遥感技术与应用遥感图像的目视解译分析

第六章遥感图像的目视解译第一节遥感图像解译概述一、遥感图像解译（ImageryInterpretation）的概念遥感图像是地物电磁波特性的实时记录。遥感图像能够提供给解译者的信息有：目标的光谱特征信息主要由地物的类别、性质的差异决定目标的空间位置特征目标随时间的动态信息不同的目标，在上述性质和特征上是不同的所以，遥感图像解译定义为：根据遥感图像所提供的影像特征及其对应目标的特点进行推理和判断将目标识别出来，并进行定性、定量分析的工作就称为遥感图像解译（判读）一、遥感图像解译（ImageryInterpretation）的概念遥感图像解译（判读）的本质就是：利用遥感图像提供的各种数据，再结合解译者的学识和经验，确定空间什么位置（Where-Position）有什么目标（What-Qualitative）有多少(How-Quantitative）但是，遥感图像上的信息并非直接呈现出来，而是通过图像上复杂形式的色调、结构及它们的变化表现出来，因此要正确的认识它们必须具备相应的知识10mResolutionFalseColorCompositeofSPOT-MultispectralImagery(Nanjing,2002年11月7日)二、图像解译的背景知识1专业知识指需要熟悉所解译的学科及相关学科的知识。包括对地物成因联系、空间分布规律、时相变化以及地物与其他环境要素间的联系等知识。比如遥感地质探矿，首先需具备地层、构造、蚀变带等与找矿直接相关的地质知识和经验，还需要了解植物分布、土壤等相关知识。2地理区域知识指区域特点、人文自然景观等。每个区域有其独特的区域特征，即地域性，它影响到图像的图型结构等，它能直接帮助识别地物和现象3遥感系统知识解译者必须了解每一图像是怎样生成的；不同遥感器是如何描述景观特征的，它使用的何种电磁波段，空间分辨率是多少等等，怎样从图像中获得有用的信息等二、图像解译的背景知识遥感图像解译与日常目视观察有3点不同：A遥感图像通常为“顶视-鸟瞰”，而不同于日常生活中的透视B遥感图像常用可见光以外的电磁波段，而大多数我们熟悉的特征是在可见光谱段，可以表现得十分不同C遥感图像常用一种不熟悉或变化的比例和分辨率描述地球表面因此，对于初学者需要多对照地形图、实地或熟悉地物观测，以增强立体感和和景深印象，纠正视觉误差，积累图像判读经验遥感图像的解译过程是地面目标成像过程的逆过程，即从地面实况的模拟影像中提取遥感信息、反演地面原型的过程三、遥感图像解译的两种方式•目视解译（VisualInterpretation）借助人眼的观察和人的智能，结合一些量测工具（测微尺、放大镜、立体镜等）来识别图像中的目标。特点：解译者的学识和经验在判读中起主要作用，精度高，但难以对海量空间信息的定量化分析2计算机图像理解（ComputerImageryUnderstanding）以计算机软硬件为支撑，利用模式识别技术（PatternRecognition）和人工智能（ArtificialIntelligence）技术，建立图像解译专家系统（ExpertsSystem)从而让计算机模拟人工解译过程，“读取遥感图像上的特征”，进而确定图像上的目标。特点：速度快，处理方式灵活多样，整个处理过程通常是以人机交互方式进行，对计算机技术和算法要求较高，识别的精度通常不及目视解译一、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。第二节遥感图像目视解译标志二、解译标志的概念解译标志（InterpretationMark）：遥感图像上能帮助人们识别不同目标的那些影像特征。直接解译标志：能在遥感影像上直接看到可供判读的影像特征称为直接判读标志，如形状、大小、阴影、纹理、色调等；间接解译标志：指运用某些直接解译标志，根据地物的相关属性等地学知识，间接推断出的影像标志，如根据道路与河流相交处的特殊影像特征，可以判断渡口；根据植被、地貌与土壤的关系，来识别土壤类型和分布（如温带针叶林区多为灰化土）三、常用的解译标志•1色调/颜色（Tone/color）指地物反射、辐射电磁波的性质和能量强弱在影像上的表现全色遥感图像中从白到黑的密度比例叫色调是彩色图像中目标地物识别的基本标志说明两点：a解译者必须了解该解译图像中影像色调的支配因素如可见光和近红外图像均反映地物“反射”波谱特征的差异，涉及地物的物质组成、水分含量等；而热红外图像则反映地物“发射”波谱特征的差异，是地物温度差异的记录；b影像色调受到多种因素的影响除了受目标本身的波谱特征因时因地、因环境变化而变化外，还受到成像高度、成像时间（光照角度、强度）、遥感器、观察角度、成像后处理等多种因素的影响，因此使用色调标志时要特别小心影响影像色调变化的因素：（1）地物本身的颜色（2）地物表面的结构表面结构不一致，其光滑程度有差异a光滑表面（镜面反射—SpecularReflection）若传感器照射方向与太阳入射方向一致，此时影像呈暗色调；若传感器照射方向逆着镜面反射的方向，则影像呈亮色调b无光泽表面（粗糙表面，漫反射—DiffuseReflection）各方向上光线被均匀散射开来，因此无论哪个方向得到的影像色调均一c起伏不平的表面阳坡（Adret-SunnySlope）影像色调亮阴坡（Ubac-ShadySlope）影像色调暗（3）地物本身的反光能力（4）湿度的大小通常湿度越大则影像色调越暗利用此特征可以监测土壤湿度（5）摄影季节的不同春季植物色调浅，夏季色调深2阴影（Shadow）指因倾斜照射，地物自身遮挡光源而造成影像上的暗色调阴影分为本影和投落阴影，前者是地物背光面在影像上呈现的暗色调构像，有助于获得目标的立体感；后者是地物背光方向地物投射到地面的暗斑在影像上的构像，它反映地物的侧面形态，可以根据侧影的长度及照射角度反算地物的高度，但是，因为阴影的遮盖会掩盖一些信息，给解译工作带来不便3大小（Size）指地物长、宽、高、面积、体积等在影像上的记录,地物影像的大小不仅能求得地物的数量特征，而且对判读地物的性质也有帮助。例如，单轨铁路和双轨铁路从形状上往往不易区分，但通过量算其宽度则很容易区分地物影像的大小取决于影像的比例尺大小。因此，解译前要获得影像的比例尺4形状（Shape）是目标物的外形、轮廓a遥感图像记录的是目标物的顶面形状，不同于地面看的侧面形状b自然形成物往往形状复杂，不规则，轮廓边界呈现较圆滑自然的曲线如河曲冲击扇、火山锥等；人为活动的产物一般具有规则的几何形状，拐角明显呈一定角度，如田块、果园、城镇建筑物等c影像的比例尺和分辨率对形状影响较大，小比例尺时，往往呈现的是综合体的形状5纹理（Texture）是指具有不同色调和形状的细微影像按某种规则排列组合的集合，这种细微影像称为纹理基元。它往往是指图像上地物表面质感（平滑、粗糙、细腻等）如“花格子衬衫”（强调单个事物的重复规则排列，如果园果树的株行距、集约化程度高的田块排列，贵州山区梯田的排列）6图案（Pattern），即图型结构，是指多个人工目标重复排列的空间形式，它反映地物目标的空间分布特征。如建筑物、道路、绿化带形成的住宅区的图案7位置（Site）即地理位置，它反映地物所处的地点与环境，地物与周边的关系，如菜地多分布于居民点周围与河流两侧；机场多在大城市郊区的平坦地；堤坝与道路（形色难分），堤在河流两侧并与之平行，道路与居民点相连；有的植物生长于高地，有些只能生长在湿地8组合（Association）指某些目标的特殊表现和空间组合关系，它不同于那种严格按图型结构显示的空间排列，而指物体间一定的位置关系和排列方式，即空间配置和布局如砖场由高烟囱、取土坑、堆砖场等组合而成；军事目标可能有雷达站、军车、军营及周围的配套的军事设施等组合第三节遥感图像的目视解译过程一、目视解译的原则1从应用的目的出发，总体观察，全面分析图像特征。坚持先易后难，由粗入细，由整体到局部的原则2应充分利用各种解译标志，包括直接标志和间接标志，相互补充，彼此验证3随着多光谱和多平台遥感技术的发展，应尽可能创造条件开展多波段、多时相、多类型遥感图像的对比分析1直接判读法:使用的直接判读标志有色调、色彩、大小、形状、阴影、纹理、图案等。二、遥感目视解译的方法2对比分析法:同类地物对比分析、空间对比分析、时相动态对比3信息复合法:利用透明专题图或透明地形图与遥感图像复合，根据专题图或者地形图提供的多种辅助信息，识别遥感图像上目标地物的方法。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、推断某种目标地物的方法。5地理相关分析法:根据地理环境中各种地理要素之间的相互依存，相互制约的关系，借助专业知识，分析推断某种地理要素性质、类型、状况与分布的方法。三、目视解译的基本过程1准备阶段根据解译的目的和经费的支撑选择适当空间分辨率、时相、光谱分辨率的遥感数据并进行波段组合进行彩色增强；尽量收集到质量好、现势性较强的地形图及有关专业图件和文字资料；编写解译标志表及说明草稿（这是一编检索表的过程，工作量大）；野外选择典型地区进行粗查，为建立合理的解译标志表打好基础。2室内图像解译阶段按解译的基本原则进行，对无法解译或把握不大的区域应记录下来，有待野外验证3野外验证与补充解译阶段4成果整理与制图总结阶段四、遥感解译过程的复杂性（Complexity）1遥感图像显示的是某一特定地理环境的综合体，这种综合表现在两个方面：a地理要素的综合它反映的是地质、地貌、水文、土壤、植被、社会生态等多种自然、人为要素的综合，这些因子是密切相关、交织在一起，往往难以区分b遥感信息本身的综合遥感图像可以是不同时间、空间、光谱、辐射分辨率的综合遥感数据对应的地理环境又是一个复杂的、多要素的、多层次的、具有动态结构和明显地域差异的开放巨系统，它在时间和空间上是不断变化的，因而遥感信息中的诸要素是相互关联、复杂变化的因此，遥感解译过程是复杂的，主要体现在：1地物波谱特征是复杂的，它受多种因素控制，本身也因时因地而变化2自然界存在着大量的“同物异谱”和“同谱异物”现象3地物的时空属性和地学规律是错综复杂的，各要素、各类别之间的关系是多种类型的地带性规律：由于太阳辐射随纬度分布的规律性，造成沿纬度的水平地带性现象，由于温度、湿度等随地形高度分布的规律性造成沿高度的垂直地带性现象，植物从播种到成熟的季节性变化规律等；有的具有随机性、不确定性，如自然灾害；有的具有模糊性,存在过渡渐变关系，如气候带、草场类型的变化等为了提高解译过程的正确性、可靠性，必须补充必要的辅助数据（Ancillary）和先验知识（PrioriKnowledge）-指地学、生物学、物理学、数学等专业知识，在GIS的支持下，发展一系列相关的、多层次的、综合的应用分析方法，进行遥感与地学综合分析第四节遥感图像的目视解译一目视解译的步骤1、发现目标根据图上显示的各种特征和地物的判读标志，先大后小，由易入难，由已知到未知，先反差大的目标后反差小的目标，先宏观观察，后微观分析等，并结合专业判读的目的去发现目标。在判读时还应注意除了应用上一节讲到的直接的判读标志外，有些地物或现象应通过使用间接判读标志的方法来识别。2、描述目标对发现的目标，应从光谱特征、空间特征、时间特征等几个方面去描述。因为各种地物的这些特征都各不相同，通过描述，再与标准的目标特征比较，就能判读出来。当然如果有经验的话，一经描述（这种描述有时也往往在目视观察中用脑子进行）同时也就判读出来。可将描述的标准目标特征，分门别类地列记下来，形成如下表所示的一览表，即建立判读标志，作为判读的依据。判读目标特征3、识别和鉴定目标利用已有的资料、对描述的目标特征，结合判读员的经验，通过推理分析（包括必要的统计分析）将目标识别出来。判读出来的目标还应经过鉴定后才能确认。鉴定的方法中野外鉴定最重要和最可靠，应在野外选择一些试验场进