7第七章遥感图像目视解译与制图

1第七章遥感图像目视解译与制图遥感图像解译分为两种：目视解译：指专业人员通过直接观察或借助判读仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程。遥感图像计算机解译：以计算机系统为支撑环境，利用模式识别技术与人工智能技术相结合，根据遥感图像中目标地物的各种影像特征，结合专家知识库中目标地物的解译经验和成像规律等知识进行分析和推理，实现对遥感图像的理解，完成对遥感图像的解译。2目视解译的重要性1.目视解译是信息社会中地学研究和遥感应用的一项基本技能。遥感技术可以实时地、准确地获取资源与环境信息，如重大自然灾害信息等，可以全方位、全天候地监测全球资源与环境的动态变化，为社会经济发展提供定性、定量与定位的信息服务。通过目视判读遥感图像–地理学家可以了解山川分布，研究地理环境等–地质学家可以了解地质地貌或深大断裂–考古学家可以在荒漠中寻找古遗址和古城堡……由于目视判读需要的设备少，简单方便，可以随时从遥感图像中获取许多专题信息，因此是地学工作者研究工作中必不可少的一项基本功。3目视解译的重要性2.遥感图像处理和计算机解译的结果，需要运用目视解译的方法进行抽样核实或检验。通过目视解译，可以核查遥感图像处理的效果或计算机解译的精度，查看它们是否符合地域分异规律，这是遥感图像计算机解译的一项基础工作。忽视目视解译在遥感图像处理和计算机解译中的重要作用，不了解计算机处理过程中的有关图像的地学意义或物理意义，单纯强调计算机解译或遥感图像理解，有可能成为一种高水平的计算机游戏。计算机技术的日益发展，会更加迫切要求运用目视解译的经验和知识指导遥感图像计算机解译，从这点来看，目视解译是遥感图像计算机解译发展的基础和起始点。4遥感图像目标地物的识别特征目视解译的认知过程5图像是人的视觉所能感受到的一种形象化的信息。日常生活中，人们经常能够接触到各种不同的图像，如黑白照片和彩色图像等。人从外界获取的信息中，80％以上是通过视觉获得的。对于地表空间分布的各种物体与现象，遥感图像包含的信息量远比文字描述更为丰富、直观和完整。因此，在地学研究中人们非常注意利用遥感图像来获取地球表层资源与环境的信息。遥感图像目视解译的目的是从遥感图像中获取需要的地学专题信息，它需要解决的问题是判读出遥感图像中有哪些地物，它们分布在哪里，并对其数量特征给予粗略的估计。遥感图像目标地物的识别特征6一、目标地物的特征1.色：指目标地物在遥感影像上的颜色，包括色调、颜色和阴影。2.形：指目标地物在遥感影像上的形状，包括形状、纹理、大小、图形等。3.位：指目标地物在遥感影像上的空间位置，包括目标地物分布的空间位置、相关布局等。遥感图像目标地物的识别特征遥感图像中目标地物特征是地物电磁辐射差异在遥感影像上的典型反映。按其表现形式的不同，目标地物特征可以概括分为3类:7遥感图像目标地物的识别特征色调（tone）：全色遥感图像中从白到黑的密度比例叫色调（也叫灰度）。如海滩的砂砾，因含水量不同，在遥感黑白像片中其色调是不同的，干燥的砂砾色调发白，而潮湿的砂砾发黑。色调标志是识别目标地物的基本依据，依据色调标志，可以区分出目标地物。在一些情况下，还可以识别出目标地物的属性。例如，黑白航空像片上柏树为主的针叶林，其色调为浅黑灰色，山毛榉为主的阔叶林，其色调为灰白色。目标地物与背景之间必须存在能被人的视觉所分辨出的色调差异，目标地物才能够被区分。8遥感图像目标地物的识别特征北京故宫博物院与护城河之间的色调差异。9遥感图像目标地物的识别特征颜色（colour）：是彩色遥感图像中目标地物识别的基本标志。日常生活中目标地物的颜色是地物在可见光波段对入射光选择性吸收与反射在人眼中的主观感受。遥感图像中目标地物的颜色是地物在不同波段中反射或发射电磁辐射能量差异的综合反映。彩色遥感图像上的颜色可以根据需要在图像合成中任意选定，例如多光谱扫描图像可以使用几个波段合成彩色图像，每个波段赋予的颜色可以根据需要来设置。按照遥感图像与地物真实色彩的吻合程度，可以把遥感图像分为假彩色图像和真彩色图像。10遥感图像目标地物的识别特征假彩色图像上地物颜色与实际地物颜色不同，它有选择地采用不同的颜色组合，目的是突出特定的目标物。TM4（红）、3（绿）、2（蓝）假彩色合成图像11遥感图像目标地物的识别特征–真彩色图像上地物颜色能够真实反映实际地物颜色特征，这符合人的认知习惯。同一景多光谱扫描图像的相同地物，不同波段组合可以有不同的颜色，目视判读前需要了解图像采用哪些波段合成，每个波段分别被赋予何种颜色。–人眼具有很高的区分色彩能力，将遥感图像赋予颜色，能够充分显示地物的差异，如森林及农作物看上去同为绿色，由于存在微小色差，有经验的目视解译人员仍然能判别出树种及作物的种类。15遥感图像目标地物的识别特征阴影（shadow）：是遥感图像上光束被地物遮挡而产生的地物的影子.根据阴影形状、大小可判读物体的性质或高度，如航空像片判读时利用阴影可以了解铁塔及高层建筑物等的高度及结构。阴影的长度、方向和形状受到光照射角度、方向和地形起伏等影响，山脉等阴影笼罩下的树木及建筑物往往会使目标模糊不清，甚至丢失。不同遥感影像中阴影的解译是不同的，例如：侧视雷达影像中目标地物阴影由目标阻挡雷达波束穿透而产生，热红外图像中目标地物阴影是由于温度差异所形成，例如夏季中午飞机飞离机场不久进行热红外成像，地表仍会留下飞机的阴影。1617遥感图像目标地物的识别特征形状（shape）：目标地物在遥感图像上呈现的外部轮廓。如飞机场、港湾设施在遥感图像中均具有特殊形状。用于判读的图像通常多是垂直拍摄的，遥感图像上表现的目标地物形状是顶视平面图，它不同于我们日常生活中经常看到的物体形状。由于成像方式的不同，飞行姿态的改变或者地形起伏的变化，都会造成同一目标物在图像上呈现出不同的形状。解译时必须考虑遥感图像的成像方式。20遥感图像目标地物的识别特征纹理（texture）：也叫内部结构，指遥感图像中目标地物内部色调有规则变化造成的影像结构。如航空像片上农田呈现的条带状纹理。纹理在高分辨率像片上可以形成目标物表面的质感，在视觉上看上去显得平滑或粗糙，幼年林看上去像天鹅绒样平滑，成年的针叶树林看上去很粗糙。纹理可以作为区别地物属性的重要依据。21遥感图像目标地物的识别特征大小（size）：指遥感图像上目标物的形状、面积与体积的度量。它是遥感图像上测量目标地物最重要的数量特征之一。根据物体的大小可以推断物体的属性，有些地物如湖泊和池塘，主要依据它们的大小来区别。判读地物大小时必须考虑图像的比例尺。根据比例尺的大小可以计算或估算出图像上物体所对应的实际大小。影响图像上物体大小的因素有地面分辨率、物体本身亮度与周围亮度的对比关系等。22遥感图像目标地物的识别特征位置（site）：指目标地物分布的地点。目标地物与其周围地理环境总是存在着一定的空间联系，并受周围地理环境的一定制约。位置是识别目标地物的基本特征之一，例如水田临近沟渠。位置分为地理位置、相对位置。依据遥感图像周框注记的地理经纬度位置，可以推断出区域所处的温度带，依据相对位置，可以为具体目标地物解译提供重要判据，例如位于沼泽地的土壤多数为沼泽土。2728遥感图像目标地物的识别特征–图型（pattern）：目标地物有规律的排列而成的图形结构。例如住宅区建筑群在图像上呈现的图型，农田与周边的防护林构成的图型，以这种图型为线索可以容易地判别出目标物。–相关布局（association）：多个目标地物之间的空间配置关系。地面物体之间存在着密切的物质与能量上的联系，依据空间布局可以推断目标地物的属性。例如，学校教室与运动操场，货运码头与货物存储堆放区等都是地物相关布局的实例。36遥感图像目标地物的识别特征(总结）4.形状：目标地物在遥感图像上呈现的外部轮廓。5.纹理：也叫内部结构，指遥感图像中目标地物内部色调有规则变化造成的影像结构。6.大小：指遥感图像上目标物的形状、面积与体积的度量。7.位置：指目标地物分布的地点。8.图形：目标地物有规律的排列而成的图形结构。9.相关布局：多个目标地物之间的空间配置关系。1.色调：全色遥感图像中从白到黑的密度比例叫色调（也叫灰度）2.颜色：是彩色图像中目标地物识别的基本标志。3.阴影：是图像上光束被地物遮挡而产生的地物的影子。据此可判读物体性质或高度。37遥感图像目标地物的识别特征地面各种目标地物在遥感图像中存在着不同的色、形、位的差异，构成了可供识别的目标地物特征。目视解译人员依据目标地物的特征，作为分析、解译、理解和识别遥感图像的基础。38第二节目视解译的认知过程遥感图像知觉形成的客观条件遥感图像的认知过程39遥感图像知觉形成的客观条件色调完全均一或颜色完全相同的图像是不能产生图像知觉的，目视判读遥感图像时，只有在遥感图像上存在着颜色差异或者色调差异时，并且这种差异能为判读者视觉所感受，才有可能将目标地物与背景区别开。这是图像知觉形成的客观条件。40遥感图像知觉形成的客观条件遥感图像上颜色差异或者色调差异达到一定程度时，目标地物就容易与背景产生对比，形成形状和纹理。遥感图像中，不同目标地物往往表现出不同的颜色或不同的色调，呈现出形状与纹理的差异。目视判读过程中，图形知觉的持续性取决于目标地物与背景的对比度。对比度高，地物目标的边界清晰，视网膜细胞感受的光刺激强，视神经活动处于兴奋状态，构成图像知觉稳定。反之，图形知觉易于消失。为了提高目视判读效果，人们经常使用图像增强技术来扩大地物之间的对比差异，以便于判读。41遥感图像知觉形成的客观条件心理特点对遥感图像解译的影响1.同一时刻，只有一种地物是目标地物,图像的其余部分以目标地物的背景出现,此时判读者的注意力往往集中在目标地物上.2.判读者的知识和经验对目标地物的确认有一定的导向作用,因此,不同的解译者可能得出不同的结论.3.心理惯性对目标地物的识别有一定的影响.4.观察的时效性.正确辨认目标地物,需要一个最低限度的时间才能完成.42遥感图像的认知过程遥感图像知觉形成的客观条件:遥感图像存在颜色差异或色调的差异。遥感图像颜色差异或色调的差异达到一定程度时,目标地物就容易与背景产生对比，形成纹理和形状.1.自下向上的过程图像信息获取、特征提取、识别证据选取。2.自上向下的过程特征匹配、提出假设、图像辨识遥感图像解译是一个复杂的认知过程，对一个目标的识别，往往需要经历几次反复判读才能得到正确结果。概括来说，遥感图像的认知过程包括:43遥感图像的认知过程自下向上过程图像信息获取特征提取识别证据选取44遥感图像的认知过程自下向上过程–图像信息获取：图像判读过程中，人眼感受到遥感图像中颜色、色调、形状和纹理等信息，视网膜的视锥细胞及视杆细胞接受这些信息并转换为神经冲动，由视神经传导到各视觉中枢。在信息传输过程中，图像的颜色、形状和空间位置信息沿着三条独立通道在神经系统中传输，经过大脑皮层的整合功能，实现图像信息的空间与时间精确的配位，构成图像的知觉。45遥感图像的认知过程自下向上过程–特征提取：大脑皮层特定的功能区负责选择性知觉的加工，进行图像特征提取，遥感图像各种目标地物特征信息会转换成各种模式的神经冲动而被记录下来，从而完成各种信息的抽取。试验证明，判读者熟悉的遥感图像，无论从什么方向去辨识目标地物，都可以将它识别，这是因为判读者掌握了图像上不同地物特征的缘故。46遥感图像的认知过程自下向上过程–识别证据选取：从多种特征中选取识别证据是一个复杂的认知过程，其中的认知机制有待心理学家阐明。但试验表明，经常阅读汉字的人，熟悉并掌握汉字的全局特征，就会把它作为一个单元来区别，而不再注意它的局部细节特征。碰到潦草手写体汉字，即使少掉一个笔画，一般不会影响到人们的正确阅读。这说明，人类认知过程中存在着一个选取识别证据的过程。当碰到复杂的目标地物时，人类知觉会对多个特征进行选择，区分全局特征和局部特征，并把全局特征作为识别证据来指导图像中目标地物的识别。在识别证据不