遥感原理与应用-第4章

第四章遥感图像数字处理的基础知识内容提纲图像的表示形式遥感数字图像的存贮遥感数字图像处理系统遥感图像处理系统与GIS和GPS的集成4.1图像的表示形式•遥感传感器记录地物电磁波的形式–胶片或其它光学成像载体形式（光学图像）–数字形式（数字图像）光学图像•一个二维的连续的光密度（透过率）函数•像片上的密度随坐标x,y变化而变化数字图像•一个二维的离散的光密度（或亮度）函数•以矩阵fi,j(i=0,1,…,m-1;j=0,1,…,n-1)表示数字图像•空间坐标（x,y）和密度上都已离散化数字图像0123456……………n-1→x01614108231…302224181511616612864…3232404545216161414111517…242432343831616161614148…16222428364159416151717…141210122251371215161918…16141214186121011141387…161081426┇┇┇┇┇┇┇┇┇┇┇┇┇┇36302828303030161626248┇34363224222222282424206m-1363220202628262622242022光学图像与数字图像的转换•把一个连续的光密度函数变成一个离散的光密度函数•空间坐标离散化——采样•幅度（光密度）离散化——量化•整个过程称为图像数字化采样•空间坐标数字化•采样间隔△X、△Y的大小，取决于图像的频谱。如果抽样间隔满足则图像能完整地恢复。fc为截止频率。cf21量化•图像灰度的数字化•在连续灰度的极限取值范围内离散化，即将它分成若干个灰度等级值，像元灰度处于某两个相邻划分值之间时，用所对应的最靠近的一个灰度级值代替•用二进制位数（bit数）编码采样和量化过程采样和量化采样量化采样和量化采样量化2550彩色合成red+green=yellowgreen+blue=cyanred+blue=magenta彩色合成常见颜色组合•黑色RGB(0,0,0)•白色RGB(255,255,255)•红色RGB(255,0,0)•绿色RGB(0,255,0)•蓝色RGB(0,0,255)•黄色RGB(255,255,0)•紫色RGB(255,0,255)•青色RGB(0,255,255)•暗灰色RGB(128,128,128)•亮灰色RGB(192,192,192)HIS模型•HSI模型——量化颜色三属性–H色相：取值0-360–S饱和度：取值0-1或0-100–I亮度：取值0-1或0-100IHSRGB—HSI)(31BGRI),,min(*)(31BGRBGRS5.021)])(()[()]()[(21BGBRGRBRGRCOSHHSI—RGB•0°H=120°)(*3*])60cos(cos*1[*)1(BRIGIHHSRISB•120°H=240°)(*3*])180cos()120cos(*1[*)1(GRIBIHHSGISR)(*3*])300cos()240cos(*1[*)1(BGIRIHHSBISG•240°H=360°单波段图像TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7波段组合TM3TM4TM5通道通道通道TM5+4+3多波段图像TM7,4,1TM5,7,2TM5,4,3TM4,3,2通道通道通道24256254图像的频谱表示•任何信号均可由多次谐波叠加而成•将图像从空间域变入频率域是采用傅立叶变换谐波叠加周期信号的频谱•19世纪初叶,法国数学家吉·傅里叶证明:任何正常的周期为T的函数f(t)都可分解为无限个正弦和余弦函数的代数和，通常称为傅里叶级数。111()sin(2)cos(2)2nnnnftcanftbnft2020202()sin(2)2()cos(2)2()nnaftnfdtTbftnfdtTcftdtT周期信号的频谱•根据三角函数的运算法则001022()cos()12tannnnnnnnnnftcAntccAabab111()sin(2)cos(2)2nnnnftcanftbnft周期信号的频谱•最后,由欧拉公式0()jntnnftce0002021()TjntTncftedtT周期信号的频谱－T202T2T1……tf(t)22222211()11sin2TTjntjntTTnjntFftedtedtTTeTjnnTn1sin,0,1,2,1()sinnjntjntnnnnFnnTTnftFeenT傅里叶系数410Fnπ2π4π4π2)2a(ST周期信号的频谱•任何信号均由多次谐波叠加而成•我们通过仪器观察谐波时,只有由三角函数所描述的谐波Akcos(kΩt+φk)才能被观察到,而复指数谐波ckejkΩt是通过数学方法由前者构造而成,它不能直接被观察得到。•两者的关系为()()[]2cos()cos(),2kkkkjjjktjktjktjktkkkkjktjktkkkjktjktkkkkkkcececeeceeceecktceceAktAc非周期信号的频谱•非周期信号可视为周期足够长的周期信号来处理。因此,我们可以从周期信号的频谱分析来推测非周期信号的频谱。()()1()()2jtjtFftedtftFed非周期信号的频谱0tg(t)(a)1/2－/202/－2/(b)F()离散傅里叶变换()()1()()2jtjtFftedtftFed1021NtNtjetfNF102NNtjeFtf二维离散傅里叶变换10102,1,MxNyNyvMxvjyxyxeyxfMNvvF10102,1,MxNyNyvMxvjyxyxevvFMNyxf图像的傅里叶变换亮度表示离散傅立叶系数4.2遥感数字图像的存贮•存储介质•存储格式4.2.1存贮介质•磁带•磁盘•光盘•闪存磁带•用于记录声音、图像、数字或其他信号的载有磁层的带状材料。通常是在塑料薄膜带基（支持体）上涂覆一层颗粒状磁性材料(如针状γ-Fe2O3磁粉或金属磁粉)或蒸发沉积上一层磁性氧化物或合金薄膜而成。•顺序存储介质，读取磁带上特定位置的记录需要通过该点以前的全部记录数据，数据处理起来较慢，所以通常只将它作为数据存贮之用，处理时需将其存贮的数据读入磁盘或内存中进行处理。•遥感中常用的CCT磁带，一般每卷的长度为731.52m，磁带宽12.7mm，厚0.05mm，磁道为9道，其中8位数据加1位奇偶校检位。磁盘•磁盘是随机存储介质•磁盘分硬盘和软盘•硬盘由一个或者多个铝制或者玻璃制的碟片组成。这些碟片外覆盖有铁磁性材料•第一块硬盘IBMRAMAC5MB•希捷2009年单碟2500G•日立2010年单碟5000G•IDESATASCSI光盘•CD（700MB）、DVD（4.7GB）、蓝光光盘（25GB）•CD-R、CD-RW•DVD-R、DVD-RW、DVD+R、DVD+RW、DVD-RDL、DVD-RWDL、DVD+RDL、DVD+RWDL、DVD-RAM•DVD+R要比DVD-R的兼容性好•HDDVDVS蓝光DVD闪存（FlashMemory）•FLASH芯片，目前最大容量为416GB•优点（启动快、不用磁头、相对固定的读取时间、写入速度极快、无噪音、发热量较低、不会发生机械故障、工作温度范围更大、体积小重量轻）•MP3，U盘，CF卡，SD卡，MMC卡，固态硬盘4.2.2存贮格式•BSQ（BandSeQuential）：按照波段顺序依次记录各波段的图像•BIL（BandInterleavedLine）：逐行按波段次序排列•BIP（BandInterleavedbyPixel）：每个像元按波段次序交叉排序•其他常见图像数据格式：BMP,TIFF,GIF,PCX,PSD,MrSID,HDF,……BILRRRRRRRRRGGGGGGGGGBBBBBBBBBRRRRRRRRRGGGGGGGGGBBBBBBBBBBIPRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBRGBBSQRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBMP•BMP是一种与硬件设备无关的图像文件格式，使用非常广。它采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，因此，BMP文件所占用的空间很大。•BMP文件的图像深度可选lbit、4bit、8bit及24bit。BMP文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。图像数据调色板文件头BITMAPFILEHEADERtypedefstructtagBITMAPFIlEHEADER{WORDbftype；//文件类型，必须是“BM”424DDWORDbfsiZe：//文件大小，整个文件的字节数WORDbfReservedl；//保留，必须为0WORDbgReserved2：//保留，必须为0DWORDbfoffBits：//从文件起始处到图象数据起始处}BITMAPFILEHEADER；//的偏移字节数BITMAPINFOtypedefstructtagBITMAPINFO{BITMAPINFOHEADERbmiHeader；//位图信息头RGBQUADbmiColors[1]：//颜色表}BITMAPINFO;BITMAPINFOHEADERtypedefstructtagBITMAPINFOHEADER{DWORDbiSize；//本结构的长度(字节数）LONGbiWldth；//位图的宽度（像素数）LONGbiHeight；//位图的高度（像素数）WORDbiPlanes；//位平面数，必须置为1WORDbiBitCount；//每个像素的位数DWORDbiCOmpression；//压缩类型DWORDbiSiZelmage；//图象大小（字节数）LONGbiXPelsPerMeter；//设备的水平分辨率LONGbiYPelsPerMeter；//设备的垂直分辨率DWORDbiClrUsed；//实际用到的颜色表中的颜色DWORDbiClrlmportant；//显示位图所需的重要颜色数}BITMAPINFOHEADER；•biSiZelmage=biWldth’*biHeight。•biWldth’必须是4的倍数，这是由于DIB的每行都被填充到一个4字节边界，需要计算每行实际占用的位数•宏WIDTHBYTES将一个数与4字节对齐，便于计算DIB行的存储长度,表达为：#defineWIDTHBYTES(bits)(((bits)+31)/32*4)RGBQUADtypedefstructtagRGBQUAD{BYTErgbBlue；//该颜色的蓝色分量BYTErgbGreen；//该颜色的绿色分量BYTErgbRed；//该颜色的红色分量BYTErgbReserved；//保留值}RGBQUAD；图像数据•位图数据记录了位图的每一个像素值，记录顺序是在扫描行内从左到右,扫描行之间是从下到上。位图图象数据存储与实际图象相反，是从底向上顺序逐行存放。位图的一个像素值所占的字节数:•当biBitCount=1时，8个像素占1个字节;•当biBitCount