第一章： 數(shù)字圖像基礎(chǔ)

第一節(jié)：數(shù)字圖像獲取

1.圖像：①廣義上講我們?nèi)庋鬯姷氖澜缇褪菆D像

②圖像是客觀存在的二位、三位灰度或彩色的圖在認(rèn)知感覺中所產(chǎn)生的“像”

模擬圖像：在圖像處理中，如紙質(zhì)照片、電視模擬圖像等通過某種物理量的強(qiáng)弱變化來記錄圖像亮度信息的圖像。

數(shù)字圖像：把連續(xù)的模擬圖像離散化成規(guī)則網(wǎng)格并用計(jì)算機(jī)以數(shù)字的方式記錄圖像上各網(wǎng)格點(diǎn)亮度信息的圖像幾位數(shù)字圖像。

數(shù)字圖像是用一個(gè)數(shù)字陣列來表達(dá)客觀場(chǎng)景的圖像，是一個(gè)離散采樣點(diǎn)的集合，其中每個(gè)點(diǎn)具有各自的屬性。

數(shù)字圖像處理：將圖像轉(zhuǎn)換成空間上的一個(gè)數(shù)字的矩陣存放在圖像存儲(chǔ)器中，利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算和處理，以提高圖像質(zhì)量或者從中提取所需要的信息。

數(shù)字圖像獲取也即圖像數(shù)字化：就是把客觀場(chǎng)景發(fā)射或者反射的電磁波信息首先利用光學(xué)成像系統(tǒng)生成一幅模擬圖像，通過轉(zhuǎn)換將模擬圖像轉(zhuǎn)換為離散化數(shù)字圖像。

轉(zhuǎn)換手段：①數(shù)碼相機(jī)拍攝②掃描儀掃描

圖像數(shù)字化包括了空間位置的離散化以及電磁輻射能量的離散化兩個(gè)過程。

空間位置離散化也稱采樣：將模擬圖像劃分為若干圖像元素，并賦予他們唯一的地址。

數(shù)字圖像的基本單位：像元/像素

電磁輻射能量的離散化也稱量化：就是把像元內(nèi)的連續(xù)輻射亮度用離散的數(shù)字值來表示，輻射亮度值也稱為灰度值，代表了不同圖像上的亮暗水平。

空間分辨率：

應(yīng)用：圖像的空間分辨率是用來衡量數(shù)字圖像對(duì)模擬圖像空間坐標(biāo)離散化的精度。

概念：空間分辨率是指數(shù)字圖像上能夠唄詳細(xì)區(qū)分的最小單元的尺寸或大小。

三種表示方法：①像元大小。因?yàn)橛械乩砜臻g坐標(biāo)，空間分辨率常用單個(gè)像元所代表的地面面積大小來表示。例如：TM影像通常為30M

②線對(duì)數(shù)。對(duì)于攝影系統(tǒng)來說，圖像的空間分辨率通常用每毫米的線對(duì)數(shù)來表示。線對(duì)就是指一堆同等大小的明暗條紋，每毫米內(nèi)線對(duì)數(shù)越多，說明圖像的空間分辨率越高。

③瞬時(shí)視場(chǎng)。瞬時(shí)視場(chǎng)是指?jìng)鞲衅鲀?nèi)單個(gè)探測(cè)元件的受光角或觀測(cè)視野，瞬時(shí)視場(chǎng)越小，空間分辨率越高。

輻射分辨率：

圖像的輻射分辨率是在圖像獲取時(shí)的量化過程中產(chǎn)生的。

定義：傳感器探測(cè)元件在接受光譜信號(hào)時(shí)所能分班的最小輻射度差。

反映了傳感器對(duì)光譜信號(hào)強(qiáng)弱的敏感程度和區(qū)分能力。

在數(shù)字圖像中，常用輻射量化級(jí)（灰度級(jí)）來表示輻射分辨率的能力，輻射量化等級(jí)越多，所得圖像層次越豐富，輻射分辨率越高1，圖像質(zhì)量越好，同時(shí)數(shù)據(jù)量也增大。

光譜分辨率：

定義：光譜分辨率時(shí)傳感器探測(cè)元件在接受目標(biāo)地物輻射能量時(shí)所用的波段數(shù)目，波長(zhǎng)位置和波段間隔。

拓：高光譜數(shù)據(jù)在可見光-近紅外波段范圍被分割成幾百個(gè)窄波段，具有很高的光譜分辨率，有利于識(shí)別更多物體，甚至一些光物質(zhì)成分也能被識(shí)別。

時(shí)間分辨率：

定義：時(shí)間分辨率是指對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)的最小時(shí)間間隔。重復(fù)觀測(cè)的時(shí)間間隔越小，時(shí)間分辨率越高。

其大小主要取決于飛行器的回歸周期。

目標(biāo)不同時(shí)，飛行器的觀測(cè)時(shí)間也不同。（樹木-周，天氣-小時(shí)，城市變化-年）

第二節(jié)：數(shù)字圖形特征

*數(shù)字圖像是通過二維數(shù)字陣列來表達(dá)物體信息，數(shù)字陣列的行列號(hào)決定了每一個(gè)像元的位置，像元的屬性是目標(biāo)地物的電磁輻射強(qiáng)度或者像元的灰度值。數(shù)字圖像可以直觀的表現(xiàn)物體的空間分布特征。香院的灰度值有利于圖像分析和處理。

空間分布特征相關(guān)問題：

1.數(shù)字圖像如何表達(dá)物體？

答：數(shù)字圖像利用一組空間上相連且灰度值相近或相同的像元來表達(dá)物體。

2.物體在數(shù)字圖像上的空間特征有哪些？

答：空間位置、形狀、大小、空間關(guān)系等。

3.空間位置具體指什么？

數(shù)字圖像中物體的空間位置是用行列號(hào)來表示的，因?yàn)閿?shù)字圖像是以二維矩陣結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)來描述物體的。

如果物體是由多個(gè)像元組成的，那么物體的中心位置則是由所有像元的行列號(hào)的平均值來確定。

4.數(shù)字圖像中物體的形狀如何描述？

物體的形狀在數(shù)字圖像上是利用像元組合來近似描述的。

現(xiàn)實(shí)生活中，我們將物體分為點(diǎn)狀、線狀和面狀三類。像元的組合及針對(duì)不同地物有不同的組合，點(diǎn)狀的像元數(shù)較少，線狀的像元就是表現(xiàn)為條形。

5.物體的大小指什么？

物體的大小是指線狀物體的長(zhǎng)度或者面狀物體的面積。

在圖像上表現(xiàn)為像元的集聚數(shù)量，通常利用描述物體的像元個(gè)數(shù)來表示。

6.物體的空間關(guān)系有哪些？

①相鄰②包含③相離

數(shù)值統(tǒng)計(jì)特征：

1.數(shù)字圖像的信息有哪兩種？

①空間位置信息②亮度信息

2.對(duì)圖像的灰度分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的意義是？

提取圖像信息時(shí)，需要考慮物體的兩岸成都，目標(biāo)物與背景在亮度上的差異等信息，因此需要對(duì)灰度分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

3.解釋灰度直方圖

圖像的灰度直方圖時(shí)用來描述一幅數(shù)字圖像的灰度分布，橫坐標(biāo)是灰度級(jí)，縱坐標(biāo)是各灰度級(jí)在圖中出現(xiàn)的像元個(gè)數(shù)總和。

其性質(zhì)是：①任何一幅圖像都有自己對(duì)應(yīng)的直方圖，但相同的直方圖可能對(duì)應(yīng)不同的圖像。②如果一幅圖像由兩個(gè)不連續(xù)區(qū)域組成，并且每個(gè)區(qū)域的直方圖已知，則整幅圖像的直方圖就是這兩個(gè)區(qū)域的直方圖的組合。

4.什么是灰度值？什么是灰度級(jí)？

灰度值是指圖像像元的數(shù)字值，也稱數(shù)字量化值（DN）

灰度級(jí)是將圖像像元灰度值范圍按照相同的間隔進(jìn)行分段，每一段代表一個(gè)灰度級(jí)。

5.直方圖的應(yīng)用有哪三點(diǎn)？

①圖像獲取質(zhì)量評(píng)價(jià)

太亮、太暗、太廣對(duì)于圖像質(zhì)量來說都不是很好。

②邊界閾值的選擇。

直方圖在具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的波峰時(shí)，說明圖像中主要由兩類或更多類別的目標(biāo)地物，因此波峰之間的谷底灰度值可被選作閾值來區(qū)分不同類別的目標(biāo)地物

③噪聲類型判斷。

不同的噪聲有不同的直方圖，當(dāng)一幅直方圖的樣子和某噪聲很接近的時(shí)候，我們就可以判斷該圖像中有什么噪聲。

第三節(jié)：數(shù)字圖像輸出

第四節(jié)：數(shù)字圖像的種類

1.數(shù)字圖像有哪五類？

①黑白圖像②灰度圖像③偽彩色圖像④真彩色圖像⑤假彩色圖像

①黑白圖像也稱二值圖像，每個(gè)像元的灰度值不是0就是1.

②灰度圖像在遙感中被稱為單波段圖像，每個(gè)像元的灰度值的取值范圍由灰度量化級(jí)決定。當(dāng)像元的灰度值取值范圍是0-255時(shí)，表現(xiàn)出來的顏色和（RGB模型）中的值相等，表現(xiàn)出來的顏色就是RGB值表現(xiàn)出來的顏色。就是當(dāng)像元值是127時(shí)，RGB值為（127，127，127）此時(shí)表現(xiàn)為灰色。

③偽彩色圖像就是單波段的圖像用彩色來進(jìn)行表示。與灰度圖像的差別就是偽彩色圖像的RGB值是不同的。比如灰度值為30時(shí)，RGB值為（255，0，0）此時(shí)就灰度值為30的像元表現(xiàn)為紅色。

④真彩色圖像就是紅光通道對(duì)應(yīng)紅光波段的輻射亮度、綠光通道對(duì)應(yīng)綠光波段的輻射亮度、藍(lán)光通道對(duì)應(yīng)藍(lán)光波段的輻射亮度時(shí)，就叫做真彩色圖像

⑤假彩色圖像就是波段顏色和通道顏色不一一對(duì)應(yīng)。543的波段組合表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)假彩色，此時(shí)的植被為紅色。

總結(jié)

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