第二章 遥感数据采集与存储

遥感数据采集与存储接收预处理用户应用处理分析结果、图表输出遥感成像与数据处理过程由于一切物体，因其种类、特征和环境条件的不同，而具有完全不同的电磁波反射或发射辐射特征•数字图像•数字影像的获取方式•遥感数字影像的存储方式课程内容数字图像数字图像•数字图像是指由被称作像素的小块区域组成的二维矩阵。将物理图像行列划分后，每个小块区域称为像素（pixel）。–每个像素包括两个属性：位置和亮度（或色彩）。•对灰度图像而言，每个像素的亮度用一个数值（即灰度值）来表示，通常数值范围在0到255之间，即可用一个字节来表示，0表示黑、255表示白，而其它表示灰度级别。Pictureelement•灰度分辨率：灰度2^k灰度级，k比特•空间分辨率：矩阵M×N。•像素数字图像的表示单波段图像每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的图像，没有彩色信息。100220250180501202001500I多波段图像每个像素的信息由多个波段构成。00255800255240240255R02550160255255801600G25525525524000160800B遥感数字图像的获取图像数字化图像数字化连续图像经采样、分层、量化、编码等步骤变成数字图像才能进入计算机。图像数字化--采样将在空间上连续的图像转换成离散的采样点（即像素）集的操作。由于图像是二维分布的信息，所以采样是在x轴和y轴两个方向上进行。模拟图象若在x方向采M个点，y方向采N个点，就可得到M*N个点的数字化图象的形式。采样是图象进入计算机的第一个处理过程。图像数字化--采样定理采样间隔效果示意图300dpi50dpi采样间隔对图像的影响图像数字化--量化采样后的图像只是在空间上被离散化，成为样本的阵列，每个取样样本称为像素，用Pixel来表示。但是由于原f(x,y)是连续图像，因此每个Pixel还是可能取值为无穷多个值的量。为了进行计算机处理，必须把无穷多个离散值约简为有限个离散值，即量化，这样才便于赋予每一个离散值互异的编码以进入计算机。图像数字化--量化将各个像素所含的明暗信息离散化后，用数字来表示称为图像的量化，一般的量化值用整数来表示。充分考虑到人眼的识别能力之后，目前非特殊用途的图像均为8bit量化，即用0〜255描述“黑〜白”。在3bit以下的量化，会出现伪轮廓现象。图像数字化--量化图像数字化--量化技术量化可分为均匀量化和非均匀量化。均匀量化是简单地在灰度范围内等间隔量化。非均匀量化是对像素出现频度少的部分量化间隔取大，而对频度大的量化间隔取小。图像数字化--量化噪声用有限个离散灰度值表示无穷多个连续灰度的量必然引起误差，称为量化噪声.（1）量化分层越多，则量化误差越小；而分层越多则编码进入计算机所需比特数越多，相应地影响运算速度及处理过程。（2）量化分层的约束来自图像源的噪声，即最小的量化分层应远大于噪声，否则太细的分层将被噪声所淹没而无法体现分层的效果。也就是说噪声大的图像，分层太细是没有意义的。反之要求很细分层的图像才强调极小的噪声，如某些医用图像系统把减少噪声作为主要设计指标，是因为其分层数要求2000层以上，而一般电视图像的分层用200多级已能满足要求。低bit量化的伪轮廓现象示意图均匀量化效果示意图非均匀量化效果示意图量化级别对图像的影响模拟图像数字化的弱点乳胶片感光技术本身存在着致命的弱点，它所传感的辐射波段仅限于可见光及其附近；其次，照相一次成型，图象存储、传输和处理都不方便。遥感数字图像的获取直接获取数字影像传感器•传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的工作原理•传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。传感器的一般构成电磁波幅射信息收集探测器信息处理信息输出传感器组成收集系统：收集来自目标的辐射，送往检测系统。在紫外线、可见光、红外波段中，收集系统的主要元件是透镜或反射镜，在微波中是微波天线。检测系统（探测系统）：将波谱转化为其它形成的能→电流、电压、化学能等。其核心是感光胶片或光电敏感元件、固体敏感元件、微波检波器等。感光胶片：电磁辐射→化学能其它：电磁辐射→电流、电压等信号转化系统：将电流、电压信号放大，再转化为：可见光，信号显示在屏幕上，即电光转化；磁信号，信号记录在磁带上，即电磁转化。记录系统：记录前级送来的信号。直接记录：将前一级的输出信号直接记录在胶片或荧光屏上。间接记录：将信号记录在磁带上，以后用时将磁带回放，产生电信号，再通过电光转化，显示图象。多光谱扫描成像在物镜后加分光装置，将光分解成多个光束；或利用响应不同波段的多感光层胶片进行多光谱摄影。多光谱扫描成像工作原理：扫描镜在机械驱动下，随遥感平台的前进运动而摆动，依次对地面进行扫描，地面物体的辐射波束经扫描镜反射，并经透镜聚焦和分光分别将不同波长的波段分开，再聚焦到感受不同波长的探测元件上。几种光机扫描仪①红外扫描仪：接受地物的红外辐射能量，并把它传给探测元件。②多光谱扫描仪（MSS)：与红外扫描仪基本类似，其不同之处是，外加一个分光系统，把来自地物的电磁波信号，分成若干个不同的波段，同时用多个探测器同步记录相应波段的信息。而红外扫描仪只在红外波段工作。③专题制图仪TM：专题制图仪TM的成像原理与MSS一致，与MSS相比，空间分辨率由80米提高到30米；探测波段由4个增加到7个。特点：利用光电探测器解决了各种波长辐射的成像方法。输出的电学图象数据，存储、传输和处理方面十分方便。但装置庞杂，高速运动使其可靠性差；在成像机理上，存在着目标辐射能量利用率低的致命弱点。线阵扫描仪成像原理：当飞机或卫星向前飞行时，在相机焦平面上与航向垂直的狭隙中，对出现的与航向垂直，且与缝隙等宽的一条地面影像连续摄影。©2002SpaceImaging,LLC.ConfidentialandProprietaryCourtesyASK,SAC框幅式数码相机成像原理：同普通数码照相机遥感数据存储遥感图像的存储模式•磁带、磁盘、光盘•原格式数据•商用格式遥感图像的存储模式--原格式数据BIP—按像元波段交叉式，以一对像元为基本单位进行记录BIL－按照扫描行为单位，各波段同一扫描行数据依次记录BSQ－以波段为单位，每波段所有扫描行依次记录遥感图像的存储模式--商用数据格式ErdasImgGeoTiffPIXENVI•对于下列数据流，分别按BIL、BSQ、BIP给出其对应影像6,8,20,15,30,15,18,20,30,0,12,15,39,27,26,9,10,25,21,56,12,27,33,27,19,20,28，