02数字影像获取与采样定理

河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry第二章数字影像及其获取DigitalImageAcquisition河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry数字摄影测量Digitalphotogrammetry问题的提出•什么是数字影像？•怎样获取数字影像？河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry第二章数字影像及其获取§2-1数字影像和模拟图像§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage)§2-3数字影像量化(QuantizationofDigitalImage)河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry第二章数字影像获取与重采样§2-1数字影像(DigitalImage)[一]数字影像的定义[二]为什么要研究数字影像[三]数字影像的显示[四]如何获取数字影像§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage)[一]模拟影像的空间离散[二]采样定理[三]实际采样考虑[四]二维情形[五]采样孔径与颗粒噪声内容安排河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry连续图像：像面上的像点是连续的，相邻像点的灰度分布也是连续的。数字图像：像点坐标和每个像点的灰度分布都是用离散数据表示的图像。231111365472343211553300111223235211141815139108§2-1数字影像(DigitalImage)[一]数字影像的定义(DefinitionofDigitalImage)河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-1数字影像(DigitalImage)[一]数字影像的定义(DefinitionofDigitalImage)111101111101101000n,m,m,mn,,,n,,,gggggggggg河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-1数字影像(DigitalImage)[一]数字影像的定义(DefinitionofDigitalImage)灰度图像是指每个像素由一量化的灰度来描述的图像，没有彩色信息。若图像灰度只有两级，这样的图像称二值图像。彩色图像是指每个像素由红、绿、蓝（分别用R、G、B表示）三原色构成的图像，其中R、G、B是由不同的灰度级来描述的。河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-1数字影像(DigitalImage)[一]数字影像的定义(DefinitionofDigitalImage)多光谱图像是利用多光谱成像设备获取的多波段图像，每个波段图像分别记录了同一地面范围内的地物在不同波段上的光谱辐射信息。定义：数据立方体是一类多维矩阵，让用户从多个角度探索和分析数据集，通常是一次同时考虑三个因素（维度）。河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-1数字影像(DigitalImage)[一]数字影像的定义(DefinitionofDigitalImage)河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-1数字影像(DigitalImage)[二]为什么要研究数字影像(SignificanceofDigitalImageinDigitalPhotogrammetry)1.数字摄影测量的数据源2.自动化数字摄影测量的必然要求[三]数字影像的显示(DisplayingaDigitalImage)河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-1数字影像(DigitalImage)[四]如何获取数字影像(AcquisitionofDigitalImage)1.模拟影像数字化扫描仪的工作原理：扫描仪是图像信号输入设备。它对模拟影像进行光学扫描，然后将光学图像传送到光电转换器中变为模拟电信号，又将模拟电信号变换成为数字电信号，最后通过计算机接口送至计算机中。河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-1数字影像(DigitalImage)[四]如何获取数字影像(AcquisitionofDigitalImage)1.模拟影像数字化2.数字传感器(摄影与空中摄影)河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry模拟影像数字化过程河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage)[一]模拟影像的空间离散(DiscretionofAnalogueImageinSpace)••••••••••••••••连续灰度图像二维区域上的连续曲面河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage)••••••••xx河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage)[二]采样定理(SamplingTheorem)1.δ-函数0001x,x,)x(10x)t(fdt)tt()t(f00筛选性质河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage)2.采样函数k)xkx()x(s对任意,0x?)x(s0河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage)观察函数与采样函数的乘积：k)xkx()x(g)x(g)x(s)x(h对任意,0x?)x(h0),x(g),x(g),(g),x(g),x(g,gs202)x(g河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage)观察与采样函数做卷积：dt)tx(s)t(g)x(gskkk)xkx(gdt)xktx()t(gdt)xktx()t(gdt)tx(s)t(g)x(gs)x(h河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage)k)xkf(x)f(S113.采样函数的Fourier变换可见，采样函数的Fourier变换仍是采样函数，并且，采样函数的采样间隔越小，其Fourier变幻的采样间隔越大，幅度也有所变化，反之亦然。河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage))x(g)x(s)f(G)f(S)x(g)x(s)f(G)f(S关于Fourier变换对，有下述关系：河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage)4.采样定理（Nyquist频率）)()(fGxg)()(fSxs)f(Glflf带限信号河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage))x(csinx)f(W)f(S)*f(G)x(csin)x(g)x(sf)f(W1河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage)llffx1无混叠(信号得以恢复)要求为：lfx21达到最大截至频率的周期内，至少采2个样本。lfx12河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage)kll)xkx(f)xkx(fsin)xk(g)x(csin)x(g)x(s22实际的恢复信号为：河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage))xkx(f2)xkx(f2sin)xk(qll实际的恢复信号是各采样点处的值的加权平均，其具体的权值就是：)xk(qk)xk(g)xk(q)x(gˆ河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage)[三]实际采样考虑(PracticalProcedure))f(W*)f(S*)f(H)f(G)x(w)x(s)x(h)*x(g河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry[四]二维情形(in2-DCondition)§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage)lufx21lvfy21uvdxdye)y,x(g)v,u(G)vyux(j2)v,u(G河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage)[五]采样孔径与颗粒噪声(SamplingApertureandNoise)采样孔径对颗粒噪声的抑制作用可由下式表示：D//dD.NS2154其中，为颗粒噪声，是经验值，经过实际检测得到。D河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-2数字影像采样(SamplingofDigitalImage)DdDNS/5.42/1由上式可以看出，采样孔径越大，信噪比越高，但采样孔径太大，则降低影像分辨率及精度。河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry§2-3数字影像量化(QuantizationofDigitalImage)[一]什么是数字影像量化(What)••••••••••••••••1.透过率与不透过率0FFTFFT1O0河南理工大学测绘学院遥感科学与技术系数字摄影测量学DigitalPhotogrammetry2.影像灰度D§2-3数字影像量化(QuantizationofDigitalImage)TlogOlogD1航摄底片的灰度一般在0.3~1.8之间如此定义的影像灰度与我们通常