《数字图像处理应用》PPT课件.ppt

学校：天津工业大学 学院：电子与信息工程 班级：电信 1201 姓名：谷雨 数 字图像处理与 航 空 遥 感 图 像 处 理 10分钟 教你认识 摘要： 数字图像处理技术在航天和航空技术方面的应用，除了 JPL对月球、火星照片的处理之外，另一方面的应用是在 飞机遥感和卫星遥感技术中。许多国家每天派出很多侦察 飞机对地球上有兴趣的地区进行大量的空中摄影。对由此 得来的照片进行处理分析，以前需要雇用几千人，而现在 改用配备有高级计算机的图像处理系统来判读分析，既节 省人力，又加快了速度，还可以从照片中提取人工所不能 发现的大量有用情报。从 60年代末以来，美国及一些国际 组织发射了资源遥感卫星（如 LANDSAT系列）和天空实验 室（如 SKYLAB），由于成像条件受飞行器位置、姿态、环 境条件等影响，图像质量总不是很高。因此，以如此昂贵 的代价进行简单直观的判读来获取图像是不合算的，而必 须采用数字图像处理技术。 1. 再现性好 数字图像处理与模拟图像处理的根本不同在于， 它不会因图像的存储、传输或复制等一系列变换操作而导致图 像质量的退化。 2处理精度高 按目前的技术，几乎可将一幅模拟图像数字化 为任意大小的二维数组，这主要取决于图像数字化设备的能力。 3适用面宽 图像可以来自多种信息源，它们可以是可见光图 像，也可以是不可见的波谱图像 4灵活性高 图像处理大体上可分为图像的像质改善、图像分 析和图像重建三大部分，每一部分均包含丰富的内容。由于图 像的光学处理从原理上讲只能进行线性运算，这极大地限制了 光学图像处理能实现的目标。而数字图像处理不仅能完成线性 运算，而且能实现非线性处理，即凡是可以用数学公式或逻辑 关系来表达的一切运算均可用数字图像处理实现。 为什么使用数字图像处理 什么是遥感数字图像处理： 遥感图像处理 (processing of remote sensing image data)是对遥感集市中的图像进行辐射校正 和几何纠正、图像整饰、投影变换、镶嵌、特征 提取、分类以及各种专题处理等一系列操作，以 求达到预期目的的技术。遥感图像处理可分为两 类：一是利用光学、照相和电子学的方法对遥感 模拟图像 (照片、底片 )进行处理，简称为光学处 理；二是利用计算机对遥感数字图像进行一系列 操作，从而获得某种预期结果的技术，称为遥感 数字图像处理 遥感图像的几何变形有两层含义 一是指卫星在运行过程中，由于姿态、地球曲率、 地形起伏、地球旋转、大气折射、以及传感器自身 性能所引起的几何位置偏差。 二是指图像上像元的坐标与地图坐标系统中相应坐 标之间的差异。 定义：遥感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，即说明遥感图像发生了几何畸变。 注：遥感图像的总体变形是平移、缩放、旋转、偏 扭、弯曲及其他变形综合作用的结果。 几 何 形 变！ 为什么要处理 遥感图像： 为什么会 发生几何 形变 ? 内 因 和 外 因 遥感器本身引起的几何畸变与遥感器的结构、特性 和工作方式不同而异。这些因素主要包括： 1）透镜的辐射方向畸变像差； 2）透镜的切线方向畸变像差； 3）透镜的焦距误差； 4）透镜的光轴与投影面不正交； 5）图像的投影面非平面； 6）探测元件排列不整齐； 7）采样速率的变化； 8）采样时刻的偏差 ; 9) 扫描镜的扫描速度变化 。 内 因：遥感器本身引起的畸变 透镜坏了 你没放好 这就无能为 力了 1）地球自传引起的误差 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。 ye :图像错动量； te：扫描整 景图像时间 te=L/R）； v ： 纬度为 时该点地球自转 线速度； L： 像幅地面长度； R： 地球平均半径 6378km； ： 卫星运行平均角速度。 外 因： 2）地球曲率的影响 设 OA0为成像基准面， A为地表 一点。在考虑地球曲率影响情况下， A与 OA0存在着由地球曲率引起的高 差 h， A在 OA0代表的平面上投影点为 A0，由于高差 h的存在使得 A点在像 平面 Fa0上产生象点位移。一般来 说，在星下点视场角比较小、扫描范 围又比较小时地球曲率影响可以忽 略，此时可以看成近垂直投影 外因： 3)地形起伏的影响 在高差同为正值的情况下，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，而在斜距 投影（雷达）影像上则是向内变动 的（ page.64）。因此，在雷达影 像上看到的是反立体。此外，高出 地面物体的雷达影像可能带有 “ 阴 影 ” ，远景影像被近景影像所覆盖。 外因： 4）传感器成像几何形态影响 a全景投影变形 红外机械扫描仪以及采用 CCD直线阵 列作为检测器的推帚式传感器的每一 条扫描线都相当于中心投影，其成像 面相当全景缝隙摄影机的投影面，是 一个圆柱面，称之为全景面。因此， 扫描视场角越大边缘变形越大。 b. 斜距投影变形 侧视雷达属斜距投影，其成像变形规 律如图 外因： 5）大气折射的影响 整个大气层不是一个均匀的介质，因此电磁 波在大气层中传播时的折射率也随高度的变 化而变化，使电磁波传播的路径不是一条直 线而变成了曲线，从而引起像点的位移，这 种像点移位就是大气折光差。侧视雷达是按 斜距投影原理成像的。雷达电磁波在大气中 传播时，一方面会因大气折射率的变化而产 生路径弯曲，使传播路径变长；另一方面使 电磁波传播速度减慢，传播时间增加。 外因： 6）处理过程中引起的畸变 遥感图像再处理过程中产生的误差，主要 是由于处理设备产生的噪声引起的。 传输、复制 光学 数字 外因： 遥感图象的 几何粗处理 和 精处理 。 遥感图像的几何纠正按照处理方式分为 光学纠正 和 数字纠正 。 遥感图像的几何纠正就是将含有畸变的图像纳入 到某种地图投影。对地面覆盖范围不大的单幅图 像，一般以正射投影方式使其改正到地球切平面 方向上。 光学纠正主要用于早期的遥感图像的处理中，现 在的应用已经不多。除了对框幅式的航空照片 （中心投影）可以进行比较严密的纠正以外，对 于大多数动态获得的遥感影像只能进行近似纠正。 几 何 校 正 (1) 确定输入图像和输出图像的坐标 变换关系 基本原理：利用图像坐标和地面坐标 （另一图像坐标、地图坐标等）之间 的数学关系，即输入图像和输出图像 间的坐标转换关系实现几何校正。 几何校 正过程 (2) 确定新的图像的边界 纠正后图像和原始图像的形状、 大小、方向都不一样。所以在纠 正过程的实施之前，必须首先确 定新图像的大小范围。 几何校 正过程 几何校 正过程 (3) 确定新图像的分辨率 目的是把边界范围转换为计算 机中纠正后图像的储存数组空 间。 必须在新图像的范围内，划分 网格，每个网格点就是一个像 元。 (4) 灰度的重采样 纠正后的新图像的每一个像元，根据变 换函数，可以得到它在 原始图像上的位置。如果求得的位置为 整数，则该位置处的像 元灰度就是新图像的灰度值。 常用的方法： 1) 最近邻法 2) 双线性内插法 3）三次卷积法 几何校 正过程 数字图像纠正的处理过程框图 电信 1201谷雨