遥感数字图像处理考试知识点整理.doc

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遥感

第一章

1遥感数字图像；遥感数字图像的分类方式和对应类别。

（1）定义：

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。

（2）可见图像和不可见图像

单波段和多波段，超波段

数字图像和模拟图像

2遥感图像的成像方式（三大种：

摄影、扫描、雷达）。

（1）摄影，扫描属于被动遥感

雷达属于主动遥感

（2）摄影：

根据芦化银物质在关照条件下回发生分解这一机制，将卤化银物质均匀涂在片基上，制成感光胶片

扫描：

扫描类遥感传感器逐点逐行地以时序方式获取的二维图像

雷达：

由发射机向侧面发射一束窄波段，地物反射的脉冲，由无线接收后被接收机接收

3遥感图像的数字化（模数转换）过程——两大过程：

采样、量化，名词解释。

采样：

将空间上连续的图像变换成离散点的操作称为采样，即：

图像空间位置的数字化。

采样是空间离散。

量化：

遥感模拟图像经离散采样后，可得到由Ｍ×Ｎ个像素点组合表示的图像，但其灰度（或彩色）仍是连续的，还不能用计算机处理。

它们还要进一步离散并归并到各个区间，分别用有限个整数来表示，这称之为量化，即：

图像灰度的数字化。

量化属于亮度属性离散。

遥感图像数字化过程两个特点：

亮度和空

4遥感数字图像的存储空间大小的计算。

图像的灰度级有：

2,64,128,256

存储一幅大小为M*N，灰度量化位数G的图像，所需要的存储空间（图像数据量）为M*N*G（bit）

1B=8bit1KB=1024B1MB=1024KB1GB=1024MB

TM空间分辨：

1,2,3,4,5,7为30米，6为120米

5遥感数字图像的分辨率（时间、空间、光谱、辐射分辨率）；

（1）时间分辨率：

指对同一地点进行遥感采样的时间间隔即采样的时间频率，也称重访周期

空间分辨率：

指图像像素所代表的相应地面范围的大小，空间分辨率愈高，像素所代表的范围愈小

光谱分辨率：

光谱分辨率是指成像的波段范围，分得愈细，波段愈多，光谱分辨率愈高

辐射分辨率：

是传感器区分反射或发射的电磁波辐射强度差异的能力。

高辐射分辨率可以区分信号强度的微小差异。

（2）常见传感器和空间分辨率书17-18页

6遥感数字图像的数据（数据级别、数据存储格式、元数据定义）

（1）数据级别：

0级产品：

未经过任何校正的原始图像数据

1级产品：

经过了初步辐射校正的图像校正

2级产品：

经过了系统级的几何校正，即根据卫星的轨道和姿态等参数以及地面系统中的有关参数对原始数据进行几何校正。

产品的几何精度由上述参数和处理模型决定。

3级产品：

经过几何精校正，即利用地面控制点对图像进行了校正，使之具有了更精确的地理坐标信息。

产品的几何精度要求在亚像素量级上。

不同点：

不同级别的产品使用条件不同，但是他们都是数据的集合，是信息量的汇总。

一般来说，都是由元数据和图像基本数据两部分数据汇总的结果。

0-2级产品由图像发布部门生产，3级产品可由图像发布部门按照精度要求生产，但大多由用户自己来生产。

对于一般的应用来说，2级产品已经能够满足用户的需要。

对于几何精度要求较高的应用，则必须使用几何校正后的3级产品。

（2）存储格式：

BSQ（bandsequential）数据格式按波段顺序依次排列的数据格式。

即先按照波段顺序分块排列，在每个波段块内，再按照行列顺序排列。

同一波段的像素保存在一个块中，这保证了像素空间位置的连续性。

排序规律：

第一波段为第一块，第二波段为第二块，…….第k波段为第k块。

每个波段块中，像素按行列顺序存储。

BIP（bandinterleavedbypixel）数据格式：

每个像元按波段次序交叉排序。

以像素为核心，像素的各个波段数据保存在一起，打破了像素空间位置的连续性。

保持行的顺序不变，在列的方向上按列分块，每个块内为当前像素不同波段的像素值。

排序规律：

第一个像素第一波段第一行，第一个像素第二波段第一行，以此类推。

BIL（bandinterleavedline）数据格式：

逐行按波段次序排列。

像素先以行为单位分块，在每个块内，按照波段顺序排列像素。

同一行不同波段的数据保存在一个数据块中。

像素的空间位置在列的方向上是连续的。

排序规律：

第一行第一波段，第一行第二波段，第一行第k波段，…..第M行第一波段，第M行第二波段，第M行第K波段。

（3）元数据（metadata）又称为“头文件”，是关于图像数据特征的表述，是关于数据的数据，它描述了与图像获取有关的参数和获取后所进行的处理。

元数据与图像数据同时发布，或嵌入图像文件中，或单独列出。

其多为文本格式，或二进制格式存储。

7遥感数字图像处理的主要内容（包括含义要理解）和处理的特点。

（1）定义：

利用计算机对遥感图像进行一系列的操作，以求达到预期目的的技术称作遥感图像处理。

遥感数字图像处理的内容：

主要内容：

数字图像变换：

a光学图像变成数字图像b数字图像转变成光学图像c图像变换工作

如：

彩色空间转换、二维傅里叶变换、沃尔什—哈达玛变换、哈尔变换、离散余弦变换和小波变换等

数字图像校正：

a辐射校正b几何校正（几何粗校正和几何精校正）

数字图像增强：

采用一系列技术改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度、对比度，突出所需信息的工作称之为图像增强。

多源信息复合：

多源信息复合是指将多种遥感平台、多时相遥感数据之间以及遥感数据与非遥感数据之间的信息组合匹配的技术。

计算机解译处理：

综合运用地学分析、遥感图像处理、地理信息系统、模拟识别与人工智能技术，这些技术的运用都应在计算机系统支持下进行，采取相应的遥感数字图像的处理方法.

（2）特点：

图像信息损失低，处理的精度高

抽象性强，再现性好

通用性广，灵活性高

8遥感数字图像处理系统（硬件+软件）。

硬件系统的组成（五大部分）：

计算机平台、数字化器、大容量存储器、显示器和输出设备及操作台

核心：

计算机平台

遥感数字图像处理的软件系统：

ERDASIMAGINE（美国莱卡）、ENVI、PCIGeomatica（加拿大）、ERMapper（澳大利亚）

第二章

9多源图像：

在同一地区，随时间、波段和极化方向不同而获得的多个图像的组合。

可分为;a多波段图像（多光谱图像）b多时相图像（多日相图像）c多极化图像

对于某一景单波段遥感图像，t,r,p三个参数均以固定的，故这景图像的数学物理模型可以简化为：

（x,y）这2参数的模型，t为多时段，r为多极化，p为多极化

10遥感图像的统计学描述特征（单波段、多波段的参数计算）：

（1）单波段——平均信息（均值、中值、众数）；变化信息（反差对比度、变差、方差）；直方图及累积直方图（定义、绘制方法、直方图性质）

均值：

中值：

众数：

方差：

变差（反差差）：

反差（图像对比度）：

C1=像素最大/最小C2=像素最大-最小值C3=标准差（方差的平方根）

（3）直方图定义：

直方图是反映灰度级的函数，描述的是图像中各个灰度级像素的个数，反映出原遥感图像的灰度值概率密度函数离散化后的图形。

横坐标是灰度级，纵坐标是灰度级出现的频率。

（4）灰度直方图绘制方法：

1统计灰度级2统计灰度级像素的个数3建立直角坐标系横轴为灰度级，纵轴为灰度级像素个数4根据横轴的灰度级画柱状图5了解灰度分布状态

（5）直方图性质：

a直方图反映了图像灰度的分布规律；

b形态多与正态分布的曲线形态类似；

c图像与直方图相对应，但直方图可对应多个图像；

d图像中包括两个不相连的区域，则直方图=这两区域的直方图之和。

（6）、累积直方图：

横轴表示灰度级，纵轴表示每一灰度级及其以下灰度级所具有的像素数或此像元数占总像素数的比值

多波段——协方差、相关系数

累计直方图与直方图纵轴的意义不同

第三章

（1）图像显示的方法（单波段——灰度图像显示+伪彩色显示；多波段——全色显示+彩色显示（真彩色、假彩色合成））；补充：

加色法原理。

（RGB）

一般，单波段图像的直接输出显示，反映出该波段上图像的量化信息。

主要以灰度级来展示，从识别效果看就是一幅灰度图像。

（2）伪彩色显示：

伪彩色（pseudocolor）合成显示方法。

它将单波段灰度图像中的不同灰度级按特定的函数关系变换成彩色，再将其显示出来，以此突出某些特殊的地物信息，准确区分地物的类别。

（3）真彩色（truecolor）：

如果彩色合成中选择的波段的波长与红绿蓝的波长相近或相同，那么得到的图像的颜色与真彩色相似，这种合成方式称为真彩色合成（选择的波段与RGB相对应）

假彩色（falsecolor）：

选择任意3个波段，分别赋予RGB三种颜色，既合成彩色图像。

（选择任意波段不与RGB对应）

（4）、加色法原理：

R+G=黄色R+B=品红G+B=青色R+G+B=白色

12可以举出例子证明什么样的显示符合上述图像的显示方法，比如对于TM数据来说，7个波段的对应表达。

（1）TM:

1（0.45-0.52）蓝波段，2（0.52-0.60）绿波段，3（0.63-0.69）红波段，4（0.76-0.90）近红外波段，5（1.55-1.75）近红外波段，7（2.08-2.35）近红外波段

（2）真彩色：

TM321

假彩色：

TM432，TM741等

（3）SPOT5：

Band1：

0.5-0.59um（绿波段）

Band2：

0.61-0.68um（红波段）20m

Band3：

0.79-0.89um（近红外）

Band4：

1.58-1.75um（短波红外）

Pan：

0.51-0.73um（全色波段）10m

第四章

13图像校正，它包括两部分（辐射校正、几何校正）；

（1）为什么要做图像校正：

现实的遥感影像，存在畸变，无法不歪曲地反映出地物的辐射能量分布和几何特征（存在降质现象）。

图像校正是针对数字影像的，因为数字影像存在误差（空间，量度）。

（2）辐射校正：

定义：

辐射失真亮度属性，消除图像和数据中依附在辐亮度中的各种失真的过程。

原因：

a遥感传感器本身特征b地物光照条件c大作用d其他

（3）几何校正：

定义：

空间几何位置的失真，原因：

a传感器不稳定b遥感平台c地球

14什么是辐射校正？

辐射误差产生的主要原因是什么?

定义：

针对遥感图像产生的辐射失真产生的误差，做订正进行的校正。

消除图像和数据中依附在辐亮度中的各种失真的过程。

【辐射误差产生的原因有两种，传感器响应特性和外界（自然）条件，后者包括太阳照射（位置和角度）和大气传输（雾和云）等条件。

（1）因传感器的响应特性引起的辐射误差

l）光学摄影机引起的辐射误差

2）光电扫描仪引起的辐射误差

（2）因大气影响引起的辐射误差

（3）因太阳辐射引起的辐射误差

1）太阳位置引起的辐射误差

2）地形起伏引起的辐射误差

（4）其他原因引起的辐射误差】

辐射校正的主要内容包括？

（对辐射校正产生该怎么做）依据童庆禧的流程或讲课时介绍的思路。

1）光学摄影机内部辐射误差校正：

（定量或者半定量）光学摄影机内部辐射误差主要是由镜头中心和边缘的透射光的强度不一致造成的，它使得在图像上不同位置的同一类地物有不同的灰度值。

设通过透镜达到像平面o点的光强度为Eo，与主光轴成角通过透镜到达像平面P点的光强度为Ep，则有:

2）光电扫描仪内部辐射误差的校正

两类误差:

（1）光电转换误差

（2）探测器增益变化引起的误差。

消除方法：

楔校准模型和和增益校准模型；

3）大气校正：

指消除主要由大气散射引起的辐射误差的处理过程。

大气校正方法主要有3种：

1）统计学方法——包括内部平均法、平场域法、经验线性法（实测光谱回归方法）等；

2）辐射传递方程计算法；

3）波段对比法——分为回归分析法和直方图最小值去除法两类。

4）太阳高度角的辐射误差校正：

（1）太阳高度角引起的畸变校正是将太阳光线倾斜照射时获取的图像校正为太阳光线垂直照射时获取的图像。

（2）太阳的高度角θ可根据成像时刻的时间、季节和地理位置来确定，即：

sinθ=sinj·sinδ±cosj·cosδ·cost（3）太阳高度角的校正是通过调整一幅图像内的平均灰度来实现的。

特别是对于多光谱图像上的阴影可以通过图像之间的比值予以消除。

比值图像是用同步获取的相同地区的任意两个波段图像相除而得到的新图像。

5）地形坡度辐射误差校正：

（1）太阳光线和地表作用以后再反射到传感器的太阳光的辐射亮度和地面倾斜度有关。

（2）若处在坡度为α的倾斜面上的地物影像为g（x，y），则校正后的图像f（x，y）为：

由上式看出，地形坡度引起的辐射校正方法需要有图像对应地区的DEM数据，校正较为麻烦，一般情况下对地形坡度引起的误差不做校正。

6）其他原因引起的辐射误差及其校正：

（1）遥感影像中有时因各检测器特性的差别、干扰、故障等原因引起不正常的条纹斑点。

（2）条纹误差主要是由检测器引起的。

（3）斑点误差主要由噪声或磁带的误码率等原因造成，具有分散和孤立的特点

15大气校正的常用方法有？

1）统计学方法——包括内部平均法、平场域法、经验线性法（实测光谱回归方法）等；

2）辐射传递方程计算法：

测量大气参数，按理论公式求得大气干扰辐射量

3）波段对比法——分为回归分析法和直方图最小值去除法两类。

4）经验线性法（公式法）：

与卫星扫描同步进行野外波谱测试，将地面测量结果与卫星影像对应像元亮度值进行回归分析，回归方程为：

式中，LAi为卫星观测值；Ri为地面反射率；a和b为回归系数；

系数a为大气散射引起对辐射的干扰部分：

（公式）式中，Si为系统增益因素；Lbi为大气路径辐射率；

系数b表示辐射率Lai随地面反射率Ri递增而增长的程度大小：

（公式）式中，Ti为大气透射率；Hi为太阳辐照度；θ为太阳天顶角；

5）回归分析法：

用长波数据来校正短波数。

作法：

在不受大气影响的波段（如TM5）和待校正的某一波段图像中，选择由最亮至最暗的一系列目标，将每一目标的两个待比较的波段灰度值提取出来进行回归分析。

例如：

式中，X为TM5波段的亮度均值；Y为TM1亮度均值；

a1,b1计算如下：

T1、T5表示TM1与TM5波段灰度值,为TM1波段校正后的灰度值。

6）直方图最小值去除法:

通过灰度直方图对比找出校正量。

16几何畸变；影响图像几何畸变的因素（6大因素）；

定义：

遥感图像在获取过程中由于多种原因导致景物中目标物相对位置的坐标关系图像中发生变化。

因素：

1）传感器成像几何形态影响：

传感器一般的成像几何形态有中心投影、全影投影、斜距投影以及平行投影等几种不同类型。

a）全景投变形b）斜距投影变形，侧视雷达属斜距投影

2）传感器外方位元素变化畸变

3）地球自转的影响：

地球自转对于瞬时光学成像遥感方式没有影响，对于扫描成像则造成图像平行错动。

4）地球曲率影响：

1、在星下点视场角较小，曲率影响可忽略。

2、产生的误差原理与航空像片像点位移相同。

5）地球起伏的影响：

地形起伏在中心投影影像上造成的像点位移是远离原点向外移动的，而在雷达影像上则是向内变动的中心投影成像时大气折射的影响

6）距离投影成像时大气折射的影响：

像点位移误差为ΔУ=λ（R＇-R）

17几何精校正；几何精校正的基本原理；几何精校正的工作流程（比如：

多项式矫正法20题）；核心步骤。

（1）定义：

是把多平台的不同的传感器或多时相的同一传感器，具有几何精度的图像、地图或数据集中地相同地物元素彼此匹配、叠加在一起的过程。

图对图：

相对，以一景图像作为基础，纠正其他图像

图对标准数据：

绝对，以地图作为标准，纠正图像

（2）几何（数字）纠正的基本原理：

回避成像的空间几何过程，直接利用地面控制点数据对遥感图像的几何畸变本身进行数学模拟，用一个适当的数学模型表示校正前后的图像对应点坐标关系。

（3）几何精纠正的操作步骤流程：

核心步骤：

建立纠正函数、选择地面控制点以及图像重采样（包括几何位置变换和灰度重采样两步）。

包括：

像素空间坐标的变换（几何位置变换）和像元值大小的变换（灰度重采样）

a）几何位置变换：

首先要确定原始图像和纠正后图像之间的坐标变换关系，其次按选定的纠正变换函数，将原始的数字影像逐个像元地变换到输出影像的相应的位置上去的过程。

变换方法分直接法（或正解法）和间接法（或反解法）纠正。

b）灰度值的重采样

校正前后图像的分辨率变化、像元点位置相对变化引起输出图像阵列中的同名点灰度值变化。

某像元P’的灰度值取决于周围列阵点上像元的灰度值对其所作的贡献，我们将这种内插获得灰度值的过程称为数字图像的灰度值重采样。

常用的重采样方法有：