《遥感图像判读》PPT课件.ppt

第七章 遥感图像判读,内容提纲,遥感图像目视判读原理景物特征和判读标志目视判读的一般过程和方法遥感图像目视判读举例遥感制图,遥感图像中目标地物的特征是地物电磁波的辐射差异在遥感影像上的反映。依据遥感图像上的地物特征，识别地物类型、性质、空间位置、形状、大小等属性的过程叫遥感图像解译(信息提取)。,遥感图像判读,“判读”(Interpretation)：是对遥感图像上的各种特征进行综合分析、比较、推理和判断，最后提取出你所感兴趣的信息。判读：也称为“解译”、“判译”或“判释”等。判读分为目视判读和计算机判断（计算机自动分类）。,遥感图像判读,目视判读：是一种人工提取信息的方法，使用眼睛目视观察，借助一些光学仪器或在计算机显示屏幕上，凭借丰富的解译经验，扎实的专业知识和手头的相关资料，通过人脑的分析、推理和判断，提取有用的信息。计算机判读（计算机自动分类）：是利用计算机，通过一定的数字方法（如统计学、图形学、模糊数学等），来提取有用信息，也称自动解译。有监督分类、非监督分类、模式识别、神经网络分类、分形分类、模糊分类、人工智能等数据挖掘技术方法。,专家系统：未来运用人工智能方法和一些准则，将专家的知识和经验，在计算机中建立知识库，模拟人工解译，设计专供遥感图像分析和解译的推理机。,目视解译的重要性,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。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。目的：获取地物的空间分布特征和数量特征。,7.1.1 遥感图像目标地物特征色指目标地物在遥感影像上呈现的颜色特征。包括：灰阶、颜色、亮度等。形指目标地物在遥感影像上表现的形状特征。包括：形状、纹理、阴影。位指目标地物在遥感影像上的空间位置特征。包括：绝对位置（坐标），相对位置（相关布局）。,7.1 遥感图像目视判读原理,遥感摄影像片的判读(解译)标志：是指那些能够用来区分目标物的影像 特征，可分为直接解译标志和间接解译标志。,7.1.2 目视解译的生理与心理基础,1）人的生理特点当眼睛观察遥感图像时，图像信息从每只眼睛的视网膜沿着视神经向上传导。在视神经的交叉方式刺激下，两个视网膜相应点所引起的神经冲动，通过同一神经通路传到大脑的皮层枕叶的视区。大脑对图像信息加工有三个特点:多级加工,多通道传输,多层次处理,信息并联与串联结合。在图像解译时必须注意人的生理特点。,7.1.2 目视解译的生理与心理基础,2）人类心理特点（1）遥感图像解译过程中，在同一时刻中人的注意力只集中在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。（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。（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。,7.1.3 目视解译的认知基础,1）遥感图像知觉形成的客观条件目视解译遥感图像时，只有在遥感图像上存在着颜色或者明度的差异时，并且这种差异能为解译者视觉所区分，才有可能将地物目标与背景区别开。2）遥感图像的认知过程对一个目标的识别是一个复杂的认知过程，往往需要经历几次反复解译才能得到正确结果。,7.2 景物特征和判读标志,光谱特征及判读标志空间特征及判读标志时间特征及判读标志影响景物特征及判读的因素,7.1.1光谱特征及判读标志,地物的波谱响应曲线与其光谱特性曲线的变化趋势是一致的。地物在多波段图像上特有的这种波谱响应就是地物的光谱特征的判读标志。,波谱响应值与地物在该波段内光谱反射亮度的积分值相应,7.1.2空间特征及判读标志,景物的各种几何形态为其空间特征，它与物本的空间坐标X、Y、Z密切相关，这种空间特征在像片上也是由不同的色调表现出来。全色遥感图像中从白到黑的密度比例。色调标志是识别目标地物的基本依据，依据色调标志，可以区分目标。目标地物和背景之间必需存在能被人的视觉所分辨的色调差异，目标才能被区分。,直接解译标志 根据地物或现象本身反映的信息特性可以解译目标物的影像特征，即能够直接反映物体或现象的那些影像特征称为直接解译标志。包括：色调、形状、大小、阴影、结构和图案（型）等,7.1.2空间特征及判读标志,形状大小图形阴影位置纹理类型,形状,指各种地物的外形、轮廓。从高空观测地面物体形状是在X-Y平面内的投影不同物体显然其形状不同，其形状与物体本身的性质和形成有密切关系,形状,美国加利福尼亚机场,QuickBird 影像图,阿联酋-迪拜机场1米清晰度 图片尺寸：4374x3853地理位置：25.2597N，55.3733E,北京西站,QuickBird 影像图,埃及-金字塔1M精度 图片尺寸：1777x1453地理位置：29.9768388889N，31.1304166667E,大小,地物的尺寸、面积、体积在图像上按比例缩小后的相似性记录。,大小,图形,自然、人造地物所构成的图形。,?,阴影,由于地物高度的变化，阻挡太阳光照射而产生的阴影。,阴影,美国加利福尼亚机场,阴影,这张分辨率为1米的纽约曼哈顿的卫星照片，是 2000年6月30日由空间图像公司的 IKONOS 卫星拍摄的。这张图像是从南方拍摄的，中间是 110 层高的世界贸易中心的双塔。,2001年9月12日,2001年9月15日,位置,地物存在的地点和所处的环境。图像上除了地物所在的位置还与它所处的背景有很大的关系。例如处在阳坡、阴坡的树，可能长势不同或品种不同。,纹理又称质地,指遥感图像中目的地物内部色调有规律变化造成的影像结构。不同物体,在遥感影像上形成不同的纹理质地。如河床上的卵石较沙粗糙些，草原表面比森林要光滑，沙漠中的纹理能表现沙丘的形状以及主要风系的风向，纹理（质地）常用光滑状、粗糙状、参差状、海绵状、疙瘩状、锅穴状表示。,纹理,纹理,图像上细部结构以一定频率重复出现，是单一特征的集合。,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。,纹理,图型（案）目标地物以一定规律排列而形成的影像特征，它是不同地物在形状、大小、色调、纹理等方面的综合表现。图型常用点状、斑状、块状、线状、条状、环状、格状、纹状、链状、垅状、栅状等描述。,类型,类型,土地利用类型,水系类型,耕地、林地、草地农业用地 建设用地非农业用地,图型,图型,This one-meter resolution(sharpened 4 meter)satellite image of the Pentagon was collected at 11:46 a.m.EDT on Sept.12,2001,地物特征,色调（Tone、Colour）全色遥感图像中从白到黑的密度比例叫色调（也叫灰度）。色调标志是识别目标地物的基本依据，依据目标地物与背景之间所存在的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。,（1）最重要的判读标志：是其他判读标志的基础，是电磁波辐射的直接反映。有地物与现象没有形状，只能够依据色调判读标志（有机质含量、含水量等等）,（2）影响地物成像色调的因素 色调分级：白色-浅白色-浅灰色-灰色-深灰色-浅黑色-黑色亮度系数：p=B/Bo具有方向性 地物本身性质 a:地物本身的颜色：b:地物本身反射特性：反射率 c：地物表面光滑程度：越光滑，色越浅 光滑表面地物：镜面反射；无光泽表面地物：漫反射环境条件 a:光照条件：强度、方向、高度角 b:相片冲印效果 c:摄影季节、时间,利用色调标志时要注意同物异谱与同谱异物同物异谱同谱异物,亮度系数越大，地物成像后色调越浅，亮系数越小，地物成像后色调越深。,色调/颜色,红树林在绿波段的影像,红树林在红波段的影像,红树林在近红外波段的影像,北京故宫博物院与护城河之间的色调差异,遥感图像判读标志：色调,颜色（colour）：是彩色遥感图像中目标地物识别的基本标志。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。,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,间接解译标志:,（二）间接解译标志:通过与之有联系的其它地物在影像上反映出来的影像特征，间接推断某一事物或现象的存在和属性，这些地物和特征就称为间接解译标志。直接解译标志和间接解译标志是一个相对概念，常常可见同一个解译标志对甲物来说是直接解译标志，对乙物可能就成了间接解译标志。,1.位置 位置是目标地物在空间分布的地点，指地物所处环境在影像上的反映。目标地物和周围环境总是具有一定的空间制约关系。例如，芦苇长在河湖边沼泽地，红柳丛生在沙漠，河漫滩和阶地位于河谷两侧，洪积扇总是位于沟口，河流两侧的湖泊是牛轭湖，雪线附近的是冰斗湖等。农田与水渠之间的位置，根据农田与水渠的相对位置可以判读农田为水浇地、水田或旱地。,间接解译标志:,位置,2.相关布局 景观各要素之间、或地物与地物之间相互有一定的依存关系，这种相关性反映在影像上形成平面布局。例如：区从山脊到谷底，植被有垂直分带性，于是在影像上形成色调不同的带状图型布局。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。,地物与环境的关系,（三）解译标志的可变性 各种地物是处于复杂、多变的自然环境中,所以解译标志也随着地区的差异和自然景观的不同而变化,绝对稳定的解译标志是不存在的,有些解译标志具有普遍意义,有些则带有地区性。有时即使是同一地区的解译标志,在相对稳定的情况下也在变化。因此,在解译过程中,对解译标志要认真分析总结,不能盲目照搬套用。,7.1.3时间特征及判读标志,对于同一地区景物的时间特征表现在不同时间地面覆盖类型不同，地面景观发生很大变化。景物的时间特征在图像上以光谱特征及空间特征的变化表现出来。,武汉市ETM（432）图象，描述下列各类地物的特征：光谱特征(色调)，空间特征（几何形状），其他特征（如纹理）。,7.1.4 影响景物特征及判读的因素,地物本身的复杂性传感器特性的影响目视能力的影响,1.地物本身的复杂性,植物色素叶子稠密度细胞结构含水量,1.地物本身的复杂性,土壤质地含水量有机质水水泥沙叶绿素工业污染,2.传感器特性的影响,几何分辨率辐射分辨率光谱分辨率时间分辨率,几何分辨率,空间分辨率：传感器瞬时视场（像元）内所观察到地面的大小。（地面分辨率）几何分辨率：能分辨出的最小地物的大小。几何分辨力3倍空间分辨力影像分辨率：地面分辨率在不同比例尺的具体影像上的反映。,地面分辨率,同一地区不同地面分辨率影像,北京故宫_SPOT_2.5m,北京故宫_QuickBird_0.6m,不同分辨率的IKONOS影像,影像分辨率,影像分辨率随影像的比例尺不同而变化。,陆地卫星MSS地面分辨率：80m,1:100万图像上,影像分辨率：0.08mm,影像分辨率：0.8mm,1:10万图像上,辐射分辨率,传感器区分两种辐射强度最小差别的能力传感器的输出包括信号和噪声两大部分。如果信号小于噪声，则输出的是噪声。如果两个信号之差小于噪声，则在输出的记录上无法分辨这两个信号。辐射分辨率用等效噪声功率衡量。,光谱分辨率,光谱探测能力，包括：传感器总的探测波段的宽度、波段数、各波段的波长范围和间隔。波段太多，输出数据量太大，加大处理工作量和判读难度。最佳探测波段，是指这些波段中探测各种目标之间和目标与背景之间，有最好的反差或波谱响应特性的差别。,光谱分辨率,时间分辨率,定义：我们把传感器对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔成为遥感图像的时间分辨率。应用：土地利用变化、洪水、绿地消长、城市热岛等,不同时相影像,athens_olympic_july5_2004,athens_olympic_may7_2004,全球昼夜温差,3.目视能力的影响,空间分辨能力正常人眼的分辨角为1，在明视距离250mm处,能分辨相距75m的两个点，大约6-7线对/mm。灰阶分辨能力大约十几级灰度，通过反差拉伸、密度分割、伪彩色编码。色别与色阶分辨能力大约50种左右，借助仪器可以分辨13000多种。,7.2目标判读的一般过程和方法,判读前的准备判读的一般过程遥感图像目视解译方法,7.2.1 判读前的准备,判读员的训练 搜集充足的资料 了解图像的来源、性质和质量传感器、日期和地点、波段、比例尺、航高、投影性质 几何分辨力、辐射分辨力、光谱波段的个数和波长区间、时间重复性、像片的反差、最小灰度和最大灰度等 判读仪器和设备像片观察、像片量测、像片转绘,7.2.2 判读的一般过程,发现目标先大后小、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 描述目标 光谱特征、空间特征、时间特征 识别和鉴定目标 资料、特征、经验、推理 清绘和评价目标（专题图）,7.2.3 遥感图像目视解译方法,遥感扫描影像的判读，要遵循“先图外、后图内，先整体，后局部，勤对比，多分析”的原则，对扫描影像进行认真判读。“先图外、后图内”是指遥感扫描影像判读时，首先要了解影像图框外提供的各种信息，它包括以下内容：图像覆盖的区域及其所处的地理位置、影像比例尺、影像图例、影像注记等。,7.2.3 遥感图像目视解译方法,常用的目视解译方法分别叙述如下：（1）直接判读法。（2）对比分析法。（3）信息覆合法。（4）综合推理法。（5）地理相关分析法。,直接判读法 直判法是指通过遥感影像的解译标志，能够直接确定某一地物或现象的存在和属性的一种直观解译方法。直判法所运用的解译标志是解译者曾经见过的并了解了它的含义，因此能较快地鉴别某一地物或现象的存在和属性。一般具有明显形态、色调特征的地物，多运用这种方法进行解译。,直接判读法,水体,对比分析法:包括同类地物对比分析法、空间对比分析法和时相动态对比法。同类地物对比分析法是在同一景遥感影像上，由已知地物推出未知目标地物的方法。,对比分析法空间对比分析法是根据待判读区域的特点，选择另一个熟悉的与遥感图像区域特征类似的影像，将两个影像相互对比分析，由已知影像为依据判读未知影像的一种方法。,对比分析法时相动态对比法，是利用同一地区不同时间成像的遥感影像加以对比分析，了解同一目标地物动态变化的一种解译方法。例如，遥感影像中河流在洪水季节与枯水季节中的变化。利用时相动态对比法可进行洪水淹没损失评估，或其他一些自然灾害损失评估。,对比分析法,19932001年间浙江省海宁市的新围涂区,对比分析法,4698公顷,818公顷,1273公顷,19932001年间浙江省萧山-绍兴-上虞的新围涂区,对比分析法,信息复合法 利用透明专题图或地形图与遥感图像重合，根据专题图或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。逻辑推理法：根据地学规律，分析地物之间的内在必然分布规律，由某种地物推断出另一种地物的存在及属性。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。,7.3 遥感图像的目视判读举例,单波段像片的判读多光谱像片的判读热红外像片的判读侧视雷达像片的判读多时域图像的判读,单波段像片的判读,色调特征和空间特征(不同波段色调特征不同)图像增强密度分割,多光谱像片的判读,光谱特性曲线比较判读假彩色合成空间特征,热红外像片的判读,温度（冷阴影、暖阴影）、发射率；热特性：热容量、热传导率、热惯量。,侧视雷达像片的判读,色调特征：入射角，地面粗糙度，地物电特性几何特征：比例尺失真，地形起伏影响穿透特性：可以得到地面图象散射特性：可以反映地下状况,不同地物的SAR影像特征,道路,耕地,居民地,水系,铁路,植被,多时域图像的判读,景物的时间特性以光谱特征和空间特征表现,两个时间的MSS图像叠合提取洪水淹没区范围,第五节 遥感制图,一 遥感影像地图1 概念：遥感影像地图是一种以遥感影像和一定的地图符号来表现制图对象地理空间分布和环境状况的地图。按照内容分为普通遥感影像地图与专题遥感影像地图。按照传感器不同，分为航空摄影影像地图.扫描影像地图和雷达影像地图.,几种地图服务软件或系统中的遥感影像地图介绍,2 遥感影像地图的特点丰富的信息量:没有信息空白区域,信息量远远超过线划地图直观形象性:直观地反映地势起伏,河流蜿蜒曲折的形态,增加了 影像地图的可读性具有一定的数学基础:经过投影校正和几何校正处理后的影像地 图,每个像元点都有自的坐标,根据比例尺与坐标网进行量测现势性强:获取信息快,成图周期短,能反映制图区域当前状况,3 遥感影像地图的发展趋势电子影像地图:以数字形式存贮,可以电子计算机的输出设备(显示屏)恢复为影像地图多媒体影像地图：是电子影像地图的发展,直观、形象的影像信息再配以生动的声音解说等。立体全息影像地图：是利用从不同角度摄影获取的区域重叠的两张影像，构成像对。利用一定设备,可以看到立体全息影像,二 常规制作遥感影像图,影像地图的设计:根据用图要求选择影像地图内容,探讨表示方法,制图材料分析和数据处理,图面配置,生产流程、生产技术措施等遥感影像的选择、处理和识别：是制图质量和精度的保证，时相和波段的选择是重要的，同时进行增强处理和除噪，并进行目视解译地理基础底图的选取:一般选地形图作为地理基础底图。基础底图比例尺和遥感制图比例尺一致。影像几何纠正：采用地面控制点或利用地理基础底图进行纠正制作线划注记版：在遥感影像图上套合地图基本要素，利用摄影仪进行摄影遥感影象地图的制印：,三 计算机辅助遥感制图,计算机辅助制图是在计算机系统支持下，根据地图制图原理，应用数字图像处理技术和数字地图编辑加工技术，实现遥感影像地图制作和成果表现的技术方法。,1、遥感影像信息选取与数字化,选取合适时相、恰当波段与指定地区的遥感图像。对航空像片与影像胶片需要数字化。,2、地理基础底图的选取与数字化,底图数字化前的准备工作：图面质量检查：地图变形情况、图面的清晰程度；按类别进行分要素标描，以免漏掉要素。多幅相邻底图内容检查：成图时相、内 容等；图面要素分类编码。底图数字化。,3、遥感影像几何纠正与图像处理,几何纠正应尽量选取永久性地物；图像处理的目的是消除影像噪音。,4、遥感影像镶嵌与地理基础底图拼接,遥感影像镶嵌原则 镶嵌的影像投影相同、比例尺相同，有足够的重叠区域；图像的时相保持一致,多幅图像镶嵌时，以中间一幅为 准进行几何拼接和灰度平衡；有必要时应进行局部区域二次几何纠正和灰度调整；镶嵌后的影像应是一幅信息完整、比例尺统一和灰度一致的图像。地理基础底图拼接利用GIS提供的拼接功能进行。,5、地理基础底图与遥感影像复合,将同一区域的图像与图型准确套合，目的是提高遥感影像地图的定位精度与解译效果。,6、符号注记图层生成,注记是对地物属性的补充说明，可以提高影像地图的易读性。,7、影像地图图面配置,影像地图：放在图的中心区域；添加影像标题：常放在影像图上方或左侧；配置图例：放在地图中的右侧或下部；配置参考图：放在图的四周任意位置；放置比例尺：放在影像图下部右侧；配置指北箭头：放在影像右侧；图幅边框生成；配置结果可单独保存在一个数据图层中。,8、遥感影像地图制作与印刷,数字图像与数据底图、符号注记图层、图面配置数字图层精确配准。最大误差不得大于1个像元。遥感影像地图的制作：喷墨打印机、热转移打印机、色升华打印机、彩色喷墨绘图仪、洗印制作遥感影像图等。,例:广西TM卫星遥感影像地图制作,1 它是数字影像地图 全区卫星影像由17景数字影像镶嵌而成，具有正确的地图投影和大地坐标，因此：它可直接通过彩色绘图仪等计算机输出设备喷绘成挂图，可根据用户需要方便地进行二次开发，生产各种比例尺的影像地图，最大比例尺为1：10万。可以在影像上叠加各种已有的GIS数据和专题数据，如道路、居民地、境界等，生产各种专题地图。可以方便地利用矢量数据按照行政区域或其他研究区域范围进行裁切，用于制图或影像分析。,2 位置精度高。影像采用1：5万地形图进行精纠正，位置精度达到5米，采用图像处理软件进行数字镶嵌，镶嵌后的影像图具有较高的位置精度。,3 颜色自然。该图选择波段组合为TM5、TM4、TM3，分别对应于红、绿、兰三色，具有近似于真彩色的效果；选用ERDAS IMAGINE软件进行镶嵌，颜色过渡自然，镶嵌边界看不出来，且各幅图像颜色基本保持原状，方便多部门、多专业应用与观察。,课后习题,1.影像色调与地物性质有何关系?2.地物在影像上的形状、大小取决于何种因素?3.遥感图像目视解译时，可用作间接解译标志的信息有哪些（列出3种以上）？4.阐述遥感图像目视解译的方法和具体工作步骤？,本章小结,1 重点景物的特征以及判读标志、影响判读的因素、判读的方法。2 难点对地物在图像上各类特征的理解和描述，遥感图像的判读方法。,123,本章复习题,遥感图像判读主要应用景物的哪些特征？何为传感器的空间分辨率、辐射分辨率、光谱分辨率、时间分辨率？,124,本章结束,