遥感数据采集与存储课件

接收预处理用户应用处理分析结果、图表输出遥感成像与数据处理过程由于一切物体，因其种类、特征和环境条件的不同，而具有完全不同的电磁波反射由于一切物体，因其种类、特征和环境条件的不同，而具有完全不同的电磁波反射由于一切物体，因其种类、特征和环境条件的不同，而具有完全不同的电磁波反射或发射辐射特征或发射辐射特征或发射辐射特征接收预处理用户应用处理分析结果、图表输出遥感成像与数据处理过1 1数字图像数字影像的获取方式遥感数字影像的存储方式课程内容数字图像课程内容2 2数字图像数字图像3 3数字图像数字图像 数字图像数字图像数字图像数字图像是指由被称作像素的小块区域组成的二维矩阵。将物是指由被称作像素的小块区域组成的二维矩阵。将物是指由被称作像素的小块区域组成的二维矩阵。将物是指由被称作像素的小块区域组成的二维矩阵。将物理图像行列划分后，每个小块区域称为理图像行列划分后，每个小块区域称为理图像行列划分后，每个小块区域称为理图像行列划分后，每个小块区域称为像素像素像素像素（pixelpixelpixelpixel）。）。）。）。每个像素包括两个属性：位置和亮度（或色彩）。每个像素包括两个属性：位置和亮度（或色彩）。每个像素包括两个属性：位置和亮度（或色彩）。每个像素包括两个属性：位置和亮度（或色彩）。对灰度图像而言，每个像素的亮度用一个数值（即对灰度图像而言，每个像素的亮度用一个数值（即对灰度图像而言，每个像素的亮度用一个数值（即对灰度图像而言，每个像素的亮度用一个数值（即灰度值灰度值灰度值灰度值）来）来）来）来表示，通常数值范围在表示，通常数值范围在表示，通常数值范围在表示，通常数值范围在0 0 0 0到到到到255255255255之间，即可用一个字节来表示，之间，即可用一个字节来表示，之间，即可用一个字节来表示，之间，即可用一个字节来表示，0 0 0 0表示黑、表示黑、表示黑、表示黑、255255255255表示白，而其它表示灰度级别。表示白，而其它表示灰度级别。表示白，而其它表示灰度级别。表示白，而其它表示灰度级别。Picture element数字图像数字图像是指由被称作像素的小块区域组成的二维矩阵。将4 4灰度分辨率：灰度灰度分辨率：灰度2k2k灰度级，灰度级，k k比特比特空间分辨率：矩阵空间分辨率：矩阵MNMN。像素像素数字图像的表示数字图像的表示灰度分辨率：灰度2k灰度级，k比特数字图像的表示5 5单波段图像单波段图像 每个像素的信息由一个量化的灰度级来描每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的图像，没有彩色信息。述的图像，没有彩色信息。单波段图像 每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的图像6 6多波段图像多波段图像每个像素的信息由多个波段构成。每个像素的信息由多个波段构成。多波段图像每个像素的信息由多个波段构成。7 7遥感数字图像的获取图像数字化遥感数字图像的获取图像数字化8 8图像数字化图像数字化 连续图像经采样、分层、量化、编码等连续图像经采样、分层、量化、编码等步骤变成数字图像才能进入计算机。步骤变成数字图像才能进入计算机。图像数字化 连续图像经采样、分层、量化、编码等步骤变9 9图像数字化图像数字化-采样采样将在空间上连续的图像转换成离散的采样点（即将在空间上连续的图像转换成离散的采样点（即像素）集的操作像素）集的操作。由于图像是二维分布的信息，。由于图像是二维分布的信息，所以采样是在所以采样是在x x轴和轴和y y轴两个方向上进行。轴两个方向上进行。模模拟拟图图象象若若在在x x方方向向采采M M个个点点，y y方方向向采采N N个个点点，就就可可得得到到M M*N N个个点点的的数数字字化化图图象象的的形形式式。采采样样是是图象进入计算机的第一个处理过程。图象进入计算机的第一个处理过程。图像数字化-采样将在空间上连续的图像转换成离散的采样点（即1010图像数字化图像数字化-采样定理采样定理图像数字化-采样定理1111采样间隔效果示意图 300 dpi 50 dpi采样间隔效果示意图1212采样间隔对图像的影响采样间隔对图像的影响1313图像数字化图像数字化-量化量化 采样后的图像只是在空间上被离散化，成为样本采样后的图像只是在空间上被离散化，成为样本采样后的图像只是在空间上被离散化，成为样本采样后的图像只是在空间上被离散化，成为样本的阵列，每个取样样本称为像素，用的阵列，每个取样样本称为像素，用的阵列，每个取样样本称为像素，用的阵列，每个取样样本称为像素，用 PixelPixelPixelPixel来表来表来表来表示。但是由于原示。但是由于原示。但是由于原示。但是由于原f(x,y)f(x,y)f(x,y)f(x,y)是连续图像，因此每个是连续图像，因此每个是连续图像，因此每个是连续图像，因此每个PixelPixelPixelPixel还是可能取值为无穷多个值的量。为了进行还是可能取值为无穷多个值的量。为了进行还是可能取值为无穷多个值的量。为了进行还是可能取值为无穷多个值的量。为了进行计算机处理，必须把无穷多个离散值约简为有限计算机处理，必须把无穷多个离散值约简为有限计算机处理，必须把无穷多个离散值约简为有限计算机处理，必须把无穷多个离散值约简为有限个离散值，即量化，这样才便于赋予每一个离散个离散值，即量化，这样才便于赋予每一个离散个离散值，即量化，这样才便于赋予每一个离散个离散值，即量化，这样才便于赋予每一个离散值互异的编码以进入计算机。值互异的编码以进入计算机。值互异的编码以进入计算机。值互异的编码以进入计算机。图像数字化-量化 采样后的图像只是在空间上被离散化，成为1414图像数字化图像数字化-量化量化 将各个像素所含的明暗信息离散化后，用数字将各个像素所含的明暗信息离散化后，用数字将各个像素所含的明暗信息离散化后，用数字将各个像素所含的明暗信息离散化后，用数字来表示称为图像的量化来表示称为图像的量化来表示称为图像的量化来表示称为图像的量化，一般的量化值用整数来，一般的量化值用整数来，一般的量化值用整数来，一般的量化值用整数来表示。表示。表示。表示。充分考虑到人眼的识别能力之后，目前非特殊充分考虑到人眼的识别能力之后，目前非特殊充分考虑到人眼的识别能力之后，目前非特殊充分考虑到人眼的识别能力之后，目前非特殊用途的图像均为用途的图像均为用途的图像均为用途的图像均为8bit8bit8bit8bit量化，即用量化，即用量化，即用量化，即用0 0 0 0 255255255255描述描述描述描述“黑黑黑黑 白白白白”。在在在在3bit3bit3bit3bit以下的量化，会出现以下的量化，会出现以下的量化，会出现以下的量化，会出现伪轮廓现象伪轮廓现象伪轮廓现象伪轮廓现象。图像数字化-量化 将各个像素所含的明暗信息离散化后，1515图像数字化图像数字化-量化量化图像数字化-量化1616图像数字化图像数字化-量化技术量化技术量化可分为均匀量化和非均匀量化。量化可分为均匀量化和非均匀量化。均匀量化均匀量化是简单地在灰度范围内等间隔量化。是简单地在灰度范围内等间隔量化。非均匀量化非均匀量化是对像素出现频度少的部分量化是对像素出现频度少的部分量化间隔取大，而对频度大的量化间隔取小。间隔取大，而对频度大的量化间隔取小。图像数字化-量化技术量化可分为均匀量化和非均匀量化。1717图像数字化图像数字化-量化噪声量化噪声用用用用有有有有限限限限个个个个离离离离散散散散灰灰灰灰度度度度值值值值表表表表示示示示无无无无穷穷穷穷多多多多个个个个连连连连续续续续灰灰灰灰度度度度的的的的量量量量必必必必然然然然引引引引起起起起误误误误差，称为差，称为差，称为差，称为量化噪声量化噪声量化噪声量化噪声.（1 1 1 1）量化分层越多，则量化误差越小；而分层越多则编码）量化分层越多，则量化误差越小；而分层越多则编码）量化分层越多，则量化误差越小；而分层越多则编码）量化分层越多，则量化误差越小；而分层越多则编码进入计算机所需比特数越多，相应地影响运算速度及处理进入计算机所需比特数越多，相应地影响运算速度及处理进入计算机所需比特数越多，相应地影响运算速度及处理进入计算机所需比特数越多，相应地影响运算速度及处理过程。过程。过程。过程。（2 2 2 2）量化分层的约束来自图像源的噪声，即最小的量化分）量化分层的约束来自图像源的噪声，即最小的量化分）量化分层的约束来自图像源的噪声，即最小的量化分）量化分层的约束来自图像源的噪声，即最小的量化分层应远大于噪声，否则太细的分层将被噪声所淹没而无法层应远大于噪声，否则太细的分层将被噪声所淹没而无法层应远大于噪声，否则太细的分层将被噪声所淹没而无法层应远大于噪声，否则太细的分层将被噪声所淹没而无法体现分层的效果。也就是说噪声大的图像，分层太细是没体现分层的效果。也就是说噪声大的图像，分层太细是没体现分层的效果。也就是说噪声大的图像，分层太细是没体现分层的效果。也就是说噪声大的图像，分层太细是没有意义的。反之要求很细分层的图像才强调极小的噪声，有意义的。反之要求很细分层的图像才强调极小的噪声，有意义的。反之要求很细分层的图像才强调极小的噪声，有意义的。反之要求很细分层的图像才强调极小的噪声，如某些医用图像系统把减少噪声作为主要设计指标，是因如某些医用图像系统把减少噪声作为主要设计指标，是因如某些医用图像系统把减少噪声作为主要设计指标，是因如某些医用图像系统把减少噪声作为主要设计指标，是因为其分层数要求为其分层数要求为其分层数要求为其分层数要求2000200020002000层以上，而一般电视图像的分层用层以上，而一般电视图像的分层用层以上，而一般电视图像的分层用层以上，而一般电视图像的分层用200200200200多级已能满足要求。多级已能满足要求。多级已能满足要求。多级已能满足要求。图像数字化-量化噪声用有限个离散灰度值表示无穷多个连续灰度1818低bit量化的伪轮廓现象示意图低bit量化的伪轮廓现象示意图1919均匀量化效果示意图均匀量化效果示意图2020非均匀量化效果示意图非均匀量化效果示意图2121量化级别对图像的影响量化级别对图像的影响2222模拟图像数字化的弱点模拟图像数字化的弱点 乳胶片感光技术本身存在着致命的弱点，它所传感的辐射波段仅限于可见光及其附近；其次，照相一次成型，图象存储、传输和处理都不方便。模拟图像数字化的弱点 乳胶片感光技术本身存在着致命的2323遥感数字图像的获取直接获取数字影像遥感数字图像的获取直接获取数字影像2424传感器传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测2525传感器的工作原理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。传感器的工作原理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸2626传感器的一般构成电磁波幅射信息收集探测器信息处理信息输出传感器的一般构成电磁波幅射信息探测器信息处理信息输出2727传感器组成传感器组成收集系统：收集系统：收集系统：收集系统：收集来自目标的辐射，送往检测系统。在紫外收集来自目标的辐射，送往检测系统。在紫外线、可见光、红外波段中，收集系统的主要元件是透线、可见光、红外波段中，收集系统的主要元件是透镜或反射镜，在微波中是微波天线。镜或反射镜，在微波中是微波天线。Y检测系统（探测系统）：检测系统（探测系统）：检测系统（探测系统）：检测系统（探测系统）：将波谱转化为其它形成的能将波谱转化为其它形成的能电流、电压、化学能等。其核心是感光胶片或光电电流、电压、化学能等。其核心是感光胶片或光电敏感元件、固体敏感元件、微波检波器等。敏感元件、固体敏感元件、微波检波器等。感光胶片感光胶片：电磁辐射：电磁辐射化学能化学能 其其 它它：电磁辐射：电磁辐射电流、电压等电流、电压等 传感器组成收集系统：收集来自目标的辐射，送往检测系统。在紫外2828Y信号转化系统：信号转化系统：信号转化系统：信号转化系统：将电流、电压信号放大，再转化为：将电流、电压信号放大，再转化为：可见光可见光，信号显示在屏幕上，即电光转化；，信号显示在屏幕上，即电光转化；磁信号磁信号，信号记录在磁带上，即电磁转化。，信号记录在磁带上，即电磁转化。Y记录系统：记录系统：记录系统：记录系统：记录前级送来的信号。记录前级送来的信号。直接记录直接记录：将前一级的输出信号直接记录在胶片或：将前一级的输出信号直接记录在胶片或荧光屏上。荧光屏上。间接记录间接记录：将信号记录在磁带上，以后用时将磁带：将信号记录在磁带上，以后用时将磁带回放，产生电信号，再通过电光转化，显示图象。回放，产生电信号，再通过电光转化，显示图象。信号转化系统：将电流、电压信号放大，再转化为：2929多光谱扫描成像在物镜后加分光装置，将光分解成多个光束；或利用响应不同波段的多感光层胶片进行多光谱摄影。多光谱扫描成像在物镜后加分光装置，将光分解成多个光束；或利用3030多光谱扫描成像多光谱扫描成像3131工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：扫描镜在机械驱动下，随遥感平台的前进运扫描镜在机械驱动下，随遥感平台的前进运动而摆动，依次对地面进行扫描，地面物体的辐射波动而摆动，依次对地面进行扫描，地面物体的辐射波束经扫描镜反射，并经透镜聚焦和分光分别将不同波束经扫描镜反射，并经透镜聚焦和分光分别将不同波长的波段分开，再聚焦到感受不同波长的长的波段分开，再聚焦到感受不同波长的 探测元件探测元件上。上。几种光机扫描仪几种光机扫描仪几种光机扫描仪几种光机扫描仪红外扫描仪红外扫描仪红外扫描仪红外扫描仪：接受地物的红外辐射能量，并把它传给探测元接受地物的红外辐射能量，并把它传给探测元接受地物的红外辐射能量，并把它传给探测元接受地物的红外辐射能量，并把它传给探测元件。件。件。件。多光谱扫描仪（多光谱扫描仪（多光谱扫描仪（多光谱扫描仪（MSS)MSS)MSS)MSS)：与红外扫描仪基本类似，其不同之处与红外扫描仪基本类似，其不同之处与红外扫描仪基本类似，其不同之处与红外扫描仪基本类似，其不同之处是，外加一个分光系统，把来自地物的电磁波信号，分成若是，外加一个分光系统，把来自地物的电磁波信号，分成若是，外加一个分光系统，把来自地物的电磁波信号，分成若是，外加一个分光系统，把来自地物的电磁波信号，分成若干个不同的波段，同时用多个探测器同步记录相应波段的信干个不同的波段，同时用多个探测器同步记录相应波段的信干个不同的波段，同时用多个探测器同步记录相应波段的信干个不同的波段，同时用多个探测器同步记录相应波段的信息。而红外扫描仪只在红外波段工作。息。而红外扫描仪只在红外波段工作。息。而红外扫描仪只在红外波段工作。息。而红外扫描仪只在红外波段工作。专题制图仪专题制图仪专题制图仪专题制图仪TMTMTMTM：专题制图仪专题制图仪专题制图仪专题制图仪TMTMTMTM的成像原理与的成像原理与的成像原理与的成像原理与MSSMSSMSSMSS一致，与一致，与一致，与一致，与MSSMSSMSSMSS相比，空间分辨率由相比，空间分辨率由相比，空间分辨率由相比，空间分辨率由80808080米提高到米提高到米提高到米提高到30303030米；探测波段由米；探测波段由米；探测波段由米；探测波段由4 4 4 4个增加个增加个增加个增加到到到到7 7 7 7个。个。个。个。特点：特点：利用光电探测器解决了各种波长辐射的成像方法。输出的电利用光电探测器解决了各种波长辐射的成像方法。输出的电学图象数据，存储、传输和处理方面十分方便。但装置庞杂，高速学图象数据，存储、传输和处理方面十分方便。但装置庞杂，高速运动使其可靠性差；在成像机理上，存在着目标辐射能量利用率低运动使其可靠性差；在成像机理上，存在着目标辐射能量利用率低的致命弱点。的致命弱点。工作原理：扫描镜在机械驱动下，随遥感平台的前进运动而摆动，依3232线阵扫描仪成像原理：当飞机或卫星向前飞行时，在相机焦平面上与航向垂直的狭隙中，对出现的与航向垂直，且与缝隙等宽的一条地面影像连续摄影。线阵扫描仪成像原理：当飞机或卫星向前飞行时，在相机焦平面上与3333遥感数据采集与存储课件3434 2002 Space Imaging,LLC.Confidential and ProprietaryCourtesy ASK,SAC 2002 Space Imaging,LLC.Con3535框幅式数码相机成像原理：同普通数码照相机框幅式数码相机成像原理：同普通数码照相机3636遥感数据采集与存储课件3737遥感数据存储遥感数据存储3838遥感图像的存储模式磁带、磁盘、光盘原格式数据商用格式遥感图像的存储模式磁带、磁盘、光盘3939遥感图像的存储模式-原格式数据BIP按像元波段交叉式，以一对像元为基本单位进行记录BIL按照扫描行为单位，各波段同一扫描行数据依次记录BSQ以波段为单位，每波段所有扫描行依次记录遥感图像的存储模式-原格式数据BIP按像元波段交叉式，以4040遥感图像的存储模式-商用数据格式Erdas ImgGeoTiffPIXENVI遥感图像的存储模式-商用数据格式Erdas Img4141对于下列数据流，分别按BIL、BSQ、BIP给出其对应影像 6,8,20,15,30,15,18,20,30,0,12,15,39,27,26,9,10,25,21,56,12,27,33,27,19,20,28，对于下列数据流，分别按BIL、BSQ、BIP给出其对应影像 4242