第三章 遥感图像解译

第3章遥感图像解译与分类GeographyAnalysisforRemoteSensing遥感地学分析第一节遥感图像解译遥感提供的是一种综合信息，不仅表现在它反映的地学要素---地质、地貌、水文、土壤、植被、社会生态等的综合，是由相互关联的自然及社会现象所构成的。它是不同空间分辨率、波普分辨率和时间分辨率的遥感信息的综合。遥感图像解译是通过遥感图像所提供的各种识别目标的特征信息进行分析、推理与判断，最终达到识别目标或现象的目的。地学环境遥感信息地物信息图像处理人员的认识图像处理符号表示语义生成图像数据库地学信息处理人员的认识应用模型地物识别地学分析数据获取地物信息和知识遥感图像解译地物信息的传递是从数据获取开始的，数据获取实质上是由传感器代替人直接观测地学环境，通常情况下是围绕某项任务，有计划、有目的的开展的。地物影像几何信息辐射信息地物几何位置地物属性地物数量指标模型重建几何测量影像识别定量分析遥感图像解译的对象主要是各类地物或地学现象，在解译时一般会有相关的专业人员的配合，但作为解译者若想得到比较满意的结果，相关的地学知识在解译时应或多或少知道一些。例如，解译与地质构造有关的空间对象，类似下图的知识需要知道。线性构造弧型构造环型构造地学的应用物候学的应用物候是比较特殊的地学现象，与时间和空间都有关系，并具有周期性。在解译与生命现象有关的物体如植物、动物时，对物候的了解程度可能决定解译工作的好坏。例如，华中地区的遥感植被调查就需要知道如下几个关键时段：4月份，展叶期5月份，开花期7~8月份，茂盛期10~11月份果熟期，叶变色期生物学知识的应用农业、林业、海洋及生态调查都与生物有关。在遥感信息中，如植被指数、热惯量等都会应用到生物学知识。其中，植被指数就是通过比较分析叶绿素与光谱反射率之间的关系得出的概念。遥感解译的任务按应用领域，遥感解译的目的可分为普通地学解译和专业解译。普通地学解译是为了取得一定地球圈层范围内的综合性信息，常见的是地理基础信息（居民地、道路、水系、独立地物、植被等）解译和景观解译。专业解译主要是为了解决各部门的任务，用于提取特定的要素或概念的信息，包括地质、林业、农业和军事。遥感解译的分类一般分为两种：目视解译，由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。计算机解译，以计算机系统为支撑环境，利用模式识别技术和人工智能技术，根据遥感图像中目标地物的各种影像特征（颜色、形状、纹理与空间位置），结合专家知识库中对目标地物的解译经验和规律等进行分析和推理，实现对遥感图像的理解。目视解译1.图像注记2.解译原理与方法3.目视解译3.1水体3.2城市3.3火山3.4土地利用/覆盖3.5自然灾害3.6水文3.7考古3.8地质3.9地貌Landsat图像注记符号1）重叠符号图像四角的“＋”号，影像套准用2）图像中心对角线的交点。3）航线重叠“T”和“－”表示航向承担。4）经纬度注记E:东经；N:北纬5）灰标1级为白色，15为黑色。02May78成像时间CN31-38/E212-41像主点坐标D127-038D表示降轨，轨道号－行号NN31-38/E121-43像底点坐标MMSS多光谱扫描仪（4，5，6，7，8通道）RBV有1，2，3通道SUNEL52A107高度角52度（地面起算）；方位角107度（正北起算）S1SS:系统水平校正；1表示满幅185×185Km；S为空间斜轴麦卡托投影（L兰勃特，U横轴麦卡托等）。-P-NL2P:推测星历计算N:正常处理（A非正常）L:传感器低增益；2为压缩传输NASAERTSNationalAeronauticsandSpaceAdministrationE-21196-01222-5卫星编号和成像时间。E-2:第2颗地球资源卫星；1196：卫星发射天数；01222：格林威治1点22分20秒；5：表示光谱段是5通道。图像编号：轨道号＋行号（Path+Row）轨道号:卫星运行的轨道系列号，由东向西。行号：由北向南，N80o为起点。北京幅图像编号：133－32，第133号轨道32景覆盖北京。陆地卫星图像编号AglobalnotationsystemcalledtheWorldwideReferenceSystemLandsat4，5，7：•从东到西233圈，依次编233个轨道号。从东向西，编号001~233.Path001于西经64.6度穿过赤道。•同一轨每景的间隔约23.92秒，共248景。•Row60coincideswiththeequatorduringthedescendingnodeonthedaysidepartoftheorbitandRow184duringtheascendingnode.•北纬80度47分，Row001，南纬81度51分，Row122；SPOT卫星坐标网格参考系统GridReferenceSystem(GRS)，来确定每一个影像的地理位置，由列号K和行号J标识影像的中心位置。K为1至738的整数；J为从北纬71.7至南纬71.7之间的200至500的整数。N:由西向东，从1至369的参考轨道号；R:在26天内飞经不同轨道的顺序号。影像1：K280,J270;影像2：K279,J270SPOT卫星坐标网格参考系统SPOT可以观测到南、北纬87的范围。GRS以赤道为分界，对称地把地球分为5个区•从北纬51.5到南纬51.5是中心区.•从北纬或者南纬51.5延伸到71.7度是一个区•北极圈和南极圈区域是从71.7度到极点。除了两极区域，列K平行于卫星轨道，行J平行于纬线。两极地区，与轨道无关。解译原理与方法1.影像选择分辨率：空间分辨率；时间分辨率；光谱分辨率季相影响：植被差异；太阳高度角；水分影响图像显示真彩色合成；假彩色合成各种遥感目的对空间分辨率的要求1）巨型地物与现象：要求的图像空间分辨率低，但涉及的范围很广，通常会牵扯到多个国家，有些会是世界范围的。地壳10km；成矿带2km大陆架2km；洋流5km自然地带2km；生长季节2km中国自然地带2）大型地物与现象主要用于较大范围的区域调查。地热资源：1km冰与雪：1km大气：1km土壤水分：150m海洋资源：100m环境质量评价：100m区域覆盖类型：400m沙尘暴监测：400m3）中型地物与现象与人们生产、生活比较密切，特别是与各种资源调查关系密切，因而对图像空间分辨率要求也较高。作物估产：50m植物群落：50m洪水灾害：50m水库监测：50m污染监测：50m森林火灾监测：50m港湾悬浮物调查：50m主要耕地分类4）小型地物与现象涉及各种人工地物或较小的人类活动区域，对图像分辨率要求很高。交通设施：1m建筑物：1m道路：1m污染物识别：10m分辨率选择分辨率适用范围1000m大地构造，台风移动，海面温度，全球变化250m区域地质构造，森林火灾，沙尘监测，流域研究80m地质成图，土地类型，植被调查30m矿产调查，地表温度，土地利用，流域成图，海水污染，森林祥查10m侵蚀调查，渔场调查，水污染3m土壤调查，土壤温度，森林密度，树种调查，人工建筑，1：5万地形图1m军事侦察2.季相影响1）植被差异冬季成像有利于突出地表信息；夏季有利植被解译。2）太阳高度角冬季太阳高度低，物体阴影长，辐射强度低，地物形态信息丰富。夏季太阳高度高，阴影短，有利地物光谱特征的反映。3）水分影响3.图像显示黑白影像（全色）真彩色（天然彩色）：影像上地物的颜色是地物天然色彩的再现。如RGB:TM3,2,1。标准假彩色（彩色红外）falsecolor：与地物的天然色相比，都向短波方向移动了一个色向。如RGB:TM4,3,2。地物反差增大有利于解译。伪彩色（Pseudocolor）:1张黑白图像的灰阶分为若干等级，在每个等级上赋予颜色，就成为最简单的伪彩色。黑白影像IKONOS_Pan(1m)真彩色RGB(3,2,1)标准假彩色RGB(4,3,2)伪色彩表示的DEM目视解译的方法和步骤先图外后图内先整体后局部先宏观后微观从已知到未知目视解译要素大小Size根据比例尺推算出地物大小形状Shape人工与非人工地物的区别阴影Shadow利用阴影推算高度色调Tone灰度，反射率从白－黑的密度变化颜色Color颜色的差别有利于地物判读纹理Texture色调配合呈平滑或粗糙程度，草场与针叶林图案Pattern有规律排列形成的图案位置地理背景知识，综合分析123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536IKONOS的样本1-3:newresidential4-9:oldresidential10-12:downtowncommercial13-15:suburbanshoppingmall16-18:industrial19-21:institutional22-24:golfcourse25-27:forest28-30:cornfield31-33:beanfield34-36:harvestedfield目视解译的判读1.水体在标准假彩色图像上，深而清澈的水体层黑或蓝黑色；水浅者多为浅蓝色；含泥沙者颜色更浅，含沙量过高则呈乳白色；有水生植物者呈红色斑点。水系树枝状水系主要分布在冲积平原、侵蚀平原等基岩软弱地区。放射状水系主要分布在火山，孤山或穹形隆起地区。2.植被植被色调随其品种、环境和成像波段而变。在Landsat4,5波段植被呈深色调，在6，7波段为浅色调，阔叶林比针叶林色调浅。在标准假彩色图像，植被为红色，幼嫩植被带粉红色，成熟时是鲜红色，受虫灾时呈暗红色。阔叶林比针叶林更鲜红，灌丛颜色较浅，水稻呈暗红色。目视解译的判读3.城镇和铁路城镇的光谱特征是各类建筑物与周围裸地的综合反映，当面积较大或与周围环境的光谱特征有显著差异时，可从影像上识别。在多波段黑白图像上，城镇多呈深暗色调；在标准假彩色图像上，中心色调深暗、边缘略浅的灰蓝或蓝灰色。由于铁路路基材料与周围土地的光谱差异较大，其因地基有较宽阴影，在卫星图像上呈色调深暗，较为清晰地线状影像。目视解译的判读假彩色合成红外遥感图像1）红外图像物体色调特征色调差别反映地物辐射温度的差别。红外图像上灰度反映的不是地物对可见光的反射程度，而是其辐射温度。2）红外图像物体形态特征与可见光相比，地物冷暖信息构成的模糊轮廓。红外图像可用于对物体解译，不能用于对物体制图。ETM+Thermalbandin1999水陆差异城市热岛119/39,98-8-11120/38,97-9-213.1水体解译咸海的变化：30年间，多于60%的水面消失了。Landsat影像（1973~2000年）3.2城市解译Baltimore,MDApril4,2000巴尔的摩是马里兰最大的城市，同时也是美国最繁忙的港口。第二节遥感图像分类2.1概述2.2遥感影像分类基本原理2.3遥感影像分类方法2.4分类后处理2.5影像解译专家系统2.1概述遥感影像计算机分类以遥感数字影像为研究对象，在计算机系统支持下，综合运用地学分析、遥感影像处理、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。其基本目标是将人工目视解译遥感影像发展为计算机支持下的遥感影像理解。2.1概述1计算机遥感影像分类的概念计算机遥感影像分类是统计模式识别技术在遥感领域中的具体应用。统计模式识别的关键是提取待识别模式的一组统计特征值，然后按照一定准则作出决策，从而对数字影像予以识别。遥感影像分类的主要依据是地物的光谱特征和空间特征。遥感影像中的同类地物在相同的条件下（纹理、地形、光照以及植被覆盖等等），应具有相同或相似的光谱特征和空间特征，从而表现出同类地物的某种内在的相似性，即同类地物像元的特征向量将集群在同一特征空间区域。2.1概述分类是对影像上每个像素按照亮