几何处理的重要性:1 各种专题图的生产,要求改正影像的几何变形2 处理、分析和综合利用多尺度的遥感数据、多源遥感信息的表示、融合及混合像元的分解时，必须保证各不同数据源之间几何的一致性3 利用遥感数据进行地图测图或更新（2） 手段：1 光学纠2 正数学纠正（3） 遥感图像的几何处理包括两个层次第一是遥感图像的粗加工处理； 第二是遥感图像的精加工处理。（4） 遥感图像的粗加工处理遥感图像的粗加工处理也称为粗纠正，它仅做系统误差改正。辐射处理粗加工处理几何处理：测定参数改正影像的系统误差分幅注记（5） 遥感图像的精纠正处理在粗加工处理的基础上 ,采用地面控制点的方法进一步提高
39、影像的几何精度1 控制点的要求和获取方法:要求：影像上的明显地物点影像中均匀分布要满足一定的数量要求二次多项式间接法纠正变换公式为：x i=a0+ a1XI + a2 YI+ a3 XIYI+ a4XI 2+ a5 YI 2y i=b0+ b1XI + b2 YI+ b3 XIYI+ b4XI 2+ b5 YI 2一次多项式 4 个以上点二次多项式 7 个以上点三次多项式 11 个以上点获取方法：GPS 或野外测量；地形图上读取2 两个环节：a 像素坐标的变换，即将图像坐标转变为地图或地面坐标；b对坐标变换后的像素亮度值进行重采样。3 遥感数字图像几何精纠正的步骤：（1） 准备工作；（2） 输
40、入原始数字图像（3） 确定工作范围（4） 选择地面控制点（5） 选择地图投影（6） 匹配地面控制点和像素位置（7） 评估纠正精度（8） 坐标变换（9） 重采样（10） 输出纠正后图像目前的纠正方法有多项式法，共线方程法和随机场插值法等。4 遥感图像的多项式纠正a 多项式纠正回避成像的空间几何过程，直接对图像变形的本身进行数字模拟。用一个适当的多项式来描述纠正前后图像相应点之间的坐标关系。b 本法对各种类型传感器图像的纠正是适用的。c 利用地面控制点的图像坐标和其同名点的地面坐标通过平差原理计算多项式中的系数，然后用该多项式对图像进行纠正。纠正方案直接法方案：是从原始图像阵列出发，按行列的顺序依
41、次对每个原始像素点位求其在地面坐标系（也是输出图像坐标系）中的正确位置X=Fx(x,y)Y=FY(x,y)间接法方案：是从空白的输出图像阵列出发，亦按行列的顺序依次对每个输出像素点位反求原始图像坐标中的位置x=Gx(X,Y)y=Gy(X,Y)（5）纠正具体步骤:1） 纠正后数字图像的边界范围的确定2） 直接法或间接法纠正3） 重采样4 图像间的自动配准和数字镶嵌（1） 图像间的自动配准1） 图像间的匹配，即以多源图像中的一幅图像为参考图像，其他图像与之配准，其坐标系是任意的；2） 绝对配准，即选择某个地图坐标系，将多源图像变换到这个地图坐标系以后来实现坐标系的统一。（2） 配准的过程分两步：1
42、） 在多源图像上确定分布均匀，足够数量的图像同名点；2） 通过所选择的图像同名点确定几何变换的多项式系数，从而完成一幅图像对另一幅图像的几何纠正。（3） 图像相关利用两个信号的相关函数，评价它们的相似性以确定同名点。（4） 图像匹配的一些算法如下：1） 相关系数测度2） 差分测度（5） 基于小面元微分纠正的图像间自动配准该算法利用了摄影测量中图像匹配的研究成果，即图像特征提取与基于松弛法的整体图像匹配，全自动地获取密集同名点对作为控制点，由密集同名点对构成密集三角网（小面元），利用小三角形面元进行微分纠正，实现图像精确配准。（6） 数字图像镶嵌1）图像的几何纠正；2）搜索最佳镶嵌边；3）亮度和
43、反差调整；4）平滑边 界线作业:1 名词解释：几何精纠正2 对遥感图像进行几何纠正时，如何选择控制点？3 论述遥感图像几何精纠正的过程（步骤）4 试论述几何校正的基本原理及三种重采样方法的优缺点。教学总结：本次课程旨在让学生了解图像几何误差的主要来源，掌握几何精纠正的基本原理及其操作步骤，地面控制点的选择、重采样过程是几何精纠正的主要步骤，为了让学生能掌握几何精纠正，对上面两点内容做了详尽讲解。第 8 讲课题 ： 图像变换与图像增强处理目的要求：1. 熟悉二维傅立叶变换定义、性质及其应用；2. 掌握一维傅立叶变换算法及频谱分析方法；3. 熟悉并掌握本章基本概念、空间域图像增强的原理、方法及其特点；4. 了解频率域图像增强的方法及其实现过程；重点 ：掌握直方图修正方法、特点及其应用；空间域平滑、锐化和彩色增强技术。难点 ：频率域图像增强的方法及其实现过程教学课时：2 课时教学方法：授课为主、鼓励课堂交流本次课涉及的学术前沿：傅立叶变换在图像处理中的作用第六章 图像变换图像变换的目的在于
