第5章遥感图像的目视解译与制图1

2019/10/3面向二十一世纪课程教材遥感导论电子教案制作人：贾维花第5章遥感图像目视解译与制图本章提要5.1遥感图像目视解译原理5.2遥感图像目视解译基础5.3遥感制图主要内容：目视解译的原理、方法、要领和工作流程；遥感制图。重点：掌握如何建立目视解译标志，掌握遥感图像目视解译方法与工作步骤，熟悉常见的遥感图像解译。5.1遥感图像目视解译原理遥感成像与目视解译目视解译的生理和心理基础遥感目视解译标志目视解译的认知过程返回返回空间结构、时间特点化学组成、物理属性成像方式、探测波段投影方式、时空因素大小形状、色调灰阶畸变失真、成图比例增强处理、信息提取逻辑推理、对比分析空间结构、时间特点化学组成、物理属性大小形状、色调灰阶畸变失真、成图比例地表景观成像过程遥感影像遥感影像地表景观目视解译遥感成像与目视解译目视解译是遥感成像的逆过程。影像模型的色调、灰阶主要记录了地物电磁辐射差异；影像模型的坐标位置和图形、图案主要是反映地表景观的空间结构特点。人的眼睛由以下部分组成：眼球壁和折光部分，其中眼球壁分为外膜、中膜和内膜。外膜包括角膜和巩膜中膜包括虹膜、睫状体和脉络膜。构成眼睛器官的暗箱，有利于视网膜的色光感应。内膜由巩膜部、睫状体部和视网膜三部分组成。其中视网膜起到图像检测器或感受器的作用，图像信息通过视网膜传输到视神经系统。大脑不是简单的根据外部世界在视网膜上成像，而是根据经过聚集过程和因素分解过程处理后的信息来识别物体。目视解译的生理基础目视解译的心理基础人类心理特点在遥感图像解译中也存在着影响，这些特点包括：1.遥感图像解译过程中，在同一时刻中只有一种地物是目标地物，图像的其余部分则是作为目标地物的背景出现，此时人类注意力集中在目标地物上。2.目标地物识别时，目视者过去的经验与知识结构对目标物体的确认具有导向作用。因此，遥感图像上同一个目标地物，不同的解译者可能会得出不同的结论。3.心理惯性对目标地物的识别具有一定影响。在观察目标地物的图形结构时，空间分布比较接近的物体，图形要素容易构成一个整体。4.观察的时效性。实验证明，遥感图像辨识需要一段时间，这期间内，目视者先区分目标地物和背景，然后辨认目标的细节，最后构成一个完整的图像知觉，为了正确地辨认图像中的目标地物，需要一个最低限度的时间才能够完成。返回目视解译标志直接解译标志：也称判读要素，它是遥感图像上能直接反映和判别地物信息的影像特征，包括色调、颜色、形状、大小、阴影、纹理、图型、位置和相关布局。色调、颜色是最基本标志。间接解译标志：通过已识别出的地物或现象，进行相互关系的推理分析，进一步弄清楚其它不易在遥感影像上直接解译的目标，例如根据植被、地貌与土壤的关系，识别土壤的类型和分布等（P149）。返回色调色调：指影像上黑白深浅的程度，是地物电磁辐射能量大小或地物波谱特征的综合反映。色调用灰阶(灰度)表示，同一地物在不同波段的图像上会有很大差别；同一波段的影像上，由于成像时间和季节的差异，即使同一地区同一地物的色调也会不同；色调不能在不同的影像上对比。返回颜色颜色：指彩色图像上色别和色阶，如同黑白影像上的色调，它也是地物电磁辐射能量大小的综合反映，用彩色摄影方法获得真彩色影像，地物颜色与天然彩色一致；用光学合成方法获得的假彩色影像；根据需要可以突出某些地物，更便于识别特定目标。目视解译前需了解图像采用哪些波段合成，每个波段分别赋予何种颜色。返回形状形状：指目标物在影像上所呈现的特殊形状，在遥感影像上能看到的是目标物的顶部或平面形状。例如飞机场、盐田、工厂等都可以通过其形状判读出其功能。地物在影像上的形状受空间分辨率、比例尺、投影性质等的影响。解译必须考虑遥感图像的成像方式。返回火山煤气罐河流与江心洲新月形沙丘大小大小：指地物形状，面积或体积在影像上的尺寸。地物影像的大小取决于比例尺，根据比例尺，可以计算影像上的地物在实地的大小。对于形状相似而难于判别的两种物体，可以根据大小标志加以区别，如在航片上判别单轨与双轨铁路。返回阴影阴影：不同遥感影像中的阴影解译是不同的。可见光遥感：指影像上目标物，因阻挡阳光直射而出现的影子。分为本影和落影（P147）。阴影可使地物有立体感，有利于地貌的判读。根据阴影的形状、长度可判断地物的类型和量算其高度。热红外图像：阴影是由于温度差异所形成的。分为冷阴影和热阴影。（见P152）侧视雷达：微波影像上无回波区。主要由于地形起伏造成。（P167）航空象片上色调与光照方向的关系返回纹理纹理:也叫影像结构，是指与色调配合看上去平滑或粗糙的纹理的粗细程度，即图像上目标物表面的质感。草场及牧场看上去平滑，成材的老树林看上去很粗糙。海滩的纹理能反映沙粒结构的粗细，沙漠中的纹理可表现沙丘的形状以及主要风系的风向。纹理可作为区别地物属性的重要依据。返回图型图型：目标物有规律的组合排列而形成的图形结构，它可反映各种人造地物和天然地物的特征,如农田的垄、果树林排列整齐的树冠等，各种水系类型、植被类型、耕地类型等也都有其独特的图型结构。不同植被类型的组合图案不同类型农田的组合图案返回位置位置：包括有地理位置和相对位置。指地物所处的环境部位,各种地物都有特定的环境部位,即地物的环境专属性；因而它是判断地物属性的重要标志。例如：农田与水渠的相对位置，可以判断农田是水浇地、水田或旱地。返回相关布局相关布局：又称相关位置。指多个目标物之间的空间配置。地面上的地物与地物之间相互有一定的依存关系，例如学校离不开操场，灰窑和采石场的存在可说明是石灰岩地区。通过地物间的密切关系或相互依存关系的分析，可从已知地物证实另一种地物的存在及其属性和规模，这是一种逻辑推理判读地物的方法，在遥感解译中有着重要的意义。返回目视解译的认知过程1.遥感图像知觉形成的客观条件2.遥感图像的认知过程遥感图像上存在着能为判读者视觉所感受的颜色差异或者色调差异时，才有可能将地物目标与背景区别开。遥感图像的认知过程包括了自下向上的信息获取、特征提取与识别证据积累过程和自上向下的特征匹配、提出假设与目标辨识过程。返回5.2遥感图像目视解译基础1.遥感摄影像片的判读2.遥感扫描影像的判读3.微波影像的判读4.立体观察5.目视解译方法6.目视解译基本程序与步骤返回遥感摄影像片的判读1.遥感摄影像片的种类2.摄影像片主要特点3.摄影像片解译标志4.遥感摄影像片的判读方法可见光黑白全色像片黑白红外像片彩色像片彩红外像片多波段摄影像片热红外像片多数是用于航空摄影；遥感摄影像片绝大部分为大中比例尺像片；遥感摄影像片绝大部分采用中心投影方式成像，需进行正射纠正。直接判读标志：包括色调、颜色、形状、阴影、纹理、大小、图型等。间接解译标志：包括与目标地物成因相关的指示特征、指示环境的代表性地物、成像时间作为目标地物的指示特征。返回遥感摄影像片的判读方法1.黑白全色和红外像片解译：反射率高（低）色调白（黑）2.彩色和彩红外像片解译：真彩色像片地物的天然色彩基本反映①认真了解红外彩色片感光材料的特性和成像原理；②熟悉各种地物在可见光和近红外光波段的反射光谱特性；③建立地物的反射光谱特性与红外彩色片中地物假彩色的对应关系；④建立彩红外像片其它判读标志；⑤遵循遥感解译步骤与方法对彩红外像片进行解译。彩红外片解译步骤3.热红外像片解译：色调深浅热辐射的强弱和地物温度还受天气状况的影响。直接解译标志形状大小物体“热分布”形状地物大小地物与背景温差大，比实际尺寸大。阴影由目标物与背景的辐射差造成，分为冷阴影和热阴影两种。水体与道路常见地物的解译分析树林与草地土壤与岩石返回白天和黑夜成像不同色调不同，夜间比白天的解译效果要好，黎明前最佳。扫描影像判读常见扫描影像类型Landsat卫星数据SPOT卫星数据CBERS数据扫描影像特征扫描影像解译原则返回Landsat卫星传感器MSS：多光谱扫描仪，5个波段。TM：主题绘图仪，7个波段。ETM+：增强主题绘图仪，8个波段。通道号光谱段颜色波长范围/μmMSS4绿0.5～0.6MSS5红0.6～0.7MSS6红～近红外0.7～0.8MSS7近红外0.8～1.1MSS8远红外10.4～12.6TM10.45~0.52μm蓝绿波段TM20.52~0.60μm绿红波段TM30.63~0.69μm红波段TM40.76~0.90μm近红外波段TM51.55~1.75μm近红外波段TM610.4~12.5μm热红外波段TM72.08~2.35μm近红外波段MSS光谱效应MSS4波段为绿色波段，对水体有一定透射能力，在清洁的水体中透射深度可达10-20米，可以判读浅水地形和近海海水泥沙。由于植被波谱在绿色波段有一个次反射峰，可以探测健康植被在绿色波段的反射率。MSS5波段为红色波段，该波段反映河口区海水团涌入淡水的情况，对海水中的泥沙流、河流中的悬浮物质与河水浑浊度有明显反映，可区分沼泽地和沙地，可以利用植物绿色素吸收率进行植物分类。此外该波段可用于城市研究，对道路、大型建筑工地、砂砾场和采矿区反映明显，在红色波段各类岩石反射更容易穿过大气层为传感器接收，也可用于地质研究。MSS6波段为近红外波段，植被在此波段有强烈反射峰，可区分健康与病虫害植被，水体在此波段上具有强烈吸收作用，水体呈暗黑色，含水量大的土壤为深色调，含水量少的土壤色调较浅，水体与湿地反映明显。MSS光谱效应MSS7波段也为近红外波段，植被在此波段有强烈反射峰，可用来测定生物量和监测作物长势，水体吸收率高，水体和湿地色调更深，海陆界线清晰，第7波段可用于地质研究，划出大型地质体的边界，区分规模较大的构造形迹或岩体。水陆界线表现的十分明显，宜于确定潮间带、潮水沟、古河道、现代河道、边滩等。凡是水体几乎全黑色，生长茂盛的阔叶树具有很强的反射率，所以具有浅色调、而针叶树则差一些，色调较深，病树则有较浅的色调，对识别军事伪装很有力。该图像最易反映地貌、地质、水和水系结构。MSS8波段，为热红外波段，该波段可以监测地物热辐射与水体的热污染，根据岩石与矿物的热辐射特性可以区分一些岩石与矿物，并可用于热制图。返回TM光谱效应TM1（0.45～0.52um）属蓝绿光波段对水体穿透力强，对叶绿素浓度敏感。植被、水体、土壤在此波段的反射率差别明显。有助于判别水质、水深、水中叶绿素分布、沿岸水流、泥沙情况和近海水域制图，可用于土壤和植被分类。影像色调植被最暗，水体其次，新鲜雪最浅。TM2（0.52～0.60um）类同MSS4（0.5-0.6um）属蓝绿光波段。对水体具有较强的透射能力，水体色调较浅，可反映一定深度（大于10米）的水下地形，有利于识别水体浑浊度、沿岸流、沙洲等；叶绿素在此波段有一次反射峰称绿峰，健康的植物色调浅，可以按绿峰反射评价植物的生活力，区分林型、树种。蓝、绿、黄色地物影像一般呈浅色调，随着红色成分的增加而变暗。浮在水面的油污和金属化合物因防碍绿光的透过也所显示。陆地上颜色较浅的岩石地层和第四系松散沉积物、城镇、采石场呈浅色调。受散射光影响，此波段图像反差小，地物边界轮廓有些模糊。TM3（0.63～0.69um）与MSS5（0.6～0.7um）属橙红光波段。对水体有一定的透射能力（约2米），可反映水中泥沙含量、水下地貌和泥沙流。为叶绿素的主要吸收波段，健康的植物影像色调较深，病虫害植物，伪装的枯树等则呈浅色调。可反映不同植物的叶绿素吸收和健康状况，用于区分植物种类和覆盖度。橙红色地物影像一般呈浅色调，绿色地物则为深色调。裸露的地表、植被、土壤、水系、岩石、地层、地貌等的影像清晰，色调层次多，信息量丰富。常用来根据宏观和微观地貌特征和色调差别、进行岩性和地质构造解译。用于地貌特征研究效果较好。TM4（0.76～0.90um）与MSS7(0.8～1.1um)属于摄影近红外波段。属于水的强吸收和植物的强反射波段。对水体和湿地反映特别清楚，水系和水体轮廓在该波段的影像清晰，呈黑色调；浅层地下水丰富、土壤湿度大的地方，有较深的色调。植被在此波段有较