精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上遙感數(shù)字圖像處理教案 第1講課 題：遙感數(shù)字圖像處理概述目的要求：了解數(shù)字圖像處理的概念、遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)成、數(shù)字圖像處理的應(yīng)用教學(xué)重點(diǎn)：遙感數(shù)字圖像處理的應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)：遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)成教學(xué)課時：2課時教學(xué)方法：授課為主、鼓勵課堂交流本次課涉及的學(xué)術(shù)前沿：數(shù)字圖像處理的發(fā)展方向第1章 概論1.1 圖像和遙感數(shù)字圖像 1.1.1 圖像和數(shù)字圖像圖像是對客觀存在的物體的一種相似性的、生動的寫真或描述。圖像的類別：可見圖像和不可見圖像（根據(jù)人眼的視覺可視性）圖像的類別：模擬圖像和數(shù)字圖像（根據(jù)圖像的明暗程度和空間坐標(biāo)的連續(xù)性） 1)模擬圖像 模擬圖像可用連續(xù)函數(shù)來描述。 其特點(diǎn)：光照位置和光照強(qiáng)度均為連續(xù)變化的。2)數(shù)字圖像 可用矩陣或數(shù)組來描述 像素或像元的屬性：具有特定的空間位置和灰度。1.1.2 遙感數(shù)字圖像遙感數(shù)字圖像是數(shù)字形式的遙感圖像。不同的地物能夠反射或輻射不同波長的電磁波，利用這種特性遙感系統(tǒng)可以產(chǎn)生不同的遙感數(shù)字圖像。1.2 遙感數(shù)字圖像處理 圖像處理、模擬圖像處理、數(shù)字圖像處理1.2.1 遙感數(shù)字圖像處理的內(nèi)容 它是研究圖像的獲取、傳輸、存儲，變換、顯示、理解與綜合利用的一門嶄新學(xué)科。根據(jù)抽象程度不同可分為三個層次：狹義圖像處理、圖像分析和圖像理解。具體而言，遙感數(shù)字圖像處理的內(nèi)容包括：圖像的數(shù)字化如何由一幅模擬圖像獲取一幅滿足需求的數(shù)字圖像，使圖像便于計算機(jī)處理、分析。圖像變換圖像變換目的在于：處理問題簡化、有利于特征提取、加強(qiáng)對圖像信息的理解。圖像變換算法很多，重點(diǎn)學(xué)習(xí)傅立葉變換的算法、性質(zhì)和應(yīng)用。圖像增強(qiáng)介紹各種增強(qiáng)方法及其應(yīng)用。增強(qiáng)圖像的有用信息，消弱噪聲的干擾。圖像的恢復(fù)與重建把退化、模糊了的圖像復(fù)原.包括圖像輻射校正和幾何校正等內(nèi)容。圖像編碼簡化圖像的表示，壓縮圖像的數(shù)據(jù)，便于存儲和傳輸。圖像分割圖像分割是指將一幅圖像劃分為互不重疊的區(qū)域的處理。重點(diǎn)介紹圖像分割的方法及其應(yīng)用。二值圖像處理與形狀分析介紹二值圖像的幾何概念、二值圖像連接成分的各種變形算法和二值圖像特征提取與分析的各種方法。紋理分析主要介紹影像紋理的概念、特征提取與分析的一些方法與應(yīng)用。圖像識別對圖像中的不同對象進(jìn)行分類、描述和解譯。1.2.2遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概述 遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)由硬件和軟件組成。具體分為以下幾個模塊：采集、顯示、存儲、通信、主機(jī)、圖像處理軟件 1.3數(shù)字圖像處理的發(fā)展和兩個觀點(diǎn)最早應(yīng)用于報紙業(yè)（20世紀(jì)20年代）20世紀(jì)60年代美國利用計算機(jī)技術(shù)改善了空間探測器發(fā)回的圖像效果20世紀(jì)60年代末70年代初，圖像處理技術(shù)開始應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像、地球遙感監(jiān)測和天文學(xué)等領(lǐng)域。20世紀(jì)90年代遙感數(shù)字圖像處理得到了迅速普及和發(fā)展數(shù)字圖像處理的兩種觀點(diǎn)：（1）離散方法在空間域內(nèi)進(jìn)行處理，以圖像平面本身作為參考，直接對圖像中的像素進(jìn)行處理，其算法易于實現(xiàn)。（2）連續(xù)方法在頻率域內(nèi)進(jìn)行處理，即對傅里葉變換后產(chǎn)生的反映頻率信息的圖像進(jìn)行處理，完成頻率域圖像處理后往往要變換至空間域進(jìn)行圖像的顯示和對比。1.4 基礎(chǔ)理論和基本知識要求 遙感數(shù)字圖像處理是多學(xué)科相互滲透的產(chǎn)物，它與模式識別、計算機(jī)圖形學(xué)、計算機(jī)視覺等學(xué)科既相互聯(lián)系又相互區(qū)別。1.5 數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)及其應(yīng)用 1.5.1 數(shù)字圖像處理的特點(diǎn) 精度高 對于一幅圖像而言，數(shù)字化時不管是用4比特、8比特還是其它比特表示，只需改變計算機(jī)中程序的參數(shù)，處理方法不變。所以從原理上講不管對多高精度的數(shù)字圖像進(jìn)行處理都是可能的。而在模擬圖像處理中，要想使精度提高一個數(shù)量級，就必須對裝置進(jìn)行大幅度改進(jìn)。再現(xiàn)性好 不管是什么數(shù)字圖像，均用數(shù)組或數(shù)組集合表示。在傳送和復(fù)制圖像時，只在計算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行處理，這樣數(shù)據(jù)就不會丟失或遭破壞，保持了完好的再現(xiàn)性。而在模擬圖像處理過程中，就會因為各種干擾因素而無法保持圖像的再現(xiàn)性。通用性、靈活性強(qiáng) 對可見圖像和不可見光圖像（如X光圖像、熱紅外圖像和超聲波圖像等），盡管這些圖像生成體系中的設(shè)備規(guī)模和精度各不相同，但當(dāng)把這些圖像數(shù)字化后，對于計算機(jī)來說，都可同樣進(jìn)行處理，這就是數(shù)字處理圖像的通用性。 另外，改變處理圖像的計算機(jī)程序，可對圖像進(jìn)行各種各樣的處理，如上下滾動、漫游、拼接、合成、變換、放大、縮小和各種邏輯運(yùn)算等，所以靈活性很高。 1.5.2 數(shù)字圖像處理的應(yīng)用數(shù)字處理圖像在生物醫(yī)學(xué) 、遙感 、工業(yè) 、軍事、通信、公安等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 作業(yè)：1、什么是圖像？什么是數(shù)字圖像？2、遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的主要構(gòu)成有哪些？3、試論述信息理論、計算機(jī)技術(shù)和地理信息系統(tǒng)與遙感數(shù)字圖像處理之間的關(guān)系？ 教學(xué)總結(jié)：本次課程旨在讓學(xué)生了解數(shù)字圖像處理的概念、遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)成、數(shù)字圖像處理的應(yīng)用。第2講 課 題：遙感數(shù)字圖像的獲取和存儲目的要求：了解遙感圖像的獲取過程、遙感的應(yīng)用及其發(fā)展趨勢、遙感的物理基礎(chǔ)教學(xué)重點(diǎn)：遙感圖像的獲取過程教學(xué)難點(diǎn)：遙感的物理基礎(chǔ)教學(xué)課時：2課時教學(xué)方法：授課為主、鼓勵課堂交流本次課涉及的學(xué)術(shù)前沿：遙感技術(shù)的發(fā)展方向一 什么是遙感 (REMOTE SENSING)遙感即遙遠(yuǎn)感知，是在不直接接觸的情況下，對目標(biāo)或自然現(xiàn)象遠(yuǎn)距離探測和感知的一種技術(shù) 1遙感系統(tǒng)：是一個從地面到空中乃至整個空間，從信息收集、存儲、傳輸、處理到分析、判讀、應(yīng)用的技術(shù)體系，主要包括遙感試驗、信息獲取（傳感器、遙感平臺）、信息傳輸、信息處理、信息應(yīng)用等5個部分。 遙感的過程二、遙感的發(fā)展1、發(fā)展過程 1962年 密執(zhí)安大學(xué)第一屆遙感討論會 1971年第一屆國際遙感討論會 1972年ERTS-1（Landsat-1)發(fā)射成功 20世紀(jì)80年代第二代遙感衛(wèi)星上天 Landsat-4/5 SPOT1 20世紀(jì)90年代至今第三代 Landsat-7 SPOT2-5 RadarSat CBERS IRS-1B/C/D IRS-P2、20世紀(jì)60年代遙感技術(shù)迅速發(fā)展的原因 （1）傳感器的發(fā)展（2）空間技術(shù)的發(fā)展（3）計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 （4）數(shù)學(xué)、物理及專業(yè)理論的發(fā)展 3、遙感技術(shù)的主要發(fā)展趨勢遙感技術(shù)從上世紀(jì)60年代提出至今，經(jīng)歷了40年的發(fā)展后，已成為一門集空間科學(xué)技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等技術(shù)以及跨地球科學(xué)、電子科學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科的新興科學(xué)與技術(shù)。(1)概念的發(fā)展(2)平臺與觀測技術(shù)的發(fā)展(3)定位技術(shù)的發(fā)展（where）(4)處理技術(shù)的發(fā)展(5)遙感應(yīng)用領(lǐng)域的拓展(6)遙感基礎(chǔ)理論的發(fā)展三、遙感的應(yīng)用 測繪: 快速成圖、地圖修測、困難地區(qū)測圖 農(nóng)業(yè): 作物長勢監(jiān)測(病蟲害)、估產(chǎn) 林業(yè): 森林火災(zāi)、森林調(diào)查、管理、森林病蟲害 水: 水災(zāi)、水資源、水土流失思考題: 1:什么是遙感及主動遙感?什么是遙感系統(tǒng)?論述題：2:遙感的發(fā)展趨勢.四、電磁波變化的電場和磁場交替產(chǎn)生，以有限的速度由近及遠(yuǎn)在空間內(nèi)傳播的過程稱為電磁波。射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、微波、無線電波等都是電磁波。電磁波是一種橫波 五、電磁波譜 按電磁波在真空中傳播的波長或頻率遞增或遞減順序排列，就能得到電磁波譜 射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、微波、無線電波 高 能量 低 六、物體的發(fā)射輻射（一）黑體輻射 （二）一般物體的發(fā)射輻射七、地物的反射輻射（一）地物的反射類別(三種形式) 1:鏡面反射 2:漫反射 3:方向反射 （二）光譜反射率以及地物的反射光譜特性 （三）影響地物光譜反射率變化的因素 太陽位置、傳感器位置、地理位置、地形、季節(jié)、氣候變化、地面濕度變化、地物本身的變異、大氣狀況等 八、地物波譜特性的測定 （一）地物波譜特性：指各種地物各自所具有的電磁波特性（發(fā)射輻射或反射輻射）（二）測定原理 :用光譜測定儀器（置于不同波長或波譜段）分別探測地物和標(biāo)準(zhǔn)板，測量、記錄和計算地物對每個波譜段的反射率，其反射率的變化規(guī)律即為該地物的波譜特性。 （三）測定地物反射波譜特性的儀器分為: 分光光度計、光譜儀、攝譜儀等 （四）測量的步驟九、大氣對輻射的影響大氣對太陽輻射的吸收、散射及反射作用 1 大氣吸收2 大氣散射3 大氣窗口 ：通過大氣后衰減較小，透過率較高，對遙感十分有利的電磁輻射 波段通常稱為“大氣窗口”.作業(yè)：1、名詞解釋：模擬圖像、遙感、主動遙感、遙感系統(tǒng)、2、大氣對輻射的影響 ？3、大氣對遙感有何影響?何為大氣窗口?教學(xué)總結(jié)：本次課主要講解遙感數(shù)字圖像的獲取，重點(diǎn)讓學(xué)生理解遙感的一般過程及了解遙感的物理基礎(chǔ)知識，其次讓學(xué)生理解大氣對遙感數(shù)據(jù)獲取的影響。第3講課 題：遙感平臺及運(yùn)行特點(diǎn)目的要求：了解遙感平臺的種類、各類衛(wèi)星軌道及運(yùn)行特點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：陸地衛(wèi)星及其軌道特征教學(xué)難點(diǎn)：各類衛(wèi)星軌道及運(yùn)行特點(diǎn)教學(xué)課時：2課時教學(xué)方法：授課為主、鼓勵課堂交流本次課涉及的學(xué)術(shù)前沿：遙感平臺的最新發(fā)展一、 遙感平臺的種類 遙感平臺:遙感中搭載遙感器的工具 1、地面平臺2、航空平臺3、航天平臺二、衛(wèi)星軌道及運(yùn)行特點(diǎn)（一）軌道參數(shù) 1 升交點(diǎn)赤經(jīng)2 近地點(diǎn)角距3 軌道傾角4 衛(wèi)星軌道的長半軸a 5 衛(wèi)星軌道的偏心率（或稱扁率） e=c/a6 衛(wèi)星過近地點(diǎn)時刻T （二）衛(wèi)星坐標(biāo)的測定和解算1 星歷表法解算衛(wèi)星坐標(biāo) 2 用全球定位系統(tǒng)（GPS）測定衛(wèi)星坐標(biāo)（三）衛(wèi)星姿態(tài)角 滾動-繞x軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角 俯仰-繞y軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角 航偏-繞z軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)角 1 紅外姿態(tài)測量儀測定姿態(tài)角的方法 2 恒星攝影機(jī)測定姿態(tài)角的方法 3 使用GPS的方法也能測定姿態(tài) 將三臺GPS接收機(jī)裝在攝影機(jī)組上，同時接收四顆以上GPS衛(wèi)星的信號，反算出每臺接收機(jī)上的三維坐標(biāo)，進(jìn)而解算出攝影機(jī)的三個姿態(tài)角。為了提高解算精度，GPS接收機(jī)之間要有一定距離要求。4 陀螺儀測定姿態(tài) 一臺這樣的儀器只能測定一個姿態(tài)角 （四）其它一些常用參數(shù) 1、衛(wèi)星速度2、衛(wèi)星運(yùn)行周期T3、衛(wèi)星高度H 4、同一天相鄰軌道間在赤道處的距離5、每天衛(wèi)星繞地圈數(shù)6、重復(fù)周期三、陸地衛(wèi)星及軌道特征按綜合分類為:陸地衛(wèi)星（Landsat） 高分辨衛(wèi)星 高光譜衛(wèi)星 合成孔徑雷達(dá)1、衛(wèi)星軌道及其運(yùn)行特點(diǎn)(landsat1-3) (1) 近圓形軌道 實際軌道高度變化在905918km之間，偏心率為0.0006。因此為近圓形軌道。目的：A 是使在不同地區(qū)獲取的圖像比例尺一致。 B 近圓形軌道使得衛(wèi)星的速度也近于勻速。便于掃描儀用固定掃描頻率對地面掃描成像，避免造成掃描行之間不銜接的現(xiàn)象。(2) 近極地軌道 軌道傾角設(shè)計為99.125°，因此是近極地軌道 目的:可以觀測到南北緯81°之間的廣大地區(qū) (3) 與太陽同步軌道 衛(wèi)星軌道與太陽同步，是指衛(wèi)星軌道面與太陽地球連線之間在黃道面內(nèi)的夾角，不隨地球繞太陽公轉(zhuǎn)而改變。 目的： A 使衛(wèi)星以同一地方時通過地面上空 B有利于衛(wèi)星在相近的光照條件下對地面進(jìn)行觀測 C使衛(wèi)星上的太陽電池得到穩(wěn)定的太陽照度 (4) 可重復(fù)軌道 目的：軌道的重復(fù)性有利于對地面地物或自然現(xiàn)象的變化作動態(tài)監(jiān)測 一天24小時繞地13.944圈,重復(fù)周期18天,偏移系數(shù) -12、高分辨率陸地衛(wèi)星 特點(diǎn)地面分辨率高， 全色波段分辨率5m3、高光譜類衛(wèi)星特點(diǎn)采用高分辨率成像光譜儀 波段數(shù)為36256個 光譜分辨率為510nm 地面分辨率為301000m 目前這類衛(wèi)星只有軍方發(fā)射的，民用高光譜類衛(wèi)星還沒有，這類衛(wèi)星主要用于大氣、海洋和陸地探測。4、SAR（合成孔徑雷達(dá)）類衛(wèi)星 （1）Radarsat系列衛(wèi)星（2）ERS系列（3）日本JERS-1衛(wèi)星5、小衛(wèi)星（1）重量輕、體積?。?）研制同期短，成本低（3）發(fā)射靈活，啟用速度快，抗毀性強(qiáng)（4）技術(shù)性能高作業(yè): 1、名詞解釋:光譜分辨率、時間分辨率、空間分辨率 2、什么是元數(shù)據(jù)？遙感圖像中元數(shù)據(jù)的參數(shù)有哪些？ 教學(xué)總結(jié)：本次課程主要是要引導(dǎo)學(xué)生了解遙感平臺的種類、各類衛(wèi)星軌道及運(yùn)行特點(diǎn)，其中各類衛(wèi)星軌道及其運(yùn)行特點(diǎn)是重點(diǎn)需要掌握的內(nèi)容，在重點(diǎn)內(nèi)容中陸地衛(wèi)星（Landsat）及其軌道特征是重中之重。第4講課 題：1.圖像數(shù)字化概念、數(shù)字化參數(shù)對圖像質(zhì)量的影響、數(shù)字化器性能評價。2.圖像灰度直方圖的基本概念、計算、 性質(zhì)及其應(yīng)用。3.數(shù)字圖像處理算法形式與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。4.圖像圖像文件格式與特征。目的要求：1.熟悉本章基本概念和圖像處理算法形式，了解圖像的特征；2.重點(diǎn)掌握圖像數(shù)字化圖像灰度直方圖的基本概念及應(yīng)用、圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征。重 點(diǎn)：圖像數(shù)字化、圖像灰度直方圖和圖像文件BMP格式難 點(diǎn)：圖像數(shù)字化、直方圖應(yīng)用、圖像分層結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)教學(xué)課時：2課時教學(xué)方法：授課為主、鼓勵課堂交流本次課涉及的學(xué)術(shù)前沿：數(shù)字圖像處理的原理及方法1 成象模型3-D客觀場景到2-D成像平面的中心投影。物方點(diǎn)空間坐標(biāo)與對應(yīng)的像方點(diǎn)坐標(biāo)滿足幾何透視變換關(guān)系（共線條件）。f(x，y)-理想成像面坐標(biāo)點(diǎn)（x，y） 的亮度i(x，y)-照度分量r(x，y)-反射分量，則 f(x，y)i(x，y)×r(x，y) 其中 ：0< i(x，y)< ， 0 <r(x，y)<12圖像數(shù)字化圖像數(shù)字化是將一幅畫面轉(zhuǎn)化成計算機(jī)能處理的形式數(shù)字圖像的過程。具體來說，就是把一幅圖畫分割成如圖2.3.1所示 的一個個小區(qū)域（像元或像素），并將各小區(qū)域 灰度用整數(shù)來表示，形成一幅點(diǎn)陣式的數(shù)字圖像。它包括采樣和量化兩個過程。像素的位置和灰度就是像素的屬性。 2.1采樣將空間上連續(xù)的圖像變換成離散點(diǎn)的操作稱為采樣。采樣間隔和采樣孔徑的大小是兩個很重要的參數(shù)。 2.2量化經(jīng)采樣圖像被分割成空間上離散的像素，但其灰度是連續(xù)的，還不能用計算機(jī)進(jìn)行處理。將像素灰度轉(zhuǎn)換成離散的整數(shù)值的過程叫量化。數(shù)字圖像根據(jù)灰度級數(shù)的差異可分為：黑白圖像、灰度圖像和彩色圖像。2.3 量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系 數(shù)字化方式可分為均勻采樣、量化和非均勻采樣、量化。 所謂“均勻”，指的是采樣、量化為等間隔方式。圖像數(shù)字化一般采用均勻采樣和均勻量化方式。圖像的質(zhì)量：（1）平均亮度（2）對比度 是指一幅圖象中灰度反差的大小。（3）清晰度 由圖像邊緣灰度變化的速度來描述。（4）分解力或分辨率2. 4 數(shù)字化器 數(shù)字化器必須能夠?qū)D像劃分為若干像素并分別給它們地址，能夠度量每一像素的灰度并量化為整數(shù)，能夠?qū)⑦@些整數(shù)寫入存儲設(shè)備。（1）數(shù)字化器組成（2）掃描儀工作原理掃描儀的類型有很多種，按掃描儀所掃描對象來劃分，可分為反射式和透射式兩種。根據(jù)其組成結(jié)構(gòu)，掃描儀可分為手持式、平板式和滾筒式等幾種。3 圖像灰度直方圖3.1 概念灰度直方圖反映的是一幅圖像中各灰度級像素出現(xiàn)的頻率。以灰度級為橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)為灰度級的頻率，繪制頻率同灰度級的關(guān)系圖就是灰度直方圖。它是圖像的一個重要特征，反映了圖像灰度分布的情況。頻率的計算式為：3.2 直方圖的性質(zhì)灰度直方圖只能反映圖像的灰度分布情況，而不能反映圖像像素的位置,即丟失了像素的位置信息。一幅圖像對應(yīng)唯一的灰度直方圖，反之不成立。不同的圖像可對應(yīng)相同的直方圖。 一幅圖像分成多個區(qū)域，多個區(qū)域的直方圖之和即為原圖像的直方圖。3.3 直方圖的應(yīng)用用于判斷圖像量化是否恰當(dāng)用于確定圖像二值化的閾值當(dāng)影像上目標(biāo)的灰度值比其它部分灰度值大或者灰度區(qū)間已知時，可利用直方圖統(tǒng)計圖像中物體的面積。 計算圖像信息量H（熵）4 圖像處理算法的形式 4.1圖像處理基本功能的形式 按圖像處理的輸出形式，圖像處理的基本功能可分為三種形式。1）單幅圖像 單幅圖像 2）多幅圖像 單幅圖像3）單（或多）幅圖像 數(shù)字或符號等4.2圖像處理的幾種具體算法（1）局部處理（2）迭代處理（3）跟蹤處理 （4）位置不變處理和位置可變處理（5）窗口處理和模板處理5 圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與特征 5.1 圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（1）組合方式組合方式是一個字長存放多個像素灰度值的方式。它能起到節(jié)省內(nèi)存的作用，但導(dǎo)致計算量增加，使處理程序復(fù)雜。（2）比特面方式按比特位存取像素，即將所有像素的相同比特位用一個二維數(shù)組表示，形成比特面。n個比特位的灰度圖像采用比特面方式存取就有n個比特面。這種結(jié)構(gòu)能充分利用內(nèi)存空間，便于比特面之間的邏輯運(yùn)算，但對灰度圖像處理耗時多。（3）分層結(jié)構(gòu)由原始圖像開始依次構(gòu)成像素數(shù)愈來愈少的一幅幅圖像，就能使數(shù)據(jù)表示具有分層性，其代表有錐形(金字塔)結(jié)構(gòu)。（4）樹結(jié)構(gòu)對于如圖所示的一幅二值圖像的行、列接連不斷地二等分，如果圖像被分割部分中的全體像素都變成具有相同的特征時，這一部分則不再分割。（5）多重圖像數(shù)據(jù)存儲 以多譜圖像為例，有下列三種存儲方式：逐波段存儲，分波段處理時采用；逐行存儲，行掃描記錄設(shè)備采用；逐像素存儲，用于分類。5.2 圖像文件格式 （1）RAW格式 （2）BMP格式6 圖像的特征（1）圖像的特征1）自然特征：光譜特征；幾何特征；時相特征 2）人工特征：直方圖特征；灰度邊緣特征；線、角點(diǎn)、紋理特征按提取特征的范圍大小又可分為：點(diǎn)特征；局部特征；區(qū)域特征；整體特征（2）特征提取獲取圖像特征信息的操作稱作特征提取。它作為模式識別、圖像理解或信息量壓縮的基礎(chǔ)是很重要的。通過特征提取，可以獲得特征構(gòu)成的圖像（稱作特征圖像）和特征參數(shù)。（3）特征空間 把從圖像提取的m個特征量y1，y 2，ym，用m維的向量Yy1 y2ymt表示稱為特征向量。另外，對應(yīng)于各特征量的m維空間叫做特征空間。作業(yè):1、圖像數(shù)字化概念、數(shù)字化參數(shù)對圖像質(zhì)量的影響？2、 圖像灰度直方圖的概念、如何計算、 性質(zhì)及其應(yīng)用。教學(xué)總結(jié)：本次課程的內(nèi)容主要包括圖像數(shù)字化概念、數(shù)字化參數(shù)對圖像質(zhì)量的影響、數(shù)字化器性能評價；圖像灰度直方圖的基本概念、計算、 性質(zhì)及其應(yīng)用；數(shù)字圖像處理算法形式與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；圖像圖像文件格式與特征。其中重點(diǎn)要知道學(xué)生掌握圖像數(shù)字化、圖像灰度直方圖和圖像文件BMP格式。第5講課 題：遙感圖像的輻射處理（1）目的要求：1. 了解輻射傳輸過程； 2.了解產(chǎn)生輻射誤差的原因；3.了解輻射校正的原理重 點(diǎn)：輻射校正的過程難 點(diǎn)：輻射誤差的來源教學(xué)課時：2課時教學(xué)方法：授課為主、鼓勵課堂交流本次課涉及的學(xué)術(shù)前沿：圖像的增強(qiáng)處理1、遙感圖像的輻射校正概念：輻射校正是指消除或改正遙感圖像成像過程中附加在傳感器輸出的輻射能量中的各種噪聲的過程。遙感圖像的輻射誤差主要包括：-傳感器本身的性能引起的輻射誤差；-地形影響和光照條件的變化引起的輻射誤差；-大氣的散射和吸收引起的輻射誤差。（1）傳感器定標(biāo)：所謂傳感器定標(biāo)就是指建立傳感器每個探測元所輸出信號的數(shù)值量化值與該探測器對應(yīng)象元內(nèi)的實際地物輻射亮度值之間的定量關(guān)系絕對定標(biāo)是研究把傳感器輸出的數(shù)字值或遙感圖像高精度地轉(zhuǎn)換為物理量的技術(shù)。1) 傳感器實驗室定標(biāo) 2) 遙感器星上內(nèi)定標(biāo) 3) 遙感器場地外定標(biāo) 相對定標(biāo)是為了校正傳感器各個探測元件響應(yīng)度差異而對衛(wèi)星傳感器測量到的原始數(shù)字計數(shù)值進(jìn)行歸一化的一種處理過程1)直方圖均衡化TM2)均勻場景圖像法SPOT（2）太陽高度角和地形影響引起的輻射誤差校正 太陽高度角和地形影響引起的輻射誤差,在多光譜圖像上可以通過兩個波段的比值基本消除其影響 。 （3）大氣校正 1) 基于地面場地數(shù)據(jù)或輔助數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校正 2) 大氣模型3) 利用波段特性來校正A: 回歸分析法B:直方圖法2 遙感圖像輻射增強(qiáng)遙感圖像增強(qiáng)是為特定目的，突出遙感圖像中的某些信息，削弱或除去某些不需要的信息，使圖像更易判讀。圖像增強(qiáng)的實質(zhì)是增強(qiáng)感興趣目標(biāo)和周圍背景圖像間的反差。它不能增加原始圖像的信息，有時反而會損失一些信息。它也是計算機(jī)自動分類一種預(yù)處理方法。（1）直方圖變換（2）灰度變換1）直方圖均衡2）直方圖正態(tài)化3）直方圖匹配4）亮度反轉(zhuǎn)處理5）線性變換（3）彩色變換1）彩色合成 (多波段色彩變換)2）偽彩色增強(qiáng)技術(shù) (單波段彩色變換)3）IHS變換 I 明度：是人眼對光源或物體明亮程度的感覺。 物體反射率越高，明度就越高。 H 色調(diào)：是色彩彼此相互區(qū)分的特性。 S 飽和度：是色彩純潔的程度，即光譜中波長段是否窄，頻率是否單一的表示。作業(yè):1、名詞解釋：輻射校正、輻射誤差、輻射畸變2、試簡述對單波段圖像進(jìn)行直方圖均衡化的具體步驟。3、偽彩色增強(qiáng)與假彩色增強(qiáng)有何異同點(diǎn)？教學(xué)總結(jié)：本次課程旨在讓學(xué)生了解輻射傳輸過程、產(chǎn)生輻射誤差的原因以及輻射校正的原理，重點(diǎn)讓學(xué)生掌握遙感輻射校正的過程和過程中的處理方法。第6講課 題：遙感圖像的輻射處理（2）目的要求：1. 了解輻射傳輸過程； 2.了解產(chǎn)生輻射誤差的原因；3.了解輻射校正的原理重 點(diǎn)：圖像的平滑和銳化難 點(diǎn)：圖像融合教學(xué)課時：2課時教學(xué)方法：授課為主、鼓勵課堂交流本次課涉及的學(xué)術(shù)前沿：圖像的增強(qiáng)處理1 圖像平滑（1）平滑-圖像中出現(xiàn)某些亮度值過大的區(qū)域，或出現(xiàn)不該有的亮點(diǎn)時，采用平滑方法可以減小變化，使亮度平緩或去掉不必要的亮點(diǎn)。均值平滑：將每個像元在以其為中心的區(qū)域內(nèi)，取平均值來代替該像元值，以達(dá)到去掉尖銳“噪聲”和平滑圖像的目的。中值濾波：將每個像元在以其為中心的鄰域內(nèi)，取中間亮度值來代替該像元值，以達(dá)到去掉尖銳“噪聲”和平滑圖像的目的。在消除噪音的同時，還能防止邊緣模糊 空間濾波：以突出圖像上的某些特征為目的，通過像元與周圍相鄰像元的關(guān)系，采取空間域中的鄰域處理方法進(jìn)行圖像增強(qiáng)方法。圖像卷積運(yùn)算：在圖像的左上角開一個與模板同樣大小的活動窗口，圖像窗口與模板像元的亮度值相乘再相加，得到新像元的灰度值。2 圖像銳化銳化突出圖像的邊緣、線性目標(biāo)或某些亮度變化率大的部分。羅伯特梯度：找到了梯度較大的位置，也就找到了邊緣，用不同的梯度值代替邊緣處像元的值，也就突出了邊緣。（1）索伯爾梯度（2）拉普拉斯算法（3）定向檢測3多光譜圖像四則運(yùn)算 (1)減法運(yùn)算 Bm=BXBY 其中BX、BY為兩個不同波段的圖像或者不同時相同一波段圖像。(2)加法運(yùn)算 B= (3)乘法運(yùn)算 B=(Bi)1/m(4)除法運(yùn)算 xy4 混合運(yùn)算歸一化差分植被指數(shù)（NDVI） NDVI=(紅外-紅)/(紅外+紅) 例NDVI=(MSS7-MSS5)/(MSS7+MSS5)5 多光譜圖像變換(1)K-L變換(Karhunen-Loeve)(主分量變換) K-L變換:它是對某一多光譜圖像X.利用K-L變換矩陣A進(jìn)行線性組合,而產(chǎn)生一組新的多光譜圖像Y. Y=AX 特點(diǎn):變換后的主分量空間與變換前的多光譜空間坐標(biāo)系相比旋轉(zhuǎn)了一個角度。新坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸一定指向數(shù)據(jù)量較大的方向。達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮、提高信噪比、提取相關(guān)信息、降維處理和提取原圖像特征信息的目的。(2)K-T變換是kauth-Thomas變換的簡稱，也稱穗帽變換.是一種坐標(biāo)空間發(fā)生旋轉(zhuǎn)的線性變換，旋轉(zhuǎn)后的坐標(biāo)軸指向與地面景物有密切關(guān)系的方向 主要針對TM圖像數(shù)據(jù)和MSS數(shù)據(jù).Y=A·X Y=（ISB IGV IY IN）T X=（X4 X5 X6 X7）其中：ISB土壤亮度軸的像元亮度值 IGV植物綠色指標(biāo)軸的像元亮度值 IY 黃色軸 IN 噪聲軸 Xi 地物在MSS四個波段上的亮度值穗帽變換的變換矩陣根據(jù)經(jīng)驗確定。6 圖像融合 (1)定義:將多源遙感圖像按照一定的算法，在規(guī)定的地理坐標(biāo)系，將不同傳感器獲取的遙感影像中所提供的各種信息進(jìn)行綜合, 生成新的圖像的過程。(2)目的:提高對影像進(jìn)行分析的能力(通過融合既提高多光譜圖像空間分辨率，又保留其多光譜特性)。(3)多源遙感圖像信息融合的關(guān)鍵:1)充分認(rèn)識研究對象的地學(xué)規(guī)律2)充分考慮不同遙感數(shù)據(jù)之間的波譜信息的相關(guān)性引起的有用信息的增加和噪聲誤差的增加,對多源遙感數(shù)據(jù)作出合理的選擇3)解決遙感影像的幾何畸變問題,使各種遙感影像在空間位置上能精確配準(zhǔn)起來4)選擇或設(shè)計合理的融合算法,最大限度的利用多種遙感數(shù)據(jù)中的有用信息（4）圖像融合層次1）像素級融合2）特征級融合3）決策級融合作業(yè):1:名詞解釋：圖像平滑2:輻射校正的目的是什么？輻射校正包括哪些內(nèi)容？3:圖像銳化與圖像平滑有何區(qū)別與聯(lián)系？4:什么是主成分變換？主成分變換的基本性質(zhì)有哪些？教學(xué)總結(jié)：本次課程旨在讓學(xué)生了解輻射傳輸過程、產(chǎn)生輻射誤差的原因和輻射校正的原理，其中圖像的平滑和銳化原理和方法需要學(xué)生重點(diǎn)掌握的方面，圖像融合原理和方法是學(xué)習(xí)難點(diǎn)，需要深化學(xué)生的理解。第7講課 題： 遙感圖像的幾何處理目的要求：1. 了解圖像幾何誤差的主要來源；2. 掌握幾何精糾正的基本原理并掌握其操作步驟重 點(diǎn)：幾何精糾正的過程難 點(diǎn)：地面控制點(diǎn)的選擇、重采樣過程教學(xué)課時：2課時教學(xué)方法：授課為主、鼓勵課堂交流本次課涉及的學(xué)術(shù)前沿：外部誤差對圖像變形的影響1 遙感傳感器的構(gòu)像方程 是對任何類型傳感器成像進(jìn)行幾何糾正和對某些參量進(jìn)行誤差分析的基礎(chǔ) 中心投影構(gòu)像方程 傳感器投影中心和地物點(diǎn)之間關(guān)系的共線方程 共線方程的幾何意義：地物點(diǎn)P、對應(yīng)像點(diǎn)p和投影中心S位于同一條直線上 則共線方程可以簡寫為:2 遙感圖像的幾何變形 是指圖像上像元在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)與其在地圖坐標(biāo)系等參考坐標(biāo)系統(tǒng)中的對應(yīng)坐標(biāo)之間的差異。 變形誤差可分為靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差 靜態(tài)誤差又可分為內(nèi)部誤差和外部誤差兩類 本節(jié)主要討論外部誤差對圖像變形的影響。此外把某些傳感器特殊的成象方式所引起的圖像變形，如全景變形、斜距變形等也加以討論 （1）傳感器成像方式引起的圖像變形 全景投影變形全景投影的影像面不是一個平面，而是一個圓柱面，地物點(diǎn)P在全景面上的像點(diǎn)為p，則p 在掃描線方向上的坐標(biāo)y'py'p=f/其中：f是焦距，是以度為單位的成像角， =57.2957°/rad 設(shè)L是一個等效的中心投影成像面，P點(diǎn)在oy上的像點(diǎn)p，其坐標(biāo)yp=f·tg 從而可以得到全景變形公式： dy=y'p- yp =f*(/tg) 斜距投影變形 斜距投影圖形上的影像坐標(biāo)yp為 yp=RP=H/cos= f/cos= f sec而地面上P點(diǎn)在等效中心投影圖像oy'上的像點(diǎn)p'的坐標(biāo)y'p y'p =f·tg斜距投影的變形誤差: dy=ypy'p=f·（sectg） 側(cè)視雷達(dá)圖像的構(gòu)像方程：側(cè)視雷達(dá)具有斜距投影的性質(zhì)（2）傳感器外方位元素變化的影響 外方位元素，是指傳感器成像時的位置（Xs,Ys,Zs）和姿態(tài)角（ ， ，） 豎直攝影條件下 = =0 1 - - At 1 - 1（3）地形起伏引起的像點(diǎn)位移 投影誤差：由地面起伏引起的像點(diǎn)位移，當(dāng)?shù)匦斡衅鸱鼤r，對于高于或低于某一基準(zhǔn)面的地面點(diǎn)，其在像片上的像點(diǎn)與其在基準(zhǔn)面上垂直投影點(diǎn)在像片上的構(gòu)像點(diǎn)之間有直線位移。 （4）地球曲率引起的圖像變形 （5）大氣折射引起的圖像變形 （6）地球自轉(zhuǎn)的影響3 遙感圖像的幾何處理（1）幾何處理的重要性: 各種專題圖的生產(chǎn),要求改正影像的幾何變形 處理、分析和綜合利用多尺度的遙感數(shù)據(jù)、多源遙感信息的表示、融合及混合像元的分解時，必須保證各不同數(shù)據(jù)源之間幾何的一致性 利用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行地圖測圖或更新（2）手段：光學(xué)糾正數(shù)學(xué)糾正 （3）遙感圖像的幾何處理包括兩個層次 第一是遙感圖像的粗加工處理； 第二是遙感圖像的精加工處理。（4）遙感圖像的粗加工處理 遙感圖像的粗加工處理也稱為粗糾正，它僅做系統(tǒng)誤差改正。 輻射處理 粗加工處理 幾何處理：測定參數(shù)改正影像的系統(tǒng)誤差 分幅注記（5）遙感圖像的精糾正處理 在粗加工處理的基礎(chǔ)上,采用地面控制點(diǎn)的方法進(jìn)一步提高影像的幾何精度控制點(diǎn)的要求和獲取方法: 要求：影像上的明顯地物點(diǎn) 影像中均勻分布 要滿足一定的數(shù)量要求二次多項式間接法糾正變換公式為： x i=a0+ a1XI + a2 YI+ a3 XIYI+ a4XI 2+ a5 YI 2 y i=b0+ b1XI + b2 YI+ b3 XIYI+ b4XI 2+ b5 YI 2 一次多項式4個以上點(diǎn) 二次多項式7個以上點(diǎn) 三次多項式11個以上點(diǎn)獲取方法：GPS或野外測量；地形圖上讀取兩個環(huán)節(jié)：a像素坐標(biāo)的變換，即將圖像坐標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)榈貓D或地面坐標(biāo)；b對坐標(biāo)變換后的像素亮度值進(jìn)行重采樣。遙感數(shù)字圖像幾何精糾正的步驟： （1） 準(zhǔn)備工作； （2）輸入原始數(shù)字圖像 （3）確定工作范圍 （4）選擇地面控制點(diǎn) （5）選擇地圖投影 （6）匹配地面控制點(diǎn)和像素位置 （7）評估糾正精度 （8）坐標(biāo)變換 （9）重采樣 （10）輸出糾正后圖像 目前的糾正方法有多項式法，共線方程法和隨機(jī)場插值法等。 遙感圖像的多項式糾正a多項式糾正回避成像的空間幾何過程，直接對圖像變形的本身進(jìn)行數(shù)字模擬。用一個適當(dāng)?shù)亩囗検絹砻枋黾m正前后圖像相應(yīng)點(diǎn)之間的坐標(biāo)關(guān)系。b本法對各種類型傳感器圖像的糾正是適用的。c利用地面控制點(diǎn)的圖像坐標(biāo)和其同名點(diǎn)的地面坐標(biāo)通過平差原理計算多項式中的系數(shù)，然后用該多項式對圖像進(jìn)行糾正。糾正方案直接法方案：是從原始圖像陣列出發(fā)，按行列的順序依次對每個原始像素點(diǎn)位求其在地面坐標(biāo)系（也是輸出圖像坐標(biāo)系）中的正確位置 X=Fx(x,y) Y=FY(x,y)間接法方案：是從空白的輸出圖像陣列出發(fā)，亦按行列的順序依次對每個輸出像素點(diǎn)位反求原始圖像坐標(biāo)中的位置 x=Gx(X,Y) y=Gy(X,Y)（5）糾正具體步驟:1）糾正后數(shù)字圖像的邊界范圍的確定2）直接法或間接法糾正3）重采樣4 圖像間的自動配準(zhǔn)和數(shù)字鑲嵌（1） 圖像間的自動配準(zhǔn)1）圖像間的匹配，即以多源圖像中的一幅圖像為參考圖像，其他圖像與之配準(zhǔn)，其坐標(biāo)系是任意的；2）絕對配準(zhǔn)，即選擇某個地圖坐標(biāo)系，將多源圖像變換到這個地圖坐標(biāo)系以后來實現(xiàn)坐標(biāo)系的統(tǒng)一。 （2）配準(zhǔn)的過程分兩步：1）在多源圖像上確定分布均勻，足夠數(shù)量的圖像同名點(diǎn)；2）通過所選擇的圖像同名點(diǎn)確定幾何變換的多項式系數(shù)，從而完成一幅圖像對另一幅圖像的幾何糾正。（3）圖像相關(guān)利用兩個信號的相關(guān)函數(shù)，評價它們的相似性以確定同名點(diǎn)。（4）圖像匹配的一些算法如下：1）相關(guān)系數(shù)測度2）差分測度（5）基于小面元微分糾正的圖像間自動配準(zhǔn)該算法利用了攝影測量中圖像匹配的研究成果，即圖像特征提取與基于松弛法的整體圖像匹配，全自動地獲取密集同名點(diǎn)對作為控制點(diǎn)，由密集同名點(diǎn)對構(gòu)成密集三角網(wǎng)（小面元），利用小三角形面元進(jìn)行微分糾正，實現(xiàn)圖像精確配準(zhǔn)。（6）數(shù)字圖像鑲嵌1）圖像的幾何糾正；2）搜索最佳鑲嵌邊；3）亮度和反差調(diào)整；4）平滑邊界線作業(yè):1 名詞解釋：幾何精糾正2 對遙感圖像進(jìn)行幾何糾正時，如何選擇控制點(diǎn)？3論述遙感圖像幾何精糾正的過程（步驟）4試論述幾何校正的基本原理及三種重采樣方法的優(yōu)缺點(diǎn)。 教學(xué)總結(jié)：本次課程旨在讓學(xué)生了解圖像幾何誤差的主要來源，掌握幾何精糾正的基本原理及其操作步驟，地面控制點(diǎn)的選擇、重采樣過程是幾何精糾正的主要步驟，為了讓學(xué)生能掌握幾何精糾正，對上面兩點(diǎn)內(nèi)容做了詳盡講解。第8講課 題 ： 圖像變換與圖像增強(qiáng)處理目的要求：1. 熟悉二維傅立葉變換定義、性質(zhì)及其應(yīng)用；2. 掌握一維傅立葉變換算法及頻譜分析方法；3. 熟悉并掌握本章基本概念、空間域圖像增強(qiáng)的原理、方法及其特點(diǎn)；4. 了解頻率域圖像增強(qiáng)的方法及其實現(xiàn)過程；重 點(diǎn) ：掌握直方圖修正方法、特點(diǎn)及其應(yīng)用；空間域平滑、銳化和彩色增強(qiáng)技術(shù)。難 點(diǎn) ：頻率域圖像增強(qiáng)的方法及其實現(xiàn)過程教學(xué)課時：2課時教學(xué)方法：授課為主、鼓勵課堂交流本次課涉及的學(xué)術(shù)前沿：傅立葉變換在圖像處理中的作用第六章 圖像變換圖像變換的目的在于：使圖像處理問題簡化；有利于圖像特征提取；有助于從概念上增強(qiáng)對圖像信息的理解。圖像變換通常是一種二維正交變換。一般要求： 正交變換必須是可逆的； 正變換和反變換的算法不能太復(fù)雜； 正交變換的特點(diǎn)是在變換域中圖像能量將集中分布在低頻率成分上，邊緣、線狀信息反映在高頻率成分上，有利于圖像處理。 因此正交變換廣泛應(yīng)用在圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)、特征提取、圖像壓縮編碼和形狀分析等方面。（1） 傅立葉變換在學(xué)習(xí)傅立葉級數(shù)的時候，一個周期為T的函數(shù)f(t)在-T/2,T/2上滿足狄利克雷（Dirichlet)條件，則在-T/2,T/2可以展成傅立葉級數(shù)。其復(fù)數(shù)形式為其中可見，傅立葉級數(shù)清楚地表明了信號由哪些頻率分量組成及其所占的比重，從而有利于對信號進(jìn)行分析與處理。 傅立葉變換：指非周期函數(shù)的正弦和或余弦和乘以加權(quán)函數(shù)的積分表示。傅里葉變換分為連續(xù)傅里葉變換和離散傅里葉變換（2）連續(xù)函數(shù)的傅立葉變換 1）一維連續(xù)函數(shù)的傅立葉變換 2）二維連續(xù)函數(shù)的傅立葉變換（3）離散函數(shù)的傅立葉變換1）一維離散函數(shù)的傅立葉變換2）二維離散函數(shù)的傅立葉變換 一般來說，對一幅圖像進(jìn)行傅立葉變換運(yùn)算量很大，不直接利用以上公式計算?，F(xiàn)在都采用傅立葉變換快速算法，這樣可大大減少計算量。為提高傅立葉變換算法的速度，從軟件角度來講，要不斷改進(jìn)算法；另一種途徑為硬件化，它不但體積小且速度快。 二維離散傅立葉變換的若干性質(zhì)：1）周期性和共軛對稱性2）分離性3）旋轉(zhuǎn)性質(zhì) 第七章 圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng)是采用一系列技術(shù)去改善圖像的視覺效果,或?qū)D像轉(zhuǎn)換成一種更適合于人或機(jī)器進(jìn)行分析和處理的形式。例如采用一系列技術(shù)有選擇地突出某些感興趣的信息，同時抑制一些不需要的信息，提高圖像的使用價值。圖像增強(qiáng)方法從增強(qiáng)的作用域出發(fā)，可分為空間域增強(qiáng)和頻率域增強(qiáng)兩種?？臻g域增強(qiáng)是直接對圖像各像素進(jìn)行處理；頻率域增強(qiáng)是對圖像經(jīng)傅立葉變換后的頻譜成分進(jìn)行處理，然后逆傅立葉變換獲得所需的圖像。 7.1圖像增強(qiáng)的點(diǎn)運(yùn)算7.1.2 灰度變換灰度變換可調(diào)整圖像的灰度動態(tài)范圍或圖像對比度，是圖像增強(qiáng)的重要手段之一。1線性變換令圖像f(i，j)的灰度范圍為a,b，線性變換后圖像g(i，j)的范圍為a´,b´，如圖，g(i，j)與f(i，j)之間的關(guān)系式為：2分段線性變換為了突出感興趣目標(biāo)所在的灰度區(qū)間，相對抑制那些不感興趣的灰度區(qū)間，可采用分段線性變換。設(shè)原圖像f(x,y)在0，Mf,感興趣目標(biāo)的灰度范圍在a,b,欲使其灰度范圍拉伸到c,d,則對應(yīng)的分段線性變換表達(dá)式為3非線性灰度變換當(dāng)用某些非線性函數(shù)如對數(shù)函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等，作為映射函數(shù)時，可實現(xiàn)圖像灰度的非線性變換。對數(shù)變換、指數(shù)變換 7.1.3 直方圖修整法 灰度直方圖反映了數(shù)字圖像中每一灰度級與其出現(xiàn)頻率間的關(guān)系,它能描述該圖像的概貌。通過修改直方圖的方法增強(qiáng)圖像是一種實用而有效的處理技術(shù)。直方圖修整法包括直方圖均衡化及直方圖規(guī)定化兩類。1.直方圖均衡化直方圖均衡化是將原圖像通過某種變換，得到一幅灰度直方圖為均勻分布的新圖像的方法。2.直方圖規(guī)定化 在某些情況下，并不一定需要具有均勻直方圖的圖像，有時需要具有特定的直方圖的圖像，以便能夠增強(qiáng)圖像中某些灰度級。直方圖規(guī)定化方法就是針對上述思想提出來的。直方圖規(guī)定化是使原圖像灰度直方圖變成規(guī)定形狀的直方圖而對圖像作修正的增強(qiáng)方法。利用直方圖規(guī)定化方法進(jìn)行圖像增強(qiáng)的主要困難在于要構(gòu)成有意義的直方圖。圖像經(jīng)直方圖規(guī)定化，其增強(qiáng)效果要有利于人的視覺判讀或便于機(jī)器識別。7.2 圖像的空間域平滑 任何一幅原始圖像，在其獲取和傳輸?shù)冗^程中，會受到各種噪聲的干擾，使圖像惡化，質(zhì)量下降，圖像模糊，特征淹沒，對圖像分析不利。為了抑制噪聲改善圖像質(zhì)量所進(jìn)行的處理稱圖像平滑或去噪。它可以在空間域和頻率域中進(jìn)行。7.2.1局部平滑法 局部平滑法是一種直接在空間域上進(jìn)行平滑處理的技術(shù)。假設(shè)圖像是由許多灰度恒定的小塊組成，相鄰像素間存在很高的空間相關(guān)性，而噪聲則是統(tǒng)計獨(dú)立的。因此，可用鄰域內(nèi)各像素的灰度平均值代替該像素原來的灰度值，實現(xiàn)圖像的平滑。設(shè)有一幅N×N的圖像f(x,y)，若平滑圖像為g(x,y),則有式中x,y=0,1,N-1；s為（x,y）鄰域內(nèi)像素坐標(biāo)的集合；M表示集合s內(nèi)像素的總數(shù)?？梢娻徲蚱骄ň褪菍?dāng)前像素鄰域內(nèi)各像素的灰度平均值作為其輸出值的去噪方法。7.2.2 超限像素平滑法 對鄰域平均法稍加改進(jìn)，可導(dǎo)出超限像素平滑法。它是將f(x,y)和鄰域平均g(x,y)差的絕對值與選定的閾值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果決定點(diǎn)（x,y）的最后灰度g´(x,y)。其表達(dá)式為 7.2.3 灰度最相近的K個鄰點(diǎn)平均法 該算法的出發(fā)點(diǎn)是：在n×n的窗口內(nèi)，屬于同一集合體的像素，它們的灰度值將高度相關(guān)。因此，可用窗口內(nèi)與中心像素的灰度最接近的K個鄰像素的平均灰度來代替窗口中心像素的灰度值。這就是灰度最相近的K個鄰點(diǎn)平均法。較小的K值使噪聲方差下降較小，但保持細(xì)節(jié)效果較好；而較大的K值平滑噪聲較好，但會使圖像邊緣模糊。實驗證明，對于3×3的窗口，取K=6為宜。7.2.4 最大均勻性平滑 為避免消除噪聲引起邊緣模糊，該算法先找出環(huán)繞圖像中每像素的最均勻區(qū)域，然后用這區(qū)域的灰度均值代替該像素原來的灰度值。 7.2.5 有選擇保邊緣平滑法 該方法對圖像上任一像素(x,y)的5×5鄰域，采用9個掩模，其中包括一個3×3正方形、4個五邊形和4個六邊形。計算各個掩模的均值和方差，對方差進(jìn)行排序，最小方差所對應(yīng)的掩模區(qū)的灰度均值就是像素（x,y) 的輸出值。該方法以方差作為各個區(qū)域灰度均勻性的測度。若區(qū)域含有尖銳的邊緣，它的灰度方差必定很大，而不含邊緣或灰度均勻的區(qū)域，它的方差就小，那么最小方差所對應(yīng)的區(qū)域就是灰度最均勻區(qū)域。因此有選擇保邊緣平滑法既能夠消除噪聲，又不破壞區(qū)域邊界的細(xì)節(jié)。另外，五邊形和六邊形在（x,y）處都有銳角，這樣，即使像素（x,y）位于一個復(fù)雜形狀區(qū)域的銳角處，也能找到均勻的區(qū)域。從而在平滑時既不會使尖銳邊緣模糊，也不會破壞邊緣形狀。7.2.6 空間低通濾波法 鄰域平均法可看作一個掩模作用于圖像f(x,y)的低通空間濾波，掩模就是一個濾波器，它的響應(yīng)為H(r,s)，于是濾波輸出的數(shù)字圖像g(x,y)用離散卷積表示為7.2.7 中值濾波中值濾波是對一個滑動窗口內(nèi)的諸像素灰度值排序，用中值代替窗口中心像素的原來灰度值，因此它是一種非線性的圖像平滑法。對中值濾波法來說，正確選擇窗口尺寸的大小是很重要的環(huán)節(jié)。一般很難事先確定最佳的窗口尺寸，需通過從小窗口到大窗口的中值濾波試驗，再從中選取最佳的。 7.3 圖像空間域銳化 在圖像的識別中常需要突出邊緣和輪廓信息。圖像銳化就是增強(qiáng)圖像的邊緣或輪廓。圖像平滑通過積分過程使得圖像邊緣模糊，圖像銳化則通過微分而使圖像邊緣突出、清晰。 7.3.1 梯度銳化法圖像銳化法最常用的是梯度法。 對于圖像f(x，y)，在(x，y)處的梯度定義為梯度是一個矢量，其大小和方向為7.3.2 Laplacian增強(qiáng)算子 Laplacian 算子是線性二階微分算子。即2f(x，y)= 對離散的數(shù)字圖像而言，二階偏導(dǎo)數(shù)可用二階差分近似，可推導(dǎo)出Laplacian算子表達(dá)式為 2f(x，y)= f(x+1，y)+f(x-1，y)+ f(x，y+1)+f(x，y-1)-4f(x，y) Laplacian增強(qiáng)算子為： g(x，y)=f(x，y)- 2f(x，y) =5f(x，y)- f(x+1，y)+ f(x-1，y)+f(x，y+1)+ f(x，y-1)7.3.3 高通濾波法 高通濾波法就是用高通濾波算子和圖像卷積來增強(qiáng)邊緣。常用的算子有：7.4圖像的頻率域增強(qiáng) 圖像增強(qiáng)的目的主要包括：消除噪聲，改善圖像的視覺效果；突出邊緣，有利于識別和處理。假定原圖像為f(x，y)，經(jīng)傅立葉變換為F(u，v)。頻率域增強(qiáng)就是選擇合適的濾波器H(u,v)對F(u,v)的頻譜成分進(jìn)行處理，然后經(jīng)逆傅立葉變換得到增強(qiáng)的圖像g(x,y)。頻率域增強(qiáng)的一般過程如下： 7.4.1頻率域平滑圖像的平滑除了在空間域中進(jìn)行外，也可以在頻率域中進(jìn)行。由于噪聲主要集中在高頻部分，為去除噪聲改善圖像質(zhì)量，濾波器采用低通濾波器H(u,v)來抑制高頻成分，通過低頻成分，然后再進(jìn)行逆傅立葉變換獲得濾波圖像，就可達(dá)到平滑圖像的目的。常用的頻率域低濾波器H(u,v)有四種：1理想低通濾波器 2Butterworth低通濾波器3指數(shù)低通濾波器4. 梯形低通濾波器7.4.2 頻率域銳化 圖像的邊緣、細(xì)節(jié)主要位于高頻部分，而圖像的模糊是由于高頻成分比較弱產(chǎn)生的。頻率域銳化就是為了消除模糊，突出邊緣。因此采用高通濾波器讓高頻成分通過，使低頻成分削弱，再經(jīng)逆傅立葉變換得到邊緣銳化的圖像。常用的高通濾波器有： 1）理想高通濾波器 2）巴特沃斯高通濾波器3）指數(shù)濾波器 4）梯形濾波器 7.5 彩色增強(qiáng)技術(shù)彩色增強(qiáng)技術(shù)是利用人眼的視覺特性，將灰度圖像變成彩色圖像或改變彩色圖像已有彩色的分布，改善圖像的可分辨性。彩色增強(qiáng)方法可分為偽彩色增強(qiáng)和假彩色增強(qiáng)兩類。7.5.1 偽彩色增強(qiáng) 偽彩色增強(qiáng)是把黑白圖像的各個不同灰度級按照線性或非線性的映射函數(shù)變換成不同的彩色，得到一幅彩色圖像的技術(shù)。使原圖像細(xì)節(jié)更易辨認(rèn)，目標(biāo)更容易識別。偽彩色增強(qiáng)的方法主要有密度分割法、灰度級一彩色變換和頻率域偽彩色增強(qiáng)三種。 7.5.2 假彩色增強(qiáng)假彩色增強(qiáng)是對一幅自然彩色圖像或同一景物的多光譜圖像，通過映射函數(shù)變換成新的三基色分量，彩色合成使感興趣目標(biāo)呈現(xiàn)出與原圖像中不同的、奇異的彩色。假彩色增強(qiáng)目的：一是使感興趣的目標(biāo)呈現(xiàn)奇異的彩色或置于奇特的彩色環(huán)境中，