遥感数字图像处理习题

考试时间：6月21日晚上19:00-21:00地点：待定题型：选择、填空、判断、简答、计算1．考核方式：闭卷考试+平时成绩。2．总成绩评定：闭卷卷面成绩（满分100分）占考核成绩的70％，平时成绩（满分100分）占30％。3．平时成绩评定（1）实验完成情况（80分）：。根据学生实验报告提交次数及完成质量进行评定。（2）作业完成情况（10分）：根据学生平时作业提交次数及完成质量进行评定。（3）课堂考勤（10分）：旷课一次扣3分，请假一次扣1分，扣完为止。2018遥感数字图像处理习题第1章概论1．理解遥感数字图像的概念Image：通过镜头等科技手段被再现于二维画面上的视觉信息。通俗地说，就是指那些用技术手段把目标原封不动的一模一样的再现的景物图像处理：对图像进行一系列操作，以达到预期目的的技术称为图像处理2．理解遥感数字图像处理的内容①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。②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。③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。④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。由断层扫描重建二、三维图像。⑤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。⑥图像分割：图像分割是指将一幅图像划分为互不重叠的区域的处理。重点介绍图像分割的方法及其应用。⑦二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。⑧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⑨图像识别：对图像中的不同对象进行分类、描述和解译。3．了解遥感数字图像处理与分析的目标和指导思想4．了解遥感数字图像处理的发展及与其他学科的关系第2章遥感数字图像的获取和存储1.理解摄影成像和扫描成像传感器的成像方式2.熟练掌握摄影成像和扫描成像影像的几何投影方式和影像特性3.掌握遥感常用的电磁波波段4.熟练掌握传感器的分辨率5.掌握数字化过程中的采样和量化第3章遥感数字图像的表示和度量1.理解遥感图像的数字表示2.熟练掌握灰度直方图第4章图像显示和拉伸1.熟练掌握图像的彩色合成2.熟练掌握灰度图像的线性拉伸如果图像灰度局限在一个很小的范围内，显示出来的将是一个模糊不清、似乎没有灰度层次的图像通过对左图采用线性变换对图像每一个像素灰度作线性变换，有效地改善图像视觉效果线性变换是按比例扩大原始灰度等级的范围，通常为了充满显示设备的动态范围，使输出图像直方图的两端达到饱和。其结果就是在输出图像中加强图像中地物特征的对比度缺点：由于同样的拉伸函数应用于所有的亮度值，其输入和输出亮度值之间的线性关系受输入图像中最大和最小值的影响。如果图像中最大值或者最小值偏离太远，这种线性变换方法的效果就不会很好为了突出感兴趣目标所在的灰度区间，相对抑制那些不感兴趣的灰度区间，可采用分段线性变换3.熟练掌握直方图均衡化，理解直方图规定化直方图均衡是根据图像亮度值的出现频率来分配它们的亮度显示范围，使一定灰度范围内的像元的数量大致相等，得到一幅灰度直方图为均匀分布的新图像其实质是对图像进行非线性变换，重新分配图像像元值，使一定灰度范围内的像元的数量大致相等直方图均衡化使得原图像直方图上亮度值分布密集的部分被拉伸，较稀疏的部分被压缩，从而使图像的对比度得到增强直方图均衡化特点：各灰度级所占图像的面积近似相等原图像上频率小的灰度级被合并增强图像上大面积地物与周围地物的反差具体增强效果不易控制，只能全局均衡直方图匹配（直方图规定化）：直方图匹配是指将一副图像的直方图变成指定形状的直方图，从而使原始图像进行增强处理的一种方法，亦属于非线性变换直方图的匹配对在不同时间获取的同一地区或邻接地区的图像，或者由于太阳高度角或大气影响引起差异的图像匹配很有用,特别是对图像镶嵌或变化检测有用直方图匹配的过程对原始图像和参考图像的直方图都做均衡化以均匀直方图作媒介，再以参考图像的均衡化变换函数对原始图像做均衡化的逆运算从而使原始图像的直方图和参考图像的直方图类似第5章图像校正1．理解辐射误差产生的原因及辐射校正的类型产生原因：①传感器本身的性能引起的辐射误差、②大气的散射和吸收引起的辐射误差③地形影响和光照条件的变化引起的辐射误差类型：①传感器校正、②大气校正（基于辐射传输方程的大气校正、基于地面场地数据或辅助数据进行辐射校正、利用特殊波段进行大气校正）、③太阳高度角和日地距离校正2．理解遥感数字图像大气校正的主要方法a)基于辐射传输方程的大气校正b)基于地面场地数据或辅助数据进行辐射校正c)基于图像信息的大气校正i.直方图最小值法ii.回归分析法3．理解几何畸变的类型与影响因素①传感器成像方式引起的图像变形②传感器外方位元素变化的影响③地形起伏引起的像点位移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4．熟练掌握多项式几何校正的原理与方法基本思想：回避成像的空间几何过程，直接对图像变形的本身进行数学模拟。把遥感图像的总体变形看作是平移、缩放、旋转、偏扭、弯曲以及更高次的基本变形的综合作用结果步骤：1).确定校正的多项式模型2).选择若干个控制点，利用有限个地面控制点的已知坐标，解求多项式的系数3).将各像元的坐标代入多项式进行计算，便可求得校正后的坐标像素坐标的变换(即将图像坐标转变为地图或地面坐标):直接法、间接法对坐标变换后的像素亮度值进行重采样：最近邻法、双线性插值法、三次卷积插值法4).位置进行变换，变换的同时进行灰度重采样5).对结果进行精度评定第6章图像变换1．理解傅立叶变换的原理2．理解波段运算3．理解K-L变换4．理解缨帽变换5．理解彩色变换6．了解数字图像融合第7章图像滤波1．理解图像噪声与卷积、滤波的原理任何一幅原始图像，在其获取和传输等过程中，会受到各种噪声的干扰，使图像恶化，质量下降，图像模糊，特征淹没，对图像分析不利遥感图像中常见的噪声高斯噪声脉冲噪声（椒盐噪声）周期噪声卷积算子(operators)或内核(kernels)：含有由系数矩阵或权重因子矩阵构成的移动窗口。针对原始图像中的每一个像元值，内核在原始图像上移动，输出图像的内核中心灰度值，用原始图像中相对应的像元灰度值乘以内核内的对应系数，然后再将所有结果相加而得到滤波：图像在获取和传输过程中，由于传感器的噪声及大气的影响，会在图像上产生一些不该有的亮点（“噪声”点），或者图像中出现某些亮度值过大的区域。为了抑制噪声改善图像质量或减少变化幅度，采用平滑方法可以减小变化，使亮度平缓或去掉不必要的亮点（均值滤波、中值滤波）2．掌握图像平滑相邻像素间存在很高的空间相关性，而噪声则是统计独立的。因此，可用邻域内各像素的灰度平均值代替该像素原来的灰度值，实现图像的平滑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。中值滤波是对一个滑动窗口内的诸像素灰度值排序，用中值代替窗口中心像素的原来灰度值3．掌握图像锐化突出边缘和轮廓、线性目标或某些亮度变化率大的部分，可以采用锐化的方法。锐化使图像上边缘与线性目标的反差提高，因此也称为边缘增强平滑——使图像边缘模糊锐化——使图像边缘突出、清晰5．掌握频率域滤波第8章图像分割1．了解图像分割的概念、方法和流程；2．了解灰度阈值法；3．了解梯度和区域方法。第9章遥感图像分类1．了解遥感图像的计算机分类的一般原理；在特征空间中，依据像元相似度的大小，归类相似的像元，分离不相似的像元，并给每一个像元赋类别值的过程分类的总目标是将图像中所有的像元自动进行土地覆盖类型或土地覆盖专题的分类2．熟练掌握非监督分类和监督分类方法；非监督分类：利用事先定义的参数确定特征空间中类别的位置，然后确定单个像元是否属于某个类别（K均值法、ISODATA法）优点：不需要预先对待分类区域有广泛的了解、需要较少的人工参与，人为误差的机会减少、小的类别能够被区分出来缺点：盲目的聚类、难以对产生的类别进行控制，得到的类别不一定是想要的类别、计算速度慢监督分类：方法：距离判别函数和距离判别规则（最小距离分类法、平行六面体分类法），概率判别函数和贝叶斯判别规则（最大似然分类法）优点：根据应用目的和区域，有选择的决定分类类别，避免出现一些不必要的类别、可以控制训练样本的选择、可以通过检查训练样本来决定训练样本是否被精确分类，从而避免分类中的严重错误，分类精度高、避免了非监督分类中对光谱集群的重新归类、分类速度快缺点：主观性、由于图像中间类别的光谱差异，使得训练样本没有很好的代表性、训练样本的获取和评估花费较多人力时间、只能识别训练中定义的类别3．熟练掌握分类精度评估方法；混淆矩阵混淆矩阵是由n行n列组成的矩阵，用来表示分类结果的精度混淆矩阵是通过将每个像元的位置和地面参考验证信息与计算机分类结果中的相应位置和类别来比较计算的混淆矩阵的每一列代表了地表实测值（参考验证信息），每一列中的数值等于地表真实像元在分类图像中对应于相应类别的数量混淆矩阵的每一行代表了计算机的分类信息，每一行中的数值等于计算机分类像元在地表真实像元相应类别中的数量Kappa系数4．了解计算机分类新方法。（面向对象的分类方法）模糊分类神经网络分类小波分析专家系统部分习题几何校正一、填空题：1、控制点数目的最小值按未知系数的多少来确定。k阶多项式控制点的最少数目为＿（k＋1）（k＋2）/2＿＿。2、多项式拟合法纠正中控制点的数量要求，一次项最少需要＿3＿个控制点，二次项最少项需要＿6＿个控制点，三次项最少需要＿10＿＿个控制点。二、不定项选择题：(单项或多项选择)1、通过多项式进行几何校正时，需要在待校正图像与参考图像之间选择同名控制点，其选取原则包括__1234______。①易于识别并且不随时间变化的点，如道路交叉点、河流拐弯处、水域的边界、机场等②特征变化大的地区应多选些③图像边缘部分要选取控制点，以避免外推④同名控制点要在图像上均匀分布2、控制点获取方法主要有___124_____。①从地形图中提取GCP坐标②从经过几何校正的影像中提取GCP坐标③从没有经过几何校正的影像中提取GCP坐标④通过GPS外业测量获取GCP坐标3、多项式纠正用一次项时必须至少有＿3＿＿。①1个控制点②2个控制点③3个控制点④4个控制点4、多项式纠正用二次项时必须至少有＿4＿＿。①3个控制点②4个控制点③5个控制点④6个控制点5、多项式纠正用一次项可以改正图像的＿1＿＿。①线性变形误差②非线性变形误差③前两者三、名词解释1、几何校正：一般是指通过一系列的数学模型来改正和消除遥感影像成像时因摄影材料变形、物镜畸变、大气折光、地球曲率、地球自转、地形起伏等因素导致的原始图像上各地物的几何位置、形状、尺寸、方位等特征与在参照系统中的表达要求不一致时产生的变形。2、几何粗校正：地面站接收图像后，根据不同平台、传感器的参数，对地球曲率、地球自转、大气折射造成的变形进行处理3、几何精校正：在粗校正处理的基础上，进一步提高影像的几何精度。利用地面控制点也就是在遥感图像的像元与地面实际位置之间建立数学关系，将畸变图像空间中的全部像元转换到校正图像空间去。4、地面控制点：图像几何校正、投影变换和图像配准等几何变换中,在图像上选取的用于建立几何变换函数的参考点。当以地面实际坐标(经纬度、地图投影坐标等)为参照进行几何变换时,这时的控制点又称为地面控制点(groundcontmlpoint,GCP)。每个控制点应包含两组坐标数据,即在输入图像上的坐标和在输出图像上的坐标,因此又称为控制点对。四、问答题：1、说明遥感图像几何变形误差的主要来源。①传感器成像方