《遥感数字图像处理》教案
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遥感数字图像处理
教
案
主 讲： （讲师）
授课学期：
地理信息系统教研室
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第1讲
课 题：遥感数字图像处理概述
目的要求：了解数字图像处理的概念、遥感数字图像处理系统的构成、数字图像处理的应用
教学重点：遥感数字图像处理的应用
教学难点：遥感数字图像处理系统的构成
教学课时：2课时
教学方法：授课为主、鼓励课堂交流
本次课涉及的学术前沿：数字图像处理的发展方向
第1章 概论
1.1 图像和遥感数字图像
1.1.1 图像和数字图像
图像是对客观存在的物体的一种相似性的、生动的写真或描述。
图像的类别：可见图像和不可见图像（根据人眼的视觉可视性）
图像的类别：模拟图像和数字图像（根据图像的明暗程度和空间坐标的连续性）
1)模拟图像
模拟图像可用连续函数来描述。
其特点：光照位置和光照强度均为连续变化的。
2)数字图像
可用矩阵或数组来描述
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2
像素或像元的属性：具有特定的空间位置和灰度。
1.1.2 遥感数字图像
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。
1.2 遥感数字图像处理
图像处理、模拟图像处理、数字图像处理
1.2.1 遥感数字图像处理的内容
它是研究图像的获取、传输、存储，变换、显示、理解与综合利用的一门崭新学科。
根据抽象程度不同可分为三个层次：狭义图像处理、图像分析和图像理解。
具体而言，遥感数字图像处理的内容包括：
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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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。
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。
图像识别
对图像中的不同对象进行分类、描述和解译。
1.2.2遥感数字图像处理系统概述
遥感数字图像处理系统由硬件和软件组成。具体分为以下几个模块：
采集、显示、存储、通信、主机、图像处理软件
1.3数字图像处理的发展和两个观点
最早应用于报纸业（20世纪20年代）
20世纪60年代美国利用计算机技术改善了空间探测器发回的图像效果
20世纪60年代末70年代初，图像处理技术开始应用于医学影像、地球遥感监测和天文学等领域。
20世纪90年代遥感数字图像处理得到了迅速普及和发展
数字图像处理的两种观点：
（1）离散方法
在空间域内进行处理，以图像平面本身作为参考，直接对图像中的像素进行处理，其算法易于实现。
（2）连续方法
在频率域内进行处理，即对傅里叶变换后产生的反映频率信息的图像进行处理，完成频率域图像处理后往往要变换至空间域进行图像的显示和对比。
1.4 基础理论和基本知识要求
遥感数字图像处理是多学科相互渗透的产物，它与模式识别、计算机图形学、计算机视觉等学科既相互联系又相互区别。
1.5 数字图像处理的特点及其应用
1.5.1 数字图像处理的特点
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精度高
对于一幅图像而言，数字化时不管是用4比特、8比特还是其它比特表示，只需改变计算机中程序的参数，处理方法不变。所以从原理上讲不管对多高精度的数字图像进行处理都是可能的。而在模拟图像处理中，要想使精度提高一个数量级，就必须对装置进行大幅度改进。
再现性好
不管是什么数字图像，均用数组或数组集合表示。在传送和复制图像时，只在计算机内部进行处理，这样数据就不会丢失或遭破坏，保持了完好的再现性。而在模拟图像处理过程中，就会因为各种干扰因素而无法保持图像的再现性。
通用性、灵活性强
对可见图像和不可见光图像（如X光图像、热红外图像和超声波图像等），尽管这些图像生成体系中的设备规模和精度各不相同，但当把这些图像数字化后，对于计算机来说，都可同样进行处理，这就是数字处理图像的通用性。
另外，改变处理图像的计算机程序，可对图像进行各种各样的处理，如上下滚动、漫游、拼接、合成、变换、放大、缩小和各种逻辑运算等，所以灵活性很高。
1.5.2 数字图像处理的应用
数字处理图像在生物医学 、遥感 、工业 、军事、通信、公安等领域有着广泛的应用。
作业：
1、什么是图像？什么是数字图像？
2、遥感数字图像处理系统的主要构成有哪些？
3、试论述信息理论、计算机技术和地理信息系统与遥感数字图像处理之间的关系？
教学总结：
本次课程旨在让学生了解数字图像处理的概念、遥感数字图像处理系统的构成、数字图像处理的应用。
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第2讲
课 题：遥感数字图像的获取和存储
目的要求：了解遥感图像的获取过程、遥感的应用及其发展趋势、遥感的物理基础
教学重点：遥感图像的获取过程
教学难点：遥感的物理基础
教学课时：2课时
教学方法：授课为主、鼓励课堂交流
本次课涉及的学术前沿：遥感技术的发展方向
一 什么是遥感 (REMOTE SENSING)
遥感即遥远感知，是在不直接接触的情况下，对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术
1．遥感系统：是一个从地面到空中乃至整个空间，从信息收集、存储、传输、处理到分析、判读、应用的技术体系，主要包括遥感试验、信息获取（传感器、遥感平台）、信息传输、信息处理、信息应用等5个部分。
２．遥感的过程
二、遥感的发展
1、发展过程
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1962年 密执安大学第一届遥感讨论会
1971年第一届国际遥感讨论会
1972年ERTS-1（Landsat-1)发射成功
20世纪80年代第二代遥感卫星上天
Landsat-4/5
SPOT1
20世纪90年代至今第三代
Landsat-7
SPOT2-5
RadarSat
CBERS
IRS-1B/C/D IRS-P
2、20世纪60年代遥感技术迅速发展的原因
（1）传感器的发展
（2）空间技术的发展
（3）计算机技术的发展
（4）数学、物理及专业理论的发展
3、遥感技术的主要发展趋势
遥感技术从上世纪60年代提出至今，经历了40年的发展后，已成为一门集空间科学技术、通信技术、计算机技术等技术以及跨地球科学、电子科学、物理学等学科的新兴科学与技术。
(1)概念的发展
(2)平台与观测技术的发展
(3)定位技术的发展（where）
(4)处理技术的发展
(5)遥感应用领域的拓展
(6)遥感基础理论的发展
三、遥感的应用
测绘: 快速成图、地图修测、困难地区测图
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农业: 作物长势监测(病虫害)、估产
林业: 森林火灾、森林调查、管理、森林病虫害
水: 水灾、水资源、水土流失
思考题:
1:什么是遥感及主动遥感?什么是遥感系统?
论述题：
2:遥感的发展趋势.
四、电磁波
变化的电场和磁场交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。
γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等都是电磁波。
电磁波是一种横波
五、电磁波谱
按电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减顺序排列，就能得到电磁波谱
γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波
高 能量 低
六、物体的发射辐射
（一）黑体辐射
（二）一般物体的发射辐射
七、地物的反射辐射
（一）地物的反射类别(三种形式)
1:镜面反射
2:漫反射
3:方向反射
（二）光谱反射率以及地物的反射光谱特性
（三）影响地物光谱反射率变化的因素
太阳位置、传感器位置、地理位置、地形、季节、气候变化、地面湿度
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变化、地物本身的变异、大气状况等
八、地物波谱特性的测定
（一）地物波谱特性：指各种地物各自所具有的电磁波特性（发射辐射或反射辐射）
（二）测定原理 :用光谱测定仪器（置于不同波长或波谱段）分别探测地物和标准板，测量、记录和计算地物对每个波谱段的反射率，其反射率的变化规律即为该地物的波谱特性。
（三）测定地物反射波谱特性的仪器分为:
分光光度计、光谱仪、摄谱仪等
（四）测量的步骤
九、大气对辐射的影响
大气对太阳辐射的吸收、散射及反射作用
1 大气吸收
2 大气散射
3 大气窗口 ：通过大气后衰减较小，透过率较高，对遥感十分有利的电磁辐射 波段通常称为“大气窗口”.
作业：
1、名词解释：模拟图像、遥感、主动遥感、遥感系统、
2、大气对辐射的影响 ？
3、大气对遥感有何影响?何为大气窗口?
教学总结：
本次课主要讲解遥感数字图像的获取，重点让学生理解遥感的一般过程及了解遥感的物理基础知识，其次让学生理解大气对遥感数据获取的影响。
