绪论在线视频

下面 我们一起来学习

第一章绪论部分的内容

该章的内容包括

遥感数字影像的概念

表示方法 波段

遥感影像处理的主要内容

学习这门课程需要的基础理

和基本知识要求

以及学好该门课程的方法

先来看一下遥感数字影像的概念

遥感 即Remote Sensing

顾名思义 就是遥远的感知

是指以电磁波为媒介

非接触远程地

对地球或者是

其他星体的表面进行观测

以获取面状影像信息的技术手段

这里的非接触

是指需要利用电磁波或者是光

而非声波或者是其他的介质

这样就区别于其它的测试手段

远程是区别于显微镜

X光机 、CT扫描机

面状影像信息是区别于遥测

在这里 面状信息有两方面的含义

第一 遥感影像表达的是一个地域中

各种地物在空间中的分布信息

第二 遥感影像上的每一个像元

这些像元是影像上不可分割的最小单元

像元对应地面也是一个“面”

而不是一个点

像元反映对应地面的综合信息

如生物量 土壤性状

地物质地等等

遥感的优势是

与传统的调查 测量技术相比

能够快速获取地大面积的信息

因而可以节省大量的人力

物力和财力

但是遥感信息往往是滞后的信息

而信息采集的环境具有不可重复性

这是遥感应用受限制的地方

非接触远程的观测手段

注定跟我们平时观察事物的角度不一样

我们大多数情况下

是以水平的视角来观察地物

得到的是

唯见长江天际流的观察效果

遥感则是从正上方来观测地球

看到的是毛主席的

巡天遥看一千河

是徐志摩的 飞上天空去浮着

看地球这弹丸在太空里滚着

远程的观测地球

由于传感器硬件条件的不同

可以得到不同细节程度的影像

也就是不同空间分辨率的遥感影像

空间分辨率又称地面分辨率

前者是针对遥感器

或者影像而言的

是指影像上能够详细区分的

最小单元的尺寸或者大小

后者是针对地面而言的

是指可以识别的最小地面距离

或者是最小目标物的大小

空间分辨率越高

像素所代表的范围就越小

遥感数字影像概念中

影 是物体透射

或者是反射光的分布

也就是影像场

是一种客观存在

像 是人的视觉系统

对接收在大脑中

形成的影的印象或认识

是人的感觉

影像则是影和像的有机结合

既反映物体的客观存在

又体现人的心理因素

遥感影像就是指

通过遥感平台来获得的影像

数字影像是能在计算机里存储

运算 显示和输出的影像

称之为数字影像

是影像的数字表示

遥感数字影像

英文可以翻译为

Digital remote sensing image

是指以数字形式表示

和存储的遥感影像

最基本的单位是像素

像素是遥感成像过程中的采样点

或者是指在A/D转换中的取样点

也是计算机数字影像处理的最小单元

遥感数字影像的像素的属性特征常用

亮度值或者是灰度值 DN值来表示

亮度值的高低由遥感传感器所探测到的

地物电磁波的辐射强度来决定

由于地物反射

或者是辐射电磁波的性质不同

且受到大气的影响不同

相同地点不同的影像

或者是不同的波段 不同的时期

不同种类的影像的亮度值是不同的

这是中国农业大学东校区的

QuickBird遥感影像

拍摄时间是2010年10月8日

在影像中我们可以看到

建筑物、植被

道路等不同的地物类型

他们具有不同的亮度值

不同的颜色

第二个内容

是遥感数字影像的表示方法

像素是遥感数字影像的最基本的单位

是成像过程中的采样点

也是计算机影像处理的最小单元

具有两个特征

空间特征和属性特征

空间特征是指由于传感器

从空间观测地球表面

因此每个像素含有特定的地理位置信息

并表征一定的面积

每个像素所对应的地面面积

就是该影像的地面分辨率

也叫空间分辨率

属性特征 即每个像素上的灰度值

它是由传感器所探测到的

地面目标地物的电磁辐射强度决定的

例如256级灰度或者是彩色

这个级数称之为有效量化级数

这是一个遥感数字影像的例子

将影像放大显示

我们可以看到影像是有

一系列离散的像素来表示的

对于整景影像或者局部区域来说

影像是有若干的采样行

和采样列组成

不同的采样行和采样列之间

有一定的间隔

不同的像素采用不同的灰度值来表示

灰度值的大小使用

从白到黑的灰阶变化来表示

第三个学习内容是

遥感数字影像的波段

波段的英文单词是Band

也叫通道

是某波长范围内的信息的集合

遥感影像处理与图像处理最大的区别

就是像素所包含的信息量有很大的区别

图像处理多是指可见光波段的信息

可见光仅是整个遥感影像信息谱段的

很小一部分

往短波方向有紫外线区域

往长波方向有热红外 中红外

远红外和微波 无线电波段

单波段显示的是一个波段范围内的

一系列灰度信息

也就是说

是仅一个数据集的信息

显示的效果如黑白照片

多波段则是单波段以R G B

任何形式的组合

形成的多波段影像

不同的组合形式产生不同的影像效果

比如有真彩色

假彩色伪彩色等不同的方式

遥感影像处理方法的研究

源于两个主要应用领域

其一是为了便于人们分析

而对影像信息进行的改进

其二 为使机器自动地理解

而对影像进行存储

传输及其显示

根据抽象程度的不同可以分为三个层次

狭义的影像处理

影像分析和影像解译

狭义的影像处理主要是对影像进行

各种操作以改善影像的视觉效果

或者是校正影像误差

或者是对影像进行压缩编码

从一个影像到另一个影像

狭义的影像处理包括三个内容

影像的恢复处理或预处理

影像的增强处理

和影像的滤波变换

其中恢复处理或者是预处理

主要是对传感器

或者是环境造成的影像退化

进行的模糊消除

或者是几何失真或者是非线性校正

内容包括几何校正

辐射校正等等

比如几何校正或者几何纠正

是像素畸变的校正

这是一个存在严重几何变形的AVHRR影像

范围是覆盖我国的大部分区域

从几何形状上来说

地物的形状

比如沿海边界

形状已经畸变的几乎辨认不出来

经过几何校正

可以让影像具有

正确的形状 边界和面积信息

第二个内容是影像的增强处理

目的是增强影像中的有用信息

突出影像中的特定地物

以利于影像解译或者是信息提取

比如说对比度增强

边缘增强 彩色合成

影像融合等等

增强过程本身不会增加新的影像信息

仅仅是突出了特定的影像特征

以利于影像信息的挖掘

这是一个影像增强的案例

获得的原始影像

上下两幅相邻的影像之间

同种地物类型具有非常明显的

不同的显示效果

利用直方图匹配的影像增强方法

以下面这景我们认为显示效果

比较好的影像直方图为依据

来调整上面这幅

对比度不高的影像

会得到上下图示的

对比度相同的影像效果

这是一个影像直方图匹配的例子

这是一个医学影像增强处理的案例

人的脊椎骨骨折的核磁共振影像

原影像中有些细节信息看不清楚

如果利用伽玛值等于0.6 0.4 0.3的

幂次变换处理后

会得到细节清楚的结果

在三个处理结果中

幂次等于0.4的时候

对比度和细节效果最好

低于0.3时对比度会减少

第三种影像处理是滤波变换

主要的目的是抑制噪声

提高影像质量

突出某种信息等等

这是一个遥感影像滤波变换的案例

利用的是高斯低通滤波器

在原始的图像中

人物的眼角处可以看出有细纹

利用D0值不同的

高斯低通滤波器处理以后

我们可以得到不同的磨平

去纹的效果

第二个遥感数字影像处理的内容是

影像分析 是对影像中感兴趣的目标

进行检测和量测

从而建立对影像的描述

从一个影像到数值或者是符号表示

这是一个利用遥感影像

进行滑坡 泥石流灾害

对植被影响分析的例子

这是甘肃省舟曲县的Landsat TM遥感影像

地面调查得到了

泥石流和滑坡隐患点的位置信息

做成矢量图后叠加到影像中

得到如图所示的效果

从图我们可以看出

这两种灾害的隐患点

大多是分布在

植被覆盖条件不好的区域

基于预处理之后的Landsat TM遥感影像

通过近红外波段和红波段信息

来计算NDVI

归一化差值植被指数之后

根据植被NDVI值的大小

可以计算出植被覆盖度情况

将2010年舟曲县的

所有时相的遥感影像预处理后

波段叠加为一个时间序列的遥感影像

统计灾毁区和非灾毁区的植被覆盖变化情况

我们可以得知

在非灾毁区、旱田

有林地和草地

随春夏秋冬季节的变化

自然生长

植被NDVI呈现规律的变化

在发生灾害的区域

植被的NDVI则突然降低

表示由于灾害的影响

植被受到了严重的损坏

影像解译是进一步研究影像中

各目标物的性质、特征

和他们之间的相互关系

并得出对影像内容的理解

以及对原来地面客观地物

场景的解译

从而为生产 科研提供真实的

全面的客观世界方面的信息

这是一个影像解译的例子

从舟曲县灾后高分辨率

航空遥感影像可以明显看出

发生泥石流的区域

就是这些反射率高的白色区域

利用影像解译方法

可以根据训练样本的特征

将整景影像分类为泥石流区域

崩塌区、泥石流的水体

普通的水体 林地 农田 草地

裸地和建筑用地

对于建筑物来说

根据影像上建筑物阴影的长短

可以解译出建筑物的高度

从而进一步根据建筑物高度

来判断哪些是砖混结构

哪些是钢筋混凝土结构的建筑物

再举一个遥感影像信息提取的例子

这是某个区域的DEM

和对应的Landsat TM遥感影像

根据遥感影像可以提取出

哪些是植被哪些是非植被

根据DEM数据

可以判断出每个像素位置上的高度

结合Landsat TM遥感影像

和DEM数据

则可以判断出

在某个海拔高度以上的植被信息

以上是遥感数字影像处理包括的主要内容

下面我们来看一下第五个学习内容

遥感数字影像处理所需要的基础理论

和基本知识要求

遥感是多学科交叉的大遥感科学

基础科学和应用基础科学的发展

推动了高新技术的快速发展

遥感是传感器

和遥感平台设计等一系列高新技术

所驱动的对地观测的一场革命

在计算机科学 数学 物理学

生态学等学科的推动下

遥感科学从定性逐步发展到定量遥感

数学方法不断应用到遥感的反演、优化

遥感的尺度效应又可以从物理学

和数学的角度去解释

国民经济持续发展

社会需求、环境保护

全球变化、减灾防灾这些应用

推动遥感的发展

遥感的发展反过来

又推动各行各业的发展

以上是遥感在多学科交叉中的定位

基于遥感的多学科交叉背景

遥感数字影像处理的课程学习

需要有物理学、地学

数学、信息理论、计算机技术

与GIS技术等方面的知识储备

物理学的基础体现在

遥感数字影像

是地物电磁辐射特性的反映

不同的传感器获得的影像

在几何特征和

物理特征方面会存在差异

影像处理的方法以光学

电子光学原理为基础

遥感属于地学的范畴

因此 遥感数字影像处理的学习

需要具备地球资源特征、分布

及其与周围环境的相互关系的知识

掌握地理环境各因素的

相互规律及其发生 发展规律

数学基础知识体现在

遥感影像的信息提取

要以一定的数学模型为依据

遥感数字影像处理方法的实现

需要通过计算机来完成

所以 计算机是影像处理的关键设备

遥感数字影像与GIS数据库中

大量背景数据的叠加分析

可以大大提高遥感影像的识别能力

学习遥感数字影像处理课程

需要学习过线性代数

概率统计、地图学

计算机基础

遥感原理或遥感概论等课程

另外 遥感数字影像处理

需要至少掌握一种遥感软件

和地理信息系统软件

遥感软件比较大众化的有ENVI

ERDAS IMAGE PCI等

地理信息系统软件

有ArcGIS SuperMap等等

这些商业软件能够实现绝大多数的

遥感数字影像处理功能

如果根据研究需求

需要自己设计并实现

一些特殊的遥感数字影像处理方法的话

最好能够掌握一种编程语言

比如IDL C++ C# MATLAB等等

接下来我们看看该如何学好该课程

首先来看一下学习方法

对于我们这门课程来说

推荐大家使用三步学习法

第一步 通览全局

了解整个课程的知识框架

对大致的知识结构有所了解

第二步关注细部

深入学习经典算法

了解清楚具体算法的原理 公式

以及为什么这样做

以测试题来温故

第三步 升华知识 实践应用

在了解知识细节的基础上

结合具体的应用

争取根据所学知识给出解决方案

以作业题巩固所学知识

然后 我们看一下学习原则

我用一个遵循和一个切忌来要求大家

遵循的是多思考 勤动手的原则

最忌讳的是

硬背公式却不了解公式的物理意义

理论学习和实验隔离开来

理论学习的时候没有目的

实践过程中不知从何下手

有关本门课程的安排 学习方法

遥感数字影像概念等方面的内容

就介绍到这里

下节课我们将学习

有关遥感影像处理基础知识方面的内容

谢谢大家 下周见

祝大家学习进步 生活愉快