前言

在人类感知世界的各种信息中，约有75%的信息是通过视觉系统获取的，进而也就形成了信号处理领域的独特分支，即图像处理。遥感作为一门新兴的综合性科学技术，不仅通过航空航天载荷平台扩大了人类视觉信息获取的范围，而且也通过多种传感器扩大了多样化探测信息的能力及图像处理技术新途径。理论上，尽管遥感图像处理及应用所涉及的可见光、高光谱、热红外、合成孔径雷达等多源图像特性可能千差万别，但无论是哪种传感器还是以什么方式探测的图像，都是用来描述电磁波的信号，而电磁波的信号又是反映地物目标物理特性的。所以遥感图像处理的核心就是通过现代信号处理技术，将感知的电磁波信号转换为人类应用需求的有价值信息。目前，图像处理技术已在自动目标识别、计算机视觉、遥感、机器人、自动驾驶、复杂智能制造系统、医学图像处理以及国防等众多领域有着广泛的应用，在遥感领域的研究内容尤其深入、应用潜能巨大。

目前，遥感图像处理技术及应用主要面临三方面的科学问题：（1）基于遥感成像系统信息感知的物理特性，如何客观地描述或表达数字图像信号；（2）经过数字图像处理后的结果，是否能满足人类的应用需求；（3）对于给定感知图像和应用要求，设计的处理算法是否最优。为此，本书在编排结构上，基本围绕这些科学问题展开，主要内容包括遥感图像处理涉及的基础理论、遥感图像处理涉及的共性技术，以及遥感图像处理技术及应用三大部分，共计10章。第一部分（第1～3章）为遥感图像处理涉及的基础理论：第1章系统介绍了遥感图像处理涉及的基本概念、基本理论和基本方法；第 2 章从图像物理特性出发，系统介绍数字图像处理中所涉及的数学及物理模型，以及遥感图像数字表示等；第 3 章主要介绍在图像处理中所涉及的傅里叶变换、离散余弦变换、小波变换等，其目的是将图像分解成简单形式以利于进一步处理。第二部分（第 4～6章）为遥感图像处理涉及的共性技术：第4章和第5章分别介绍遥感图像增强和遥感图像恢复，二者的共同点都是改善给定遥感图像的质量，以便进一步地进行遥感图像解译；第6章介绍遥感图像处理领域相对独立的研究方向，其目的是解决遥感图像大数据量与其传输或存储之间的矛盾。第三部分（第7～10章）为遥感图像处理技术及应用：第7章介绍遥感图像特征提取及描述，可理解为是一种信息高度浓缩的过程，是进一步实现图像分类、分割、目标识别、参数反演等技术的重要基础；第8章介绍遥感图像分类，主要任务是辨识图像中每个像素可能包含的不同地物目标类别；第9章的主要任务是将一个或多个感兴趣的特定目标与一个或多个其他目标区分开来并加以辨识，不同于遥感图像分类，这里的内容更加强调相似目标之间的精细区分；第10章介绍多源遥感图像的本质特征或互补信息，以实现遥感图像精细解译及深层次应用。

本书的突出特点主要体现在以下4个方面。

1．以航空航天领域对遥感图像处理的需求为牵引，理论和实际应用相结合

遥感图像信息探测的最终目的是服务于人类，满足人类的应用需求。在实际应用中，无论是遥感系统设计还是处理算法研究等，都离不开应用需求的约束，二者之间相互依赖、相互关联、相互制约。本书以航空航天领域对遥感图像处理的需求为牵引，采用理论和实际应用相结合的方式进行结构安排，在增加遥感图像处理技术实用性的同时，也避免了其处理算法介绍的空洞性。

2．紧跟国际学术前沿，引入机器学习等新技术于遥感图像处理及应用中

随着人工智能、思维科学等研究的迅速发展，遥感图像处理技术也向着更高、更深层次方向发展。本书在内容选取上，除了系统介绍图像处理的基础理论和经典技术，还在遥感图像处理及应用中引入机器学习等新技术，更加符合遥感技术和图像处理技术的发展趋势。

3．集图像信息探测—传递—处理—应用于一体，使物理模型和数学模型统一

人类认识世界往往是透过现象看本质，遥感图像处理技术也是如此。图像处理算法的设计不仅要考虑图像空间的外在几何特征和物理属性，更要考虑其构成图像目标的内在生化参数等本质信息所在。本书集图像信息探测—传递—处理—应用于一体，使探测所反映的物理模型与处理及解译技术所体现的数学模型达到统一，避免数字图像处理算法设计只从数字开始而忽略物理信息传递过程的弊端。

4．将研究新成果和实践新经验纳入本书，提高了相关内容的科学性和可读性

本书是作者及其团队从事研究生培养近30年、从事遥感图像处理及应用研究近40年的深刻体会，以及120余名研究生/留学生等的学术成果的总结。本书既包含了遥感图像处理技术及应用所涉及的基础理论和解译方法，也将科学研究新成果和实践新经验等纳入其中，对相关领域从业人员具有借鉴和指导作用。

本书由哈尔滨工业大学电子与信息工程学院张晔教授编著，张钧萍、陈浩、张腊梅、胡悦等参与了编写工作。本书的编写得到了哈尔滨工业大学杰出校友、空间遥感应用专家、中国科学院院士周志鑫的大力支持和帮助。周院士对本书的编写提出了许多指导性意见，还专门为本书作序，在此向周院士表示衷心感谢。

本书的许多内容和实验结果参考了作者指导过的研究生和留学生，以及团队其他成员及其研究生/留学生的学术成果，在此对他（她）们参与的研究工作以及对团队所作的贡献表示感谢。同时，感谢北京二十一世纪空间技术应用股份有限公司为本书提供的部分卫星图像。

在本书的编写过程中，作者对书中内容进行了逐字推敲，以提高可读性；对书中的图、表和实验案例等都进行了认真梳理，希望有助于读者对相关内容的理解和消化；对涉及的概念、理论和技术，都进行了适当的评述和分析，希望能讲清楚它们的物理意义和应用价值。

由于作者水平有限，书中不足之处，敬请读者批评指正。

张晔

2024年4月1日于哈尔滨