La imagen digital, también llamada imagen digital, es una imagen expresada en forma de una matriz bidimensional (matriz). La matriz consta de píxeles de puntos de muestra generados al muestrear una imagen espacial que varía continuamente a intervalos iguales. El espacio entre los puntos de muestreo depende de la resolución de la imagen o del valor de los puntos de muestreo (píxeles) que obedecen a las leyes de muestreo pertinentes. Generalmente es el valor promedio de los cambios continuos dentro del intervalo de muestreo, generalmente llamado valor de brillo o valor de gris. Sus intervalos máximo y mínimo representan el rango dinámico de la imagen digital. El significado físico de una imagen digital depende de la naturaleza del objeto muestreado. Para imágenes digitales de teledetección, corresponde a la distribución bidimensional de la intensidad de la radiación electromagnética de los objetos en el área de imagen.
En las imágenes digitales, los píxeles son la unidad más básica. La posición de cada píxel se puede determinar mediante sus coordenadas de fila y columna (x, y); el valor de brillo (z) normalmente oscila entre 0 (negro) y 255 (blanco). Por lo tanto, cualquier imagen digital puede representarse mediante el sistema de coordenadas tridimensionales de X, Y y Z. Por ejemplo, la imagen Landsat MSS (Figura 4-8) puede considerarse como un sistema de coordenadas tridimensional con z=0-255. MT, VFC, etc. Mismo, pero diferente número de filas y columnas.
Figura 4-8 Principio de síntesis de imágenes digitales Landsat MSS
Las imágenes digitales pueden provenir de varias fuentes: la mayoría de los satélites de teledetección, como MSS, TM, HRV, AVERR, etc. , la información de teledetección de la escena terrestre se graba directamente en la cinta digital, y el sistema receptor relacionado (estación terrestre satelital de teledetección, estación receptora de satélites meteorológicos, etc.) puede proporcionar la correspondiente cinta digital compatible con computadora (CCT) y su formato de grabación. Siempre que el personal de la aplicación ingrese los datos CCT en el sistema de procesamiento de imágenes por computadora de acuerdo con el formato de grabación, puede obtener imágenes digitales y realizar diversos procesamientos de imágenes para imágenes de película, puede usar densitómetros de transmisión, escáneres de puntos voladores, escáneres de tambor y; escáneres de cámara convierten la densidad de la imagen en valores numéricos para formar imágenes digitales sin sensores remotos, como mapas topográficos, mapas geológicos, mapas aeromagnéticos, mapas de gravedad, mapas de anomalías geoquímicas, etc. , también se puede convertir en imágenes digitales a través de un digitalizador. Se pueden registrar y combinar con precisión imágenes digitales de diferentes fuentes de la misma zona.
En comparación con las imágenes ópticas, las imágenes digitales tienen las características de un alto nivel de cuantificación (256 niveles), baja distorsión, alta precisión de registro de diferentes imágenes y una transmisión y almacenamiento convenientes. Lo que es especialmente importante es que. puede ser procesado de manera flexible y sencilla por computadoras. El procesamiento confiable y efectivo permite una mejor interpretación y análisis de imágenes de detección remota y otros efectos de aplicación.
(2) Procesamiento de imágenes digitales
Las imágenes digitales organizan los datos en filas y columnas de píxeles con diferentes valores de brillo. Su característica más básica es que las coordenadas espaciales y los valores de brillo de los píxeles están discretizados, es decir, solo pueden tomar valores limitados y ciertos. Por tanto, la discreción y la finitud son las características matemáticas más básicas de las imágenes digitales. El llamado procesamiento de imágenes digitales consiste en construir varios modelos digitales y algoritmos correspondientes basados en las características digitales de las imágenes digitales, y luego realizar cálculos (transformación matricial) a través de computadoras para obtener imágenes de salida y datos relacionados que sean más propicios para aplicaciones prácticas. . Por lo tanto, el procesamiento de imágenes digitales también suele denominarse procesamiento mejorado por computadora.
El procesamiento de imágenes digitales se puede dividir básicamente en dos tipos en términos de algoritmos: uno es el procesamiento puntual, es decir, al realizar operaciones de transformación de imágenes, solo se ingresa el valor de un píxel en el espacio de la imagen, y el valor se procesa punto por punto hasta que Después de procesar todos los puntos, como mejora del contraste, mejora de la relación, etc., el otro es el procesamiento de vecindad, es decir, para generar la salida de un nuevo píxel, los valores de; Es necesario ingresar varios píxeles adyacentes al píxel. Este tipo de algoritmo se utiliza generalmente para el procesamiento de características espaciales, como varios procesos de filtrado. El procesamiento de puntos y el procesamiento de vecindad tienen diferentes superficies de adaptabilidad, por lo que al diseñar algoritmos, es necesario elegir diferentes objetos de procesamiento y objetivos de procesamiento.
En el procesamiento de imágenes digitales por teledetección, la cantidad de datos es generalmente muy grande y, a menudo, es necesario procesar un conjunto de imágenes digitales (multibanda, multitemporal, etc.) al mismo tiempo. . Por lo tanto, es necesario construir varios modelos matemáticos y diseñar diferentes algoritmos de acuerdo con las características espectrales, espaciales y temporales de las imágenes de detección remota para diferentes objetos y requisitos. No solo tiene métodos de procesamiento ricos, sino que también ha formado sus propias características. . Desarrollado en una tecnología especializada. Según los diferentes propósitos y funciones de procesamiento, el procesamiento actual de imágenes digitales por teledetección incluye principalmente los siguientes cuatro aspectos.
1. Procesamiento de restauración de imágenes: Dirigido a corregir o compensar la distorsión de la radiación, la distorsión geométrica, diversos ruidos y la pérdida de información de alta frecuencia durante el proceso de obtención de imágenes. Pertenece a la categoría de preprocesamiento, que generalmente incluye corrección de radiación, corrección geométrica, amplificación digital, empalme digital, etc.
2. Mejora de la imagen: a través de algunas transformaciones matemáticas, los datos recuperados pueden ampliar la diferencia de escala de grises entre las imágenes, resaltando así la información del objetivo o mejorando los efectos visuales de la imagen y mejorando la interpretabilidad. Incluye principalmente mejora del contraste, mejora del color, mejora de la operación, mejora del filtro, mejora de la transformación y otros métodos.
3. Procesamiento de síntesis de imágenes: Registrar espacialmente y superponer imágenes digitales de diferentes fuentes en una misma área según coordenadas geográficas unificadas, para comparar o analizar de manera integral diferentes fuentes de información. También llamada síntesis de información de elementos múltiples, incluye tanto información de teledetección como de teledetección, así como información de geociencias de teledetección y no teledetección.
4. Procesamiento de clasificación de imágenes: para una variedad de datos de detección remota, según las características de los píxeles (vectores de valor de brillo) en el espacio espectral multidimensional y ciertos criterios estadísticos de toma de decisiones, la computadora divide y identifica diferentes grupos espectrales Tipo para realizar la identificación y clasificación automática de cuerpos geológicos. Existen métodos de clasificación supervisados y no supervisados.
La relación entre el proceso de procesamiento de imágenes digitales de teledetección y el contenido de cada parte se muestra en la Figura 4-9. Esta sección presentará brevemente varios métodos de procesamiento comúnmente utilizados desde la perspectiva de las aplicaciones geológicas de detección remota. Algunos métodos (como el procesamiento compuesto) se discutirán en los capítulos de aplicaciones relevantes.
El procesamiento de imágenes digitales se puede realizar en un sistema de procesamiento de imágenes dedicado o en una computadora o microcomputadora de uso general. Los resultados del procesamiento se pueden imprimir como un diagrama de símbolos digitales (Figura 4-10) o mostrarse en color en un monitor a color. Puede generar imágenes en blanco y negro de una sola banda, o imágenes compuestas de múltiples bandas o en color de varios resultados de procesamiento de cálculo (consulte la placa ③; puede filmarse internamente o escanearse en una película para obtener imágenes, o puede filmarse); externamente para rehacer imágenes, no solo se puede formar directamente el gráfico de resultados y se proporcionan varios datos estadísticos, que también se pueden registrar en el CCT para su transmisión. En definitiva, es muy flexible y cómodo, y tiene mayor adaptabilidad que el procesamiento óptico de imágenes, por lo que sus aplicaciones están cada vez más extendidas.
Figura 4-9 Proceso básico del procesamiento digital de imágenes por teledetección
(3) Sistema de procesamiento de imágenes digitales
El procesamiento de imágenes digitales por teledetección no solo tiene una gran cantidad de datos; transferencias frecuentes y gran profesionalismo. Por lo tanto, generalmente se lleva a cabo en equipos de procesamiento especializados. Los equipos informáticos especiales y su software funcional utilizados para el procesamiento de imágenes digitales se denominan sistemas de procesamiento de imágenes digitales y constan de dos partes: un sistema de hardware y un sistema de software.
Entre ellos, los sistemas de hardware se pueden dividir en dos categorías según las tendencias de desarrollo nacionales y extranjeros: sistemas informáticos especiales a gran escala (como el sistema S600 de la empresa I2S que se utiliza actualmente en China) y procesamiento de imágenes por microordenador. sistemas. Generalmente, incluyen los siguientes componentes básicos (Figura 4-11):
1. Host: un centro de control que realiza diversas operaciones, preprocesamiento, análisis estadístico y coordina el funcionamiento de varios dispositivos periféricos. equipamiento más básico. Generalmente es una computadora con alta velocidad y gran memoria, como VAX-11, VAX-3600, etc. A medida que la memoria de las microcomputadoras se hace cada vez más grande y la velocidad de computación se vuelve cada vez más rápida, se pueden usar microcomputadoras, como PC386, PC486 y varias estaciones de trabajo.
Figura 4-10 Diagrama de símbolos digitales de banda de frecuencia de Silver Moon Sandan TM5
Figura 4-Diagrama de estructura básica del sistema de procesamiento de imágenes digitales +01
2. Y unidad de disco: un dispositivo de transmisión de datos que conecta la cinta digital (CCT) y el host. No solo puede ingresar datos de CCT, sino también transmitir y registrar los resultados del procesamiento intermedio y final al CCT para sistemas de microcomputadoras, disquetes; Los discos se utilizan generalmente para la transmisión de datos de imágenes, pero para CCT por satélite con una gran cantidad de datos, se requiere una unidad de cinta con una interfaz de microcomputadora (como la F880).
3. Procesador de imágenes: un dispositivo central dedicado para el procesamiento de imágenes digitales. No solo realiza diversas funciones de procesamiento de imágenes, como restauración de imágenes, corrección geométrica, mejora, clasificación, etc., sino que también sirve como procesador. Host y varios dispositivos de entrada y salida. En lo que respecta al primero, en realidad es el hardware de varios programas de procesamiento de imágenes. En la actualidad, el procesador de imágenes M75 se usa comúnmente en China y puede procesar y mostrar rápidamente imágenes de 512 × 512 o 1024 × 1024; para sistemas de microcomputadoras, puede reemplazarse por una placa de procesamiento de imágenes (placa MVP-AT).
4. Dispositivos de salida: se utilizan para monitorear y analizar los resultados del procesamiento (monitor en color o pantalla en color) y grabación y dibujo (incluidas impresoras de línea ancha, impresoras de inyección de tinta en color, trazadores, escáneres de grabación de películas, etc.) .
Para un sistema completamente funcional, además de lo anterior, generalmente también incluye dispositivos de entrada como captura de imágenes de películas o digitalizador de escaneo, digitalizador de gráficos.
El sistema de software se refiere a varios programas que coinciden con el sistema de hardware y se utilizan para el procesamiento de imágenes y la implementación de operaciones. Generalmente incluye software del sistema y software de aplicación. El primero incluye un sistema operativo y un sistema de compilación, que se utilizan principalmente para ingresar instrucciones y parámetros y "hablar" con la computadora; el segundo es un software de aplicación compilado en un determinado lenguaje y almacenado en la biblioteca de aplicaciones del sistema de hardware; Los usuarios pueden utilizar el modo de diálogo o el modo de menú según la tarea de investigación, emitir las instrucciones correspondientes para utilizar estos programas y el anfitrión realizará cálculos y procesos para obtener los resultados requeridos. Diferentes especialidades a menudo diseñan sus propios sistemas de software de aplicación, por lo que han aparecido varios sistemas de software en el mundo, como el sistema VICAR de JPL, el sistema LARSYS, etc. En la actualidad, el lenguaje C se utiliza ampliamente en la programación de microcomputadoras y se ha desarrollado una serie de software de aplicación de procesamiento de imágenes de microcomputadoras.