遥感影像判读

AllCopyrightsReservedBySoonyenJu1/8南京信息工程大学复习参考资料——遥感影像判读第一章绪论遥感影像判读既是一门学科，又是图像处理的一个过程：1.作为一门学科，遥感影像判读的目的是为了从遥感图像上得到地物信息所进行的基础理论和实践方法的研究2.作为一个过程，它完成地物信息的传递并起到揭示遥感图像内容的作用，其目的是取得地物各组成部分和存在于其他地物的内涵的信息分为计算机辅助判读和人工目视判读遥感影像判读的任务与实施任务根据应用范围：巨型、大型、中型和小型地物与现象的判读实施（组织方法）：野外判读、飞行器目视判读、室内判读、综合判读遥感信息的利用方式（5个）1.瞬时信息的定性分析：确定相关目标是否存在2.空间信息的定位：空间分布规律3.瞬时信息的定量分析：定量反演目标参数4.时间信息的趋势分析：地表物质能量迁移规律5.多源信息的综合分析遥感信息的技术支撑（6个）1.观察与测量仪器的改变2.产品形式的改变3.生产工艺的改变4.新一代传感器的研制5.地理信息系统的支持6.遥感应用模型的深化遥感影像判读的质量要求：分为用户精度（正确分类/所有分为该类制图精度）和制图者精度（正确分类/参考数据中的该类）1.判读结果的完整性（详细性）：与给定任务的符合程度，用质量指标评价2.判读的可靠性：与实际的符合程度，用质量和数量指标评价3.判读的及时性：资料及时；指定限期完成4.判读结果的明显性：便于理解和应用第二章遥感影像判读的理论基础地物的电磁辐射特性——地物的电磁辐射特性概念：1.从近紫外到中红外（0.3-6μm）波段区间能量最集中而且相对来说较稳定2.被动遥感主要利用可见光、红外等稳定辐射3.对流层：地表到平均高度12km处，航空遥感活动区，侧重研究电磁波在该层内的传输特性;AllCopyrightsReservedBySoonyenJu2/84.电离层：在80~1000km，卫星的运行空间遥感常用电磁波波段：1.紫外线：0.01-0.38μm，碳酸盐岩分布、水面油污染2.可见光：0.38-0.76μm，鉴别物质特征的主要波段；遥感最常用的波段3.红外线：0.76-1000μm，近红外0.76-3.0μm;中红外3.0-6.0μm;远红外6.0-15.0μm;超4.远红外15-1000μm（近红外又称光红外或反射红外；中红外和远红外又称热红外）5.微波：1mm-1m，全天候遥感；有主动与被动之分；具有穿透能力；发展潜力大大气对太阳辐射的影响:大气吸收：大气中有些物质能吸收一定波长的辐射能而转变成为热能(臭氧、二氧化碳、水)1.臭氧吸收带：紫外区0.3μm以下强吸收;远红外9.6μm强吸收;0.6μm，4.75μm和14μm弱吸收2.二氧化碳：低层大气，含量少；主要在红外区3.水：吸收太阳辐射能量最强的介质,对红外遥感有极大的影响（大气吸收影响主要是造成遥感影像暗淡.）大气散射:太阳辐射在传播过程中遇到小微粒，而使传播方向改变，并向各个方向散开1.瑞利散射：αλ，散射率与波长的四次方成反比，瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大2.米氏散射：α≈λ，散射强度与波长的二次方成反比3.无选择性散射：αλ，散射强度与波长无关,云雾通常呈现白色,阴天不宜遥感（原因：散射，反射）大气的散射作用:大气散射集中在太阳辐射能量最强的可见光散射是太阳辐射衰减的主要原因之一影响：改变了电磁波的传播方向;干扰传感器的接收;降低了遥感数据的质量大气窗口:通过大气而较少被反射、吸收或散射的透射率较高的电磁辐射波段地球辐射的特性:1.可见光与近红外(0.3-2.5µm):地表反射,太阳辐射为主2.中红外(2.5-6µm):地表反射太阳辐射和自身的热辐射3.远红外(大于6µm):地表物体自身热辐射为主植被电磁辐射特性:植被反射波谱特性:1.可见光波段：在0.55μm附近有反射率为10%~20%的一个波峰，0.45μm蓝光和0.67μm红光处有两个吸收带，受叶绿素的影响2.近红外波段：0.7μm~0.8μm间有一个反射陡坡，至0.8-1.3μm有一峰值，反射率高达40%或更高，受植被叶细胞结构的影响，形成植被的独有特征1.3~2.7μm波段，受含水量影响，吸收率大增，反射率下降，在1.45μm、1.95μm和2.6~2.7μm处形成低谷，对应1.6μm和2.2μm是反射峰红边：红光区外叶绿素吸收减少部位，到近红外高反射肩之间，健康植物的光谱响应陡然增加(其亮度增加约10倍)的窄条带区(约0.7~0.75μm)1.红移：叶绿素含量高，生长旺盛时，“红边”会向波长增加的方向偏移2.蓝移：受金属元素“毒害”、感染病虫害、受污染或缺水缺肥等原因“失绿”时，“红边”会向波长短的方向移动植被冠层的反射:由叶的多次反射和阴影的共同作用而成，阴影所占的比例受到光照度、叶的形状、大小、倾AllCopyrightsReservedBySoonyenJu3/8角等的影响冠层的反射低于单叶的实验室测量值，但在近红外谱段冠层的反射更强植被的发射辐射:(热红外波段)遵循普朗克黑体辐射定律，辐射出射度与植被的温度和波长直接相关植被的发射率随植物类别、水分含量等的变化而变化，健康的绿色植被的发射率一般在0.96~0.99植被的微波辐射:(微波波段)1.被动：植被的微波辐射能量（微波亮度温度）与植物及土壤的水分含量有关2.主动：植物的后向散射强度（即主动微波辐射）与其介电常数和表面粗糙度有关（反映了植物水分含量和植物群体的几何结构）土壤的电磁辐射特性:土壤的反射光谱:1.没有明显的峰值和谷值2.土壤反射光谱曲线较平滑，在不同波段的遥感图像上，土壤亮度区别不明显3.土壤的反射率与土壤水分和土壤有机质含量、土壤类型、土壤粗糙度和土壤质地土壤的矿物组成等有一定的关系土壤的发射波谱特性:1.土壤的发射辐射是由土壤温度状况决定的2.土壤温度与水分的蒸腾散失、风化和化学溶解，微生物活性及有机质的分解速度，种子萌发和植物生长有关3.影响土壤温度最重要的因素是土壤水分和土壤空气温度土壤的微波特性:1.影响土壤微波辐射特性的主要因素是土壤的表面结构（粗糙度和粒度）和土壤的电特性（介电常数和导电率）2.土壤水分是影响土壤介电常数的主要因素水体的电磁辐射特性水体的反射光谱特性:1.传感器接收的能量包括：水中光、水面的反射光、天空散射光，其前两部分包含有水的信息（水色、海面形态等信息）2.水体的反射主要在蓝绿光波段3.总体上，水体反射率不高，约在2~4%左右，其它波段吸收较强，特别是近红外波段，吸收就更强4.水体的反射光谱特性受水体自身的光学性质和水的状态（水体中所含的有机、无机悬浮物的浓度，类型，颗粒大小等）影响5.水色主要取决于水体中浮游生物含量（叶绿素浓度）、悬浮泥沙含量、营养盐含量（黄色物质、溶解有机物质、盐度指标）以及其它污染物、底部形态（水下地形）、水深等因素水体的发射光谱特性:1.史蒂芬玻尔兹曼定律和基尔霍夫定律:M=εσT42.水体在热红外图像上，白天时表现为黑色，夜间时表现为亮白色水体的微波辐射特性水体发射率低；可获得水面状况以及水面以下一定深度的温度、盐度和几何性质结构遥感影像的信息性能1.影像判读的可能性：地物的识别概率AllCopyrightsReservedBySoonyenJu4/82.目视判读中地物的识别概率取决于地物大小，遥感图像的参数和判读人员的能力3.遥感影像的信息性能：在可理解的形式中反映地物和现象的详尽程度4.内容：图像的成像能力、量测能力和信息容量遥感信息单元：1.图像属性相对一致的空间单元，以像元、灰度纹理等为基础，具有空间分辨率、时间分辨率辐射分辨率和光谱分辨率2.通过光谱响应及其时间效应与空间效应而具有明确的地学意义3.各级遥感信息单元与各种专题研究对象（地理单元）之间具有一定的关系第三章遥感影像判读原理与方法（重点）遥感影像判读的背景知识：专业知识、地理区域知识、遥感系统知识。遥感影像判读的内容：图像识别、图像量测、图像分析与专题特征提取。遥感影像判读的方法：1.人工信息提取：指专业人员通过直接观察或借助辅助判读仪器，在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程。2.计算机信息提取：在计算机系统的支持下，综合运用地学分析、遥感图像处理、地理信息系统、模式识别与人工智能技术，实现地学专题信息的智能化获取。3.遥感信息提取专家系统：人机交互。目视判读标志定义及分类判读标志：解译标志，指能够反映和表现目标地物信息的遥感影像各种特征。1.直接判读标志：能够直接反映和表现目标地物信息的遥感图像的各种特征。2.间接判读标志：能够间接反映和表现地物信息的遥感图像的各种特征，借助它可推断与某个地物属性相关的其他现象。判读标志分类：1.色：目标地物在遥感影像上的颜色，包括色调、颜色和阴影。2.形：目标地物在遥感影像上的形状，包括地物的形状、纹理、大小、图案等。3.位：目标地物在遥感影像上的空间位置，包括地物分布的空间位置、相关布局等。目视判读标志内容：1.色调(Tone)：指全色遥感图像中从白到黑的密度比例(灰度)；识别地物的基本依据。2.色调受多种因素影响（成像高度、时间、观察角度、传感器、成像材料、处成像后处理等，仅能在同一张像片上比较）。3.颜色(color)：地物在不同波段反射或发射电磁辐射能量差异的综合反映，彩色图像中目标地物识别的基本标志。4.阴影(shadow)：因倾斜照射，使遥感图像上光束被地物遮挡而造成的遥感影像上的暗色调；经常使用的标志之一。1)本影：地物未被太阳光直接照射到的背光阴暗部分；有助于获得地物的立体感。2)落影：阳光直接照射物体时，物体投在地面上的影子在像片上的构像；据落影形状和长度，可以帮助识别物体的性质、类型和高度。阴影对目标物判读的影响：1)增强了立体感，它的形状和轮廓显示了地物的高度和侧面形状，有助于地物的识别。2)掩盖地物信息，给判读工作带来麻烦。5.形状(shape)：目标地物在遥感图像上呈现的外部轮廓。识别地物的重要而明显的标志：有直线、曲线、环状、岛状、斑块状、扇状、条带状、面状等。AllCopyrightsReservedBySoonyenJu5/8影响因素：平台姿态、空间分辨率、投影性质。6.纹理(texture)：内部结构，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可作为区分地物属性的重要依据。分为点、斑块、格子、线条、波纹、环等。地物表面的质感：以平滑/粗糙度划分。影响因素：地物的表面特征，光照角度，图像的对比度。利用纹理特征可区分色调总体相同的两类物体，纹理也可以作为分类图像再细分的基本准则。7.位置(site)：指目标地物分布的地点，判断地物属性的重要标志。8.图案(pattern)：目标地物有规律的排列而成的图型结构。目视判读的影响因素：1.地物本身的复杂性：波谱特性、空间分布特性（同物异谱和异物同谱）、时间特性。2.传感器的性能指标：空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率、时间分辨率。3.人的因素：目视能力：图像的空间分辨能力、灰阶、色别和色阶的分辨能力。1)判读的知识和经验以及对判读地区的了解。2)心理因素：注意力（地物和背景）；心理惯性时效性。3)人的态度。目视判读方法：1.直接判读法：根据遥感影像目视直接判读标志，直接确定目标地物属性与范围的一种方法。2.对比分析法：将待判别的图像与其它图像或图形比较。1)同类地物对比法：同一景影像上，由已知地物推出未知地物的方法。2)空间对比法：由已知影像为依据判读未知影像。3)时相动态对比法：同一地区不同时间的遥感影像进行对比分析。3.信息复合法：采用信息复合，即同一区域内遥感信息之间或遥感与非遥感信息之间的匹配复合的方法判读地物。（多波段遥感信息复合、多时相遥感信息复合、多平台遥感信息复合、遥感信息与非遥感信息的复合）4.综合推理法：综合考虑遥感图像多种解译特征，结合生活常识，分析、推断某目标地物的方法。5.地学相关分析法：指充分认识地物之间的相关性，并借助这种相关性，在遥感图像上寻找目标识别的相关因子，即间接判读标志，从而推断和识别目标