第1章　绪论

人类可以通过眼、耳、鼻、舌等身体的部位感知世界。这样可以获取各种感兴趣的信号，进一步通过信号处理技术就能提取感兴趣的信息。例如，图1-1所示为描述“哈尔滨工业大学”的一段语音信号图像，是人类听觉系统感知到的一维语音信号。类似于人类大脑通过对听觉系统和视觉系统获得的信号进行分析与理解，提取人类相互之间日常交流的信息并指导人类各种社会活动的认知过程，人们通过计算机系统对获得的各种信号进行分析和加工等处理，就形成了信号处理研究领域的核心内容。我国有一句谚语叫“百闻不如一见”，借用到信号处理领域，说的就是“听觉系统”感知多次语音信号，都不如“视觉系统”感知一次图像信号的信息度高。研究表明，在人类可以接收的各种信息中，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。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（如土地利用变化监测等）尤其深入。

图1-1　描述哈尔滨工业大学的一段语音信号图像

遥感是指非接触、遥远地感知目标信息。关于遥感的概念，唐代诗人王之涣在《登鹳雀楼》中就写道“欲穷千里目，更上一层楼”，意思就是“如果要想遍览千里风景，那就请再登上一层高楼”，即“站得高，看得远”。因此，为了探测更多、更远，甚至人类无法到达的地方的信息，人们通过不断探索，发明了飞机、卫星等遥感探测平台，从遥远的平台上来观测地球，获得更多有价值的信息，进而诞生了遥感这门新兴的综合性科学技术[1-2]。

遥感技术最基本的产品就是遥感图像。广义来讲，人类视觉系统（human visual system，HVS）可以理解为工作在电磁波可见光波段的一种遥感传感器。遥感图像通常是指遥感平台上的各种传感器对地表各类地物和现象进行远距离探测，接收并记录电磁波信号，进而形成各种不同类型的人类视觉系统可以感知的图像。此时的传感器不仅仅局限于人类视觉系统所能感知的可见光波段，而是可以扩展到红外、微波等波段。从信号探测的角度，所有传感器感知到的图像信号都是电磁波的函数，区分这些图像信号的关键就是它们的波长。需要注意的是，遥感成像最初源于“摄影测量”和“胶片成像”的影像，因此在一些文献中也通常称其为“遥感影像”。

随着遥感技术和图像处理技术的飞速发展以及人们对图像应用需求的不断扩大，人们通过遥感平台探测图像的手段也更加多样化。可见光-近红外、多光谱和高光谱、中红外和热红外、合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）等多种传感器所获得的多源遥感图像数据量更加巨大、信息量更加丰富。如何从这些不同类型遥感图像中提取有价值的信息，使它们最大限度地服务于人类，正是遥感图像处理及解译技术要完成的任务。遥感图像处理及解译就是基于现代信号处理技术，根据电磁波与地表物体的作用机理及被探测目标的电磁特性，对这些图像数据进行分析、加工等，最后形成有价值的信息来服务于人类应用需求的综合性技术。为此，本书以电磁波波粒二象性为物理基础，以航空航天应用需求或应用案例为牵引，以经典图像处理和人工智能等新技术相结合，系统地介绍遥感图像的信息探测、压缩传输、解译处理及应用等相关内容。