地球遥感领域数字图像处理的应用与发展

课程设计报告

设计题目： 地球遥感领域数字图像处理的应用与发展 学 院： 电子工程学院 专 业： 电子信息工程 班 级： 学号：

学生姓名： 电子邮件： 时 间：

成 绩： 指导教师：

西 安 电 子 科 技 大 学

电 子 工 程 学 院

课 程 设 计（报告）任 务 书

学生姓名职称

学生学号 专业 电子信息工程

题目 地球遥感领域数字图像处理的应用与发展 任务与要求

通过观察和查阅地球遥感领域中有关数字图像处理技

术的应用和相关资料，对目前国内外地球遥感领域所采

用的数字图像处理手段和技术现状进行比较讨论，并研

究该技术在地球遥感领域的需求和作用，完成地球遥感

领域中数字图像处理技术的应用与发展综述报告。

开始日期 2012 年 8 月 27 日

完成日期 2012年 9 月 7 日

课程设计所在单位 智能信息处理研究所

2012年 9 月 7 日

地球遥感领域数字图像处理的应用与发展 摘要

地球遥感因其机动灵活、空间分辨率高、平台可装载多种遥感器，在波段、空间和时相的选择航空像片是最早也是最广泛应用的遥感信息源之一，经过几十年来的实践已形成了一门完整的科学，建立了坚实的理论基础和实用的工艺流程，在大地测量、国土规划、工程建设等方面显示了它的巨大应用能力。光学摄影相机从航空到宇宙空间取得了重大进展，相应的摄影胶片化学涂层的光谱响应也从可见光扩展至近红外，光学纠正、冲印处理更臻完善，对应用目标的解译分析方法也逐步形成体系，到目前为止光学摄影图像的地物空间分辨率仍居各类遥感图像之首。这些图像无论是在成像、存储、传输过程中，还是在判读分析中，都必须采用很多数字图像处理方法。

关键字：地球遥感 图像

The application and development of Digital Image Processing in the remote sensing Abstract

The remote sensing of earth is one of the remote sensing information sources which are the ealist and widely used in the band ,space,and time phase selection aerial photograph,because of its flexiblity,high spatial resolution and loading a variety of remote sensor.It has been a complete subject in practice after several decades.And it establishs a solid theoretical foundation and practical process.It shows a huge application capablity in geodesy, land planning and engineering construction.Optical photographic camera made significant progress from aviation to space.Chemical coating on the spectral response of the corresponding photographic film is also extended from the visible to near infrared.It has been increasing perfect of optical correct and print processing.A system gradually formed in interpretting the analytical method of application target.The optical photographic image of the surface features spatial resolution continued to hold all kinds of remote sensing images first so far.These images must be employed in digital processing whether in the imaging, storage, and transfer process, or in the interpretation of the analysis.

Keyword: The remote sensing of earth image

一、数字图像处理简述及在地球遥感领域的初步发展：

数字图像处理是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。图像处理最早出现于 20 世纪 50 年代，当时的电子计算机已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。正是基于它对图像处理的技术，使得它在地球遥感领域得到广泛应用 。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。如LANDSAT 系列陆地卫星，采用多波段扫描器（MSS ），在900km 高空对地球每一个地区以18天为一周期进行扫描成像，其图像分辨率大致相当于地面上十几米或100米左右（如1983年发射的LANDSAT-4，分辨率为30m ）。这些图像在空中先处理（数字化，编码）成数字信号存入磁带中，在卫星经过地面站上空时，再高速传送下来，然后由处理中心分析判读。这些图像无论是在成像、存储、传输过程中，还是在判读分析中，都必须采用很多数字图像处理方法。 数字图像处理的优点：

二、数字图像处理的优点：

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。只要图像在数字化时准确地表现了原稿，则数字图像处理过程始终能保持图像的再现。

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。现代扫描仪可以把每个像素的灰度等级量化为16位甚至更高，这意味着图像的数字化精度可以达到满足任一应用需求。对计算机而言，不论数组大小，也不论每个像素的位数多少，其处理程序几乎是一样的。换言之，从原理上讲不论图像的精度有多高，处理总是能实现的，只要在处理时改变程序中的数组参数就可以了。回想一下图像的模拟处理，为了要把处理精度提高一个数量级，就要大幅度地改进处理装置，这在经济上是极不合算的。

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（例如X 射线图像、 射线图像、超声波图像或红外图像等）。从图像反映的客观实体尺度看，可以小到电子显微镜图像，大到航空照片、遥感图像甚至天文望远镜图像。这些来自不同信息源的图像只要被变换为数字编码形式后，均是用二维数组表示的灰度图像（彩色图像也是由灰度图像组合成的，例如RGB 图像由红、绿、蓝三个灰度图像组合而成）组合而成，因而均可用计算机来处理。即只要针对不同的图像信息源，采取相应的图像信息采集措施，图像的数字处理方法适用于任何一种图像。

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。

三、地球遥感领域中常用数字图像处理手段和技术：

1. 光增强处理. 数字图像处理的光增强处理具有精度高，反应目标地物更加真实，图像目视效果等优点，是图像处理的重要方法之一。光增强处理又包含相关掩膜处理、改变对比度、显示动态变化和边缘突出四种方法。对于遥感黑白影像可以采用假彩色编码处理，使单波段影响彩色化，实现图像增强效果。

2. 数字校正处理

（1）辐射畸变处理：地物的辐射经过大气层时，与大气层发生散射作用和吸收作用。吸收作用直接降低地物的辐射能量，引起辐射畸变。散射作用除了会降低地物的辐射能量外，大气散射的部分辐射还会进入传感器，直接叠加在目标地物的辐射能量之中，成为地物辐射的噪声，降低了图像的质量。对于这种辐射畸变，可采取直方图最小除去法和回归分析法。

直方图最小除去法：将每个波段中每个像元的亮度值都减去这个波段的亮度的最小值，使图像亮度动态范围得到改善，对比度增强，从而提高图像质量。

（2）几何畸变处理：遥感图像的几何位置上发生变化，产生诸如行列不均与，像元大小与地面大小对应不准确，地物形状不规则变化等变化叫做几何畸变。校正方法：

几何系统校正：地面接收站在提供给用户资料前，针对几何畸变的原因，根据卫星姿态、传感器性能指标、扫描特征等参数，按常规处理方案，对图像几何变形进行校正。

几何非系统校正：利用地面控制点改正图像的几何形变，产生一副符合某种地图投影或图件表达要求的新图像。

3. 图像增强处理

1）图像直方图：直观的了解图像的亮度值分布范围、峰值的位置、均值以及亮度值分布的离散程度。直方图的曲线可以反映图像的质量差异。

2）对比度变换：通过改善图像象元的亮度值来改变图像象元的对比度，从而改善图像质量的处理方法。

3）空间滤波：根据需要，舍弃不需要的频率曲线，选择适宜和需要的频率波形曲线，重新构造图像，使一些地物或现象得到突出显示。

4）彩色变换：把数字图像组合转换成彩色图像，或者把各种增强或分类图像进行组合叠加，以彩色图像显示出来。

5）图像运算：两幅或多幅单波段影像，完成空间配准后，通过一系列运算，可以实现图像增强，达到提取某些信息或去掉不需要信息的目的。

6）多光谱变换：针对多光谱影像存在的一定程度的相关性以及数据冗余现象，通过函数变换，达到保留主要信息，降低数据量，增强或提取某些有用信息的目的。

五、应用及发展前景：

总体上说，遥感技术的应用已经相当广泛，应用深度也不断加强。目前，在地学科学、农业、林业、城市规划、土地利用、环境监测、考古、野生动物保护、环境评价、牧场管理等各个领域均有不同程度的应用，遥感技术也已成为实现数字地球战略思想的关键技术之一。地球科学中的矿产勘查，地质填图等是较早应用遥感技术的领域，随着遥感技术的发展，其应用潜力还可以不断地挖掘；在精细农业、环境评价、数字城市等新领域，遥感技术的应用潜力巨大。此外，GIS 技术，虚拟现实技术、GPS 技术、数据库技术等的快速发展也无疑为遥感技术的更广、更深的应用提供了技术支持。80年代末国外一些遥感部门开展了一系列应用研究工作，取得了很好效果；近年来面阵CCD 器件生产工艺的进步和分辨率的提高使CCD 数字相机应用进一步发展，美国林业局以及遥感研究中心在农林资源管理方面已取得实用成果；我国通过“八五”攻关研制成功了航空CCD 数字相机，从而推动丁其应用研究，并取得了初步效益，随着应用的扩展和相应处理技术的完善，航空CCD 数字图像的应用前景将更广阔，虽然目前还不能替代航空光学摄影，但是CCD 数字相机的应用使航空遥感进入了一个新的阶段 21世纪的航空遥感将是数字遥感的新世纪。

参考文献：

1. 郭经 航天标准化研究所 《国内外遥感标准现状分析》 北京 100071

2. 长江大学精讲课程之《遥感技术》 荆州 434000

3. 刘德长 叶发旺 《后遥感应用技术与卫星遥感信息产业化》 中国宇航出版社

4. 《航空计算技术》1997年04期 《数字图像在航空遥感领域中的应用》