遥感专题信息提取.ppt
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1、,遥感专题信息提取,洪金益中南大学地球科学与信息物理学院EMAIL:,主要参考书1,主要参考书2,主要参考资料,A Teachers Guide to Internet Resources for Remote Sensing,其他参考资料,遥感影像地学理解与分析遥感专题分析与地学图谱遥感数字影像处理与地理特征提取卫星遥感图像计算机分类与地学应用研究ENVI用户使用手册ER Mapper Users ManualPCI Users ManualERDAS Users Manual,1、遥感专题信息提取的基本理论2、遥感专题信息提取的原则和方法3、遥感专题信息提取在不同研究领域中的应用4、遥感专
2、题信息提取应用实例,主要内容,遥感专题信息提取的概念,遥感专题信息提取是采用遥感图像处理方法,根据提取目的,以遥感资料为基础信息源,提取与主题紧密相关的一种或几种要素的信息。,The Electromagnetic Spectrum,The electromagnetic spectrum ranges from the shorter wavelengths(including gamma and x-rays)to the longer wavelengths(including microwaves and broadcast radio waves).Thereare several
3、regions of the electromagnetic spectrum which are useful for remote sensing.,ultraviolet or UV,For most purposes,the ultraviolet or UV portion of the spectrum has the shortest wavelengths which are practical for remote sensing.This radiation is just beyond the violet portion of the visible wavelengt
4、hs,hence its name.Some Earth surface materials,primarily rocks and minerals,fluoresce or emit visible light when illuminated by UV radiation.,visible spectrum,The light which our eyes-our remote sensors-can detect is part of the visible spectrum.It is important to recognize how small the visible por
5、tion is relative to the rest of the spectrum.There is a lot of radiation around us which is invisible to our eyes,but can be detected by other remote sensing instruments and used to our advantage.The visible wavelengths cover a range from approximately 0.4 to 0.7 m.The longest visible wavelength is
6、red and the shortest is violet.Common wavelengths of what we perceive as particular colours from the visible portion of the spectrum are listed below.It is important to note that this is the only portion of the spectrum we can associate with the concept of colours.,Violet:0.4-0.446 m Blue:0.446-0.50
7、0 m Green:0.500-0.578 m Yellow:0.578-0.592 m Orange:0.592-0.620 m Red:0.620-0.7 m,Primary colours,Blue,green,and red are the primarycolours or wavelengths of the visiblespectrum.They are defined as such Because no single primary colour can be created from the other two,but all other colours can be f
8、ormed by combining blue,green,and red in various proportions.Although we see sunlight as a uniform or homogeneous colour,it is actually composed of various wavelengths of radiation in primarily the ultraviolet,visible and infrared portions of the spectrum.The visible portion of this radiation can be
9、 shown in its component colours when sunlight is passed through a prism,which bends the light in differingamounts according to wavelength.,infrared,The next portion of the spectrum of interest is the infrared(IR)region which covers the wavelength range from approximately 0.7 m to 100 m-more than 100
10、 times as wide as the visible portion!The infrared region can be divided into two categories based on theirradiation properties-the reflected IR,and the emitted or thermal IR.Radiation in the reflected IR region is used for remote sensingpurposes in ways very similar to radiation in the visible port
11、ion.The reflected IR covers wavelengths from approximately 0.7 m to3.0 m.The thermal IR region is quite different than the visible and reflected IR portions,as this energy is essentially the radiation that is emitted from the Earths surface in the form of heat.The thermal IRcovers wavelengths from a
12、pproximately 3.0 m to 100 m.,microwave,The portion of the spectrum of more recent interest to remote sensing is the microwave region from about 1 mm to 1 m.This covers the longest wavelengths used for remote sensing.The shorter wavelengths have properties similar to the thermal infrared region while
13、 the longer wavelengths approach the wavelengths used for radio broadcasts.Because of the special nature of this region and its importance to remote sensing in Canada,an entire chapter(Chapter 3)of the tutorial is dedicated to microwave sensing.,知识,决策,数据,有效信息,遥感在多学科交叉中的定位,横看成岭侧成峰远近高低各不同不识庐山真面目只缘身在此山
14、中-苏东坡论遥感的尺度效应观察角度效应,遥感系统从垂直方向来说,光线(电磁波)穿越大气、植被,到达土壤,再反射穿越植被、穿越大气,达到卫星传感器。影响这一过程的因素,数不胜数。我们可以用明代一位诗人观察到的现象来作一个简单的说明:,夕阳方照桃花坞 柳絮飞来片片红,大家一般的先验知识认为柳絮是白的,为什么诗人观察到柳絮是红的呢?诗人作了解释:1、夕阳 光穿越大气的光学路径较长,短波段散射严重,直射光偏红,所以“夕阳红”,“残阳如血”。2、下垫面桃花坞,“灼灼桃花”盛开,不是一个大叶模型的下垫面,而是一个红色的下垫面,反射光偏红。3、气溶胶柳絮本身是全波谱反射,此时反射夕阳红,反射桃花红,所以柳絮
15、成了片片红。当然这只是一个简单的定性模型,但我们可以看出影响遥感信息产生过程的主要因素之多。,从水平方向上来说,陆地表面在遥感像元尺度上几乎总是混合像元,前面1米分辨率的天安门广场上,我们可以看到人影,我开玩笑说是比较胖的同志,其实我相信看到的是比较密的人群。大家也许认为大戈壁或沙漠可以认为是“纯”像元,但其实也包含砾石的阴影。我在沙漠上实测砾石的承照面和背阴面,温差大约 10 摄氏度以上。对1公里像元尺度来说,地形的起伏常常不可忽略。所有这些,使遥感定量反演命中注定是一个病态反演。,数据,有效信息,知识更新与积累,决策,帮助提取,地学Geoscience,1、概念:地学是对以我们所生活的地球
16、为研究对象的学科的统称,通常有地理学、地质学、海洋学、大气物理、古生物学等学科。2、研究目的:研究地学的目的是为了更好的开发和保护地球表面的自然资源,使人地关系向着有利于人类社会生活和生产的方向发展。,专题信息提取的知识,1、计算机视觉知识2、地图制图知识3、地学知识4、方法知识,计算机视觉知识,计算机视觉知识是指从图像上可以获得的视觉信息,数字化地图的颜色、地物形状大小、空间结构和空间关系等知识都属于计算机视觉知识,它们是识别和提取信息的最基本的依据。专题信息提取首要的是从图像上发现相关视觉知识,才能结合相关专题信息提取的方法,提出相应的提取策略。,方法知识,方法知识是在信息提取过程所用到的
17、相关方法,即如何利用图像上所发现的知识,提取所需信息的系列算法。,地图制图知识,地图制图知识主要针对各种人工绘制的地图而言,人工绘制的地图必然遵循制图的相关约定规则。如我国规定1:1万、1:2.5万、1:5万、1:10万、1:25万、1:50万比例尺地形图,均采用高斯克吕格投影。1:2.5至1:50万比例尺地形图采用经差6度分带,1:1万比例尺地形图采用经差3度分带,国家基本地形图,每种比例尺都有统一的图式符号和编制规范,地学知识,地图是对现实世界的抽象表达,地理事物的时空分布规律和客观事物之间的关系必然在地图上反映出来。如遥感图像在时间上受季相节律的影响,作物的生长、植物的盛枯、冰雪的消融等
18、变化都会在图像上反映出来:遥感图像信息因受区域的水平地带性和垂直地带性的影响,能反映出区域的水热条件的差异;水田和旱地的分布与地形和水源分布密切相关,水田主要分布在水源丰富,地势平坦的地方;居民地的分布与河流分布密切相关,居民地多分布在水源丰富的河流沿岸。诸如此类的地理事物的时空分布规律和客观事物之间的关系知识都是专题信息提取中的重要知识源。,遥感专题信息提取的主要方法,1、目视解释2、计算机自动识别分类,计算机自动识别分类,遥感影像分类的概念及原理,遥感信息科学的发展,为土地利用,环境监测,地质灾害监测提供了全新的研究手段,标志着空间信息和环境灾害信息获取和分析处理方法的一场革命及一门新兴学
19、科的兴起,遥感信息科学的理论,技术和方法在国民经济发展中有着广泛的应用,在资源,环境,灾害的调查,监测,分析平谷和预测方面发挥着重要作用,尤其高分辨率遥感影像在大范围空间地物的识别与提取方面应用直接影响地物测绘的自动化水平。更为重要的是随着现代化建设的快速发展,资源,环境数据增加和快速更新工作量加大,这更需要一种能快速提取大范围空间信息的信息获取技术手段,而遥感影像中获取数据能地理信息系统的数据获取和自动更新的需要,为国民经济的快速发展提供动态基础数据和科学决策依据,在国民经济中发挥重要作用。,遥感影像分类的概念及原理,遥感影像是通过亮度值或像元值的高低差异(反映地物的光谱信息)及空间变化(反
20、映地物空间信息)而表示不同地物的差异的,如不同类型的植被、土壤、岩石及水体等等,这是我们区分不同影像地物的物理基础。遥感影像分类就是利用计算机通过遥感影像中各类地物的光谱信息和空间信息进行分析,选择特征,并用一定的手段将特征空间划分为互不重叠的子空间,然后将影像中的各个像元划归到各个子空间去。遥感影像分类的理论依据:遥感影像中的同类地物在相同的条件下(纹理、地形、光照及植被覆盖、等等)应具有相同或相似的光谱信息特征和空间特征,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;而不同地物的光谱信息特征或空间信息特征不同,因而将集群在不同的特征空间区域。,遥感
21、影像分类的概念及原理,影像分类的原则(1)对多变量影像不能孤立地根据个别变量的数值进行分类,而要从整个向量数据特征出发,即像元点在多维特征空间中的位置及集群情况,或者按空间集群的分布进行分类。(2)一个集群(类)在特征空间的位置用它的均值向量表示,即该集群的中心,其离散程度用标准差向量(均方差向量)或协方差矩阵来衡量。(3)分类的实质是把多维特征空间划分为若干区域(子空间),每个区域相当于一类,即位于这一区域内的像元点归属于同一类。,第一节、遥感影像分类的概念及原理,遥感影像的分类顺序和方法(1)首先根据目的及影像数据的特性确定分类类别。有时也通过从训练数据中提取的影像特征确定分类(非监督分类
22、)(2)找出这些具有特征的类别的特征量。(3)为了找出分类的基准,需要提取出对应于分类类别的训练数据。(4)为了测定总体特征,可采用对影像中代表给定类别的部分进行采样,从而测定总体特征的方法(监督测定)或用聚类等方法对特征相似的像元进行分类,从而测定其特征的方法(非监督分类)。非监督分类不是预先确定不是预先确定类别而是根据归类的结果确定类别。(5)使用设定的分类基准对各像元进行分类。包括对每个像元进行分类和对每个预先分割的匀质区域进行分类。,遥感影像分类的概念及原理,(6)把已知的训练数据及分类类别与分类结果进行比较,确认分类的精度及可靠性。此外,作为道路及建筑物等土地覆盖类别的集合,可以设定
23、市街区这样的种类,因而可进行类别与种类的对应。由于遥感影像的分类结果可应用于了解地球环境等各种用途,所以精度与可靠性是非常重要的。在遥感影像分类中,按照是否有已知训练样本的分类数据,分类方法又分为两大类:即监督分类与非监督分类。监督分类的思想是:首先根据类别的先验知识确定判别函数和相应的判别准则,其中利用一定数量的已知类别的样本(称为训练样本)的观测值确定判定函数中待定参数的过程称为学习(learning)或训练(training),然后将未知类别的样本的观测值代入判别函数,再依据判别函数准则对该样本的所属类别做出判定。目前比较成熟的监督分类方法是基于统计的分类。除此之外,还有模糊识别分类、神
24、经网络分类法等。当然,监督分类要比非监督的精度要高、准确性好,但是,监督分类的工作量无疑要比,遥感影像分类的概念及原理,非监督分类的工作量大得多。首先,监督分类有一事先确定训练场地和选择训练样本的工作,要求训练样本要有一定的代表性,而且要有足够的数值;另外,对于遥感影像分类来说,由于各种地物的光谱辐射的复杂性以及干扰因素的多样性,有时仅仅考虑在某一特定时间和空间内选取训练样本还是不够的,为了提高精度,有时还必须多选择一些训练样本。遥感影像的非监督分类是在没有先验类别知识(训练场地)的情况下,根据影像本身的统计特性及自然点群的分布情况来划分地物类别的分类处理,也叫“边学习边分类法”。该方法是在计
25、算机分类过程中,边分类边学习边建立并进行分类决策的,无需事先知道各类地物的类别统计特征,也无需经过学习过程,一般只是提供少数阀值对分类过程加以部分控制。值得指出的是,所分各类的含义是什么并不能由该分类方法得出,而要根据地面实况调查和比较来决定。监督分类和非监督分类的最大区别在于:监督分类首先给定类别,而非监督分类则由影像本身的统计特征来决定。主要的分类方法为多级切割分类法、决策树分类法、最小距离分类法、最大似然分类法、专家系统的方法等。,几种遥感数据分类说明,一、分类处理流程图,监督分类法,一)、最大似然分类法 1、最大似然法的基本思想和数学原理 最大似然将卫星遥感多波段数据的分布当作多维正态
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