1、基本概念

①影像

影像 ，亦稱圖像 （Image） 圖像有多種含義，其中最常見的定義是指包括照片、繪畫、圖表、示意圖等多種形式圖形和影像的總稱。 對應的英文單詞：image，picture, photo, painting, figure，通稱為image 圖形（Graph） 概念： ① 線劃圖：工程設計圖、數學曲線圖、地圖； ② 明暗/著色圖：藝術繪畫 ③ 基本組成要素：點、線、面符號和文字注記 計算機圖形學（Computer Graphics）：研究如何利用計算機生成、處理和顯示圖形的學科，是計算機科學的一個重要領域。 圖像與圖形的區別 圖形生成基于模型、人的構思和想象，而蘊含于影像中的模型有 待識別 圖像中存在著大量難以為模型表達的要素，或者不確定性

②模擬影像與數字影像

【模擬影像】 又稱光學影像，以膠片、相紙等硬拷貝形 式存儲的影像。廣義的模擬影像還包括繪畫。 模擬影像的主要特點（連續性假設）： ① 空間位置的變化是連續的 ② 每一空間位置上的亮度、色彩變化是連續的 ③ 符合數學上微積分連續性的定義 模擬影像的類型 ① 黑白影像 ② 彩色影像 【數字影像】 相當于模擬影像的柵格化表達，用離散數值陣列量 化表達影像空間明暗或色彩變化，便于計算機存儲、 處理和表達 數據記錄的基本單元是像元（或稱像素，pixel） 以二維或高維數值矩陣形式存儲的影像，度量參數： 行、列、灰階、波段 特點：離散化 （空間位置離散化；亮度、色彩離散化） 模擬影像和數字影像之間的轉換 A/D轉換（Analog-Digital）——影像數字化：采樣、量化 D/A轉換（Digital-Analog）——影像恢復（回放） 模擬影像屬于可視影像，便于直觀表達，但不便存儲；數字影像 屬于非可視影像，便于存儲，但不直觀。

③光學影像處理和數字影像處理

光學影像處理：利用光學、電子學方法和照相技 術對影像進行處理，通過改變成像所需的曝光時間、 曝光量等參數而制作出不同亮度、色彩特征的影像的處理方法。 數字影像處理：利用計算機對影像進行一系列的 操作，從而獲得所需要信息的處理方法，通常包括 影像變換、壓縮與恢復、增強、校正、模式識別等幾個方面。 遙感影像處理：影像校正、影像增強、影像融合、多光譜 變換與分析 遙感影像分析：特征提取、傅立葉分析、小波分析 定量遙感分析：地表物理與生物物理、生物化學參數反演 遙感影像分類：多光譜、高光譜影像的模式識別、人工智 能遙感信息提取

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2、遙感數據的獲取和數字化

①遙感系統

遙感系統是一個從地面、空中，到太空，從遙感 信息收集、存儲、傳輸、處理到分析、判讀、應用的完整的技術體系，主要包括5個部分： ① 遙感地面觀測/觀測場 ② 信息獲取設備（遙感平臺、傳感器） ③ 信息傳輸 ④ 信息處理 ⑤ 信息應用 【傳感器類型及工作波長范圍】 【遙感影像數字化：采樣與量化】 采樣：將空間上連續的影像變換成為離散像元點的操作。決定地表單位距離或單位面積內采集的像元點數、點間距，相應確定了遙感影像數據的行、列數。采樣控制參數： 采樣間隔：空間間隔/時間間隔 采樣孔徑：光學采集器成像孔徑（IFOV），決定了光通量 列數和行數（row and path） 量化：將采樣單元內輻射亮度轉換成整數灰度級的過程。決定遙感影像數據記錄單元的灰階數。 若量化至0～255，0代表純黑，255代表純白，0～255之間的數值就代表介于純黑和純白的灰級。 在計算機數據存儲過程當中，每一灰階可以記錄為一個8位二進制數（或一個字節），以與計算機數據存儲字位數相對應。

②影像數據的存儲

【基本二進制形式】

BSQ、BIL、BIP

逐波段存儲BSQ（Band SeQuential，波段順序記錄）

按照波段順序依次記錄各波段的影像，影像數據按照波段依次分塊存儲，便于各個波段數據記錄的提取，但不利于波段之間的數值運算。

逐行存儲BIL（Band Interleaved Line，行順序波段交叉排列）

逐行按波段次序排列，影像數據以行為單位依次存儲各個波段的數據，各存儲單位內按照波段依次存儲各個像元的灰度值。

逐像元存儲BIP（Band Interleaved by Pixel，像元順序波段交叉排列）?

每個像元按波段次序交叉排序，以像元為單位存儲各個波段的數據，便于波段之間的數值運算，但不利于各個波段數據記錄的提取。

【標準圖像格式 】

BMP、TIFF與GeoTIFF、JPEG、GIF

【數據壓縮】

變長編碼 、游程長度編碼 、LZW編碼 、有損壓縮

【影像類型與灰度、顏色、波段之間的關系】

二值影像：一個波段，像元的量化值只有0、1兩個量；

黑白影像（灰階影像）：一個波段，一般量化為256個灰階，即0~255，以單字節記錄，亦即1 Byte；量化為10、11、12bit的高輻射分辨率影像通常以雙字節加以存儲（2 Byte）

彩色影像：三個波段，分別對應紅、綠、藍三個波段，每一波段有256個灰階，最多可達到的色彩數為224=1.67×107種

編碼彩色影像（indexed color image）：影像編碼為256種彩色，即0~255，每一編碼代表一種可辨別的顏色；需要引入顏色查找表（LUT），建立編碼值與實際顯示紅、綠、藍三色之間的對應關系

【影像數據量】

行數（M）×列數（N）×灰階數（G）×波段數（D)

如：某SPOT-3/4 HRV多光譜影像 3000行×3000列×1Byte×3波段 = 27000000bytes = 25.74MB

【遙感數據產品等級】

0級產品：未經過任何校正的原始影像數據

1級產品：經過了初步輻射校正的影像數據

2級產品：根據衛星軌道和姿態等參數以及地面系統中的有關參數對原始數據進行了幾何校正

3級產品：利用地面控制點對影像進行了幾何精糾正，使之具備更高的空間位置精度。

③遙感數據的分辨率

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• 空間分辨率（spatial resolution）

傳感器能夠有效區分的最小地物單元的尺寸或大小。

• 時間分辨率（temporal resolution

遙感影像重復覆蓋同一目標區域的時間周期。

提高時間分辨率的途徑： 增加幅寬，并減小空間分辨率

• 光譜分辨率（spectral resolution）

傳感器記錄的電磁輻射的波長范圍和波段數量，分別對應遙感影像的波段寬度和波段數。

單波段：黑白/全色影像

4～7波段：多光譜（multispctral），光譜分辨率10~102nm量級

數十～數千波段：高光譜（hyperspectral），光譜分辨率1～10nm量級

• 輻射（亮度）分辨率（radiometric resolution）

傳感器區分反射或發射電磁輻射強度差異的能力，決定了地物對應輻射量的變化幅度及量化等級數

64灰階（26）

128灰階（27）

256灰階（28）

1024灰階（210）

4096灰階（212）

溫度分辨率：地表熱輻射探測靈敏度

• 角度分辨率（angular resolution）

傳感器對地觀測所具備的多角度觀測能力。

• 極化分辨率（polarized resolution）?

不同粗糙度的地表類型對于不同波長的微波波段呈現不同的后向散射特性。當這種電磁波與地表相互作用時，會使電磁波的極化方向產生不同程度的旋轉，形成水平和垂直兩個分量，可用不同極化的天線去接收，從而形成不同極化方式的雷達影像。

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3、遙感數字影像處理系統

①硬件

輸入設備：磁帶機、掃描儀、CD/DVD-ROM 存儲設備：磁盤/磁盤陣列、磁帶/磁帶庫、光盤/光盤庫 數據存儲單位：bit, Byte, KB, MB, GB, TB, PB 運算器、處理器：CPU 輸出設備：顯示屏、打印機、繪圖機 交互設備：鍵盤、鼠標、顯示屏 網絡：局域網、互聯網

②軟件

操作系統（Windows，UNIX，Linux, MacOS） 軟件開發工具（Fortran，C/C++，Java, Matlab, Python） 影像數據庫管理系統 Oracle SQL Server 專業影像處理軟件 ENVI/IDL ERDAS Imagine PCI Geomatica 增值軟件(需根據系統需求進行系統的二次開發) 針對實際業務需求完善相應的功能 用戶界面增強 系統集成（例如：辦公自動化系統、環境災害監控系統）

③數據

Landsat MSS/TM/ETM+/OLI 、SPOT HRS、RADARSAT 、IKONOS、Quickbirds、WorldView II Terra/Aqua MODIS、 ASTER、MISR ……

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4、常用遙感影像處理軟件

①ERDAS Imagine

ERDAS Imagine是Leica Geospatial Imaging（簡稱ERDAS LLC，前身為獨立的ERDAS公司，幾年前為Leica公司所收購）開發的遙感影像處理系統，是目前遙感影像信息處理領域延續時間最長的知名品牌。 影像處理技術先進、用戶界面和操作方式友好、靈活，產品模塊應用領廣闊域，模型開發工具服務于不同層次，以及高度的遙感—地理信息系統集成功能，為遙感技術應用領域的用戶提供了內容豐富而功能強大的影像處理工具。 跨平臺運行軟件：UNIX、Windows NT 4/Windows 2000/XP/7 擁有近半數的遙感用戶市場（46%）。

【核心模塊】

IMAGINE Essentials：基本地圖生產系統，提供了眾多的工具生產以影像可視化與分析（增強、非監督分類、專題制圖、三維景觀顯示等）、信息集成（影像與矢量的編輯、影像庫管理、矢量數據查詢檢索等）和幾何糾正為主的高質量專題地圖制作，還擁有易于使用的應用界面擴展工具EML宏語言。

IMAGINE Advantage：在Essentials的基礎上增加了易于使用而且是集成的環境，使用戶能夠通過影像鑲嵌、DEM插值、高級影像解譯（增強、濾波、高光譜圖形處理、富立葉變換、融合）和對航空照片進行正射影像糾正來完成對影像數據的綜合分析，同時支持GIS分析。

IMAGINE Professional：在Advantage基礎上提供了快速影像檢測與分類、多種監督分類方法所需的分類采樣、特征選擇、分類優化以及精度評價等完整的工具。特別功能包括無需編程就能擴展應用功能的圖形空間數據建模工具、雷達影像基本分析工具和完整而專業易用的分類工具。一個用于地學分析的專家分類器，知識庫系統，高光譜庫和高光譜影像分析與信息提取的完整工具。

IMAGINE Vector擴展矢量處理：ARC/INFO Coverage矢量數據無需轉換，即可直接操作。

IMAGINE VirtualGIS三維可視化分析：三維可視化、貫穿飛行，3D模型分析支持。

IMAGINE Virtual Explorer（創建數字地球與網上三維空間信息共享）：新出現在９.0以來的版本當中，可將地球轉換成為清晰且在地理空間上精確的、非并行的三維數字真實世界。ＴＢ級空間數據的無縫集成、融合。使用太空星球觀察視角的瀏覽環境。用戶可以用以創建自己的三維數字地球。

IMAGINE AutoSync（影像智能配準模塊）：在幾乎無需選擇控制點的情況下，利用灰度匹配和邊緣配準的算法，完成多時相不同分辨率影像的配準、嚴絲合縫，提高效率，降低勞動強度，并提高精度。

IMAGINE Easytrace（智能矢量化模塊）：自動或半自動地提取矢量數據，并賦屬性值，可快速、高效、低強度地獲取矢量數據

IMAGINE Radar Mapping System（雷達影像處理功能模塊）：包括雷達影像基本處理功能、正射糾正功能，StereoSAR DEM和IFSAR DEM。

IMAGINE Subpixel Classifier：子像元分類器模塊。

IMAGINE LPS Core（區域網正射糾正模塊）：基于Windows的數字攝影測量系統，通過增加自動化和區域網來減少正射影像的時間和費用。其內置傳感器模型提供了標準航攝相機、35mm和數碼相機、攝像機、SPOT 5和IRS-1C、IKONOS、Quickbird、OrbView、ASTER等處理模式。

LPS ATE+TE+Stereo：基于立體像對的DEM自動提取模塊：是LPS Core的擴展，重點增加了數字地形模型DEM的自動提取功能，支持多種傳感器模型

Stereo Analyst （2D/3D要素提取模塊）：微機版基于立體像對方法人工提取地形高程信息和三維要素，可從航片、攝像機、數碼相機和35mm相機所攝影像上提取三維信息，并形成3D shapefile。

IMAGINE C Developers’ Toolkit：基于VC/C++函數庫的ERDAS IMAGINE二次開發、功能擴展模塊。

IMAGINE ATCOR 2&3：大氣輻射校正和霧霽去除模塊。

IMAGINE NITF：美國國家影像傳輸格式模塊：影像與注及集成模塊。NITF是美國國家影像傳輸標準格式。

②ENVI/IDL

軟件開發商現為Exelis Visual Information Solution, Inc。其前身為ITT Visual Information Solutions公司、RSI公司（Research Systems Inc.）。2007年，ESRI公司與ITT Visual Information solutions公司宣布商務合作計劃，使ArcGIS與ENVI在數據格式上完全互相支持和互操作。即ENVI完全支持Geodatabase，ArcGIS完全支持ENVI格式。

【產品優勢】

強大的底層IDL支持系統的二次開發。IDL是進行二維或多維數據可視化、分析和應用開發的理想軟件工具，廣泛應用于天文學、醫學、遙感科學研究。ENVI是由遙感領域的科學家采用IDL開發的一套功能強大的遙感影像處理軟件。

ENVI具有靈活、友好的界面，簡單易學，便于操作

多源遙感數據格式支持，包括全色、多光譜、雷達、熱紅外、激光雷達等，超過80種數據格式，包括HDF、GeoTIFF和NITF等。

GIS矢量數據輸入、輸出和分析

一整套的高光譜數據處理工具：混合像元分類、匹配濾波、線性波譜分離、光譜角分類、波譜特征匹配、決策樹分類和人工神經元分類

③PCI Geomatica

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的遥感学习笔记（八）——遥感影像的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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