遙感專題講座(二)-影像信息提取(一、目視解譯)

1、不得用于商業(yè)用途影像信息提取目視解譯遙感影像通過亮度值或像元值的高低差異（反映地物的光譜信息）及空間變化（反映地物的空間信息）來表示不同地物的差異，這是區(qū)分不同影像地物的物理基礎(chǔ)。目前影像都是基于數(shù)字，影像信息的提取方法的發(fā)展歷程可分為如圖1所示，目前這四類方法共存。：x掃詢苛象壯征tr動(dòng)圾聯(lián)總于專家細(xì)識(shí)的決人工解毎計(jì)鼻肌自動(dòng)分美Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuseForpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse圖1影像信息提取發(fā)展階段這一專題講解的是人工

2、解譯，也是目前國內(nèi)使用最多的一種影像提取方法，如土地調(diào)查、地質(zhì)調(diào)查等。這類方法非常靈活，但需要一定的經(jīng)驗(yàn)，特別是像地質(zhì)解譯等，對業(yè)務(wù)專業(yè)要求比較多。本專題分以下內(nèi)容：遙感圖像解譯基本概念遙感圖像解譯預(yù)處理解譯標(biāo)志的建立解譯關(guān)鍵問題遙感圖像解譯人們對地表物體的有關(guān)領(lǐng)域，如土地利用存在一種先驗(yàn)知識(shí)，在遙感圖像尋找對應(yīng)關(guān)系。然后，根據(jù)遙感圖像的影像特征推論地表物體的屬性。這一過程就稱之為遙感圖像的解譯，也叫遙感圖像的判讀。解譯的任務(wù)就是從圖像上認(rèn)識(shí)，辨別影像與地物的對應(yīng)關(guān)系、判斷、歸類、地物目標(biāo)，并用輪廓線圈定它們和賦予屬性代碼，或用符號(hào)、顏色表示屬性。進(jìn)行圖像解譯時(shí)，把圖像中目標(biāo)物的大小、形狀、陰

3、影、顏色、紋理、圖案，位置及周圍的系統(tǒng)稱之為解譯的八要素。（1）大小：拿到圖像時(shí)必須根據(jù)判讀目的選定需要的比例尺。根據(jù)比例尺的大小，可以預(yù)先知道圖像上多少毫米的物，在實(shí)際距離中為多少米。（2）形狀：由于目標(biāo)物不同，在圖像中會(huì)呈現(xiàn)出特殊的形狀。用于圖像判讀的圖像通常是垂直拍攝的，所以必須記住目標(biāo)的成像方式。因?yàn)榧词雇瑯訛闃淠?，針葉林的樹冠呈現(xiàn)為圓形，而闊葉樹則形狀不同，從而可以識(shí)別出二者。此外，飛機(jī)場，港口設(shè)施、工廠等都可以通過它們的形狀判讀出其功能。（3）陰影：由于判讀存在于山脈等陰影中的樹木及建筑時(shí)，陰影的存在會(huì)給判讀者造成麻煩，信往往會(huì)使目標(biāo)丟失。但另一方面，在單像片判讀時(shí)，利用陰影可以了

4、解鐵塔及橋、高層建筑物等的高度及結(jié)構(gòu)。（4）顏色：黑白像片從白到黑的密度比例叫色調(diào)（也叫灰度）。用全色膠片拍攝的像片中，目標(biāo)物按照其反射率而呈現(xiàn)出白一灰一黑的密度變化。例如，同樣為海灘的沙子，干的沙子拍出來發(fā)白，而濕沙則發(fā)黑。在紅外圖像上，水域拍出來是黑色的，而植被則發(fā)白。（5）紋理：也叫結(jié)構(gòu)，是指與色調(diào)配合看上去平滑或粗糙的紋理的粗細(xì)程度，即圖像上目標(biāo)物表面的質(zhì)感。草場及牧場看上去平滑，造林后的幼樹看上去像鋪了天鵝絨，針葉樹林看上去很粗糙。這種紋理也是判讀的線索。（6）圖案：根據(jù)目標(biāo)物的有規(guī)律的排列而形成的圖案。例如，住宅區(qū)的建筑群，農(nóng)田的壟、高爾春球場的路線和綠地，果樹林的樹冠等。以這種圖

5、案為線索可以容易判別出目標(biāo)物。（7）位置及與周圍的關(guān)系：在（1）-（6）上加上各區(qū)域的地理特色及判讀者的專業(yè)知識(shí)等，就可以確定解釋的結(jié)果。解譯的操作步驟:（1）影像預(yù)處理（2）初步判讀，建立判讀標(biāo)志（3）野外調(diào)查或資料驗(yàn)證（4）詳細(xì)判讀及其更新目標(biāo)的定性、定位（5）圖形與屬性文件生成（6）接邊（7）檢查通過遙感圖像解譯預(yù)處理預(yù)處理主要包括：幾何校正、融合、裁剪、鑲嵌。除了這些傳統(tǒng)的預(yù)處理外，為了方便目視解譯，圖像解譯中比較重要的處理還包括了波段組合、圖像增強(qiáng)、圖像變換等。傳統(tǒng)的預(yù)處理這里就不多說了，這里介紹一下其他幾個(gè)預(yù)處理方法。1.波段組合其作用在于：擴(kuò)展地物波段的差異性表現(xiàn)差異顯示的動(dòng)態(tài)范

6、圍，擴(kuò)展肉眼觀察的可視性綜合選取各波段的特點(diǎn)不同類別、形態(tài)得到良好的表達(dá)多波段組合圖像最終是為了提高地物的可判讀性，使判讀結(jié)果更為科學(xué)合理。高分辨率影像大多只有4個(gè)波段，波段組合常用就是真彩色和標(biāo)準(zhǔn)假彩色。有的時(shí)候在土壤分類或者植被分類時(shí)候，也可以把植被指數(shù)當(dāng)做G分量。組合比較豐富的是Ladsat數(shù)據(jù)源，其他數(shù)據(jù)也可以參考其組合效果。總結(jié)如下：1）4、3、2（R、G、B）類似于彩色紅外圖像，是一種標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像，用于植被分類、水體識(shí)別。2）3、2、1（R、G、B）類似于仿制真假彩色圖像，用于各種地類識(shí)別。影像平淡、色調(diào)灰暗、彩色不飽和、信息量相對減少。3）7、4、3（R、G、B）類似于仿真彩色

7、圖像，用于居民地、水體識(shí)別。4）7、5、4（R、G、B）是一種非標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像，畫面偏藍(lán)色，用于特殊的地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查。5）5、4、1（R、G、B）是一種非標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像，植物類型較豐富，用于研究植物分類。6）4、5、3（R、G、B）特點(diǎn)：（1）利用了一個(gè)紅波段、兩個(gè)紅外波段，因此凡是與水有關(guān)的地物在圖像中都會(huì)比較清楚；（2）強(qiáng)調(diào)顯示水體，特別是水體邊界很清晰，益于區(qū)分河渠與道路；（3）由于采用的都是紅波段或紅外波段，對其它地物的清晰顯示不夠，但對海岸及其灘涂的調(diào)查比較適合；（4）具備標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像的某些點(diǎn)，但色彩不會(huì)很飽和，圖像看上去不夠明亮；（5）水澆地與旱地的區(qū)分容易。居民地的外圍邊界雖不十

8、分清晰，但內(nèi)部的街區(qū)結(jié)構(gòu)特征清楚；（6）植物會(huì)有較好的顯示，但是植物類型的細(xì)分會(huì)有困難。7）3、4、5（紅、綠、藍(lán)），它是一種非標(biāo)準(zhǔn)的接近于真色的合成方案。對水系、居民點(diǎn)及其市容街道和公園水體、林地的影像判讀是比較有利的。其中最常用方案：使用4，3，2，（近紅外、紅、綠、）配紅、綠、藍(lán)，形成標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像，是一種在大量總結(jié)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的最常用方案。它的地物影像豐富，鮮明、層次好。植被以紅色顯示，主要用于資源環(huán)境和土地利用調(diào)查或更新等。次常用方案：使用3、4、5（或7）配藍(lán)、綠、紅的合成方案。它是一種非標(biāo)準(zhǔn)的接近于真色的合成方案。（仿真彩色合成方案）它利用了TM圖像較豐富的多光譜（紅、近紅外、

9、短波近紅外）對水系、居民點(diǎn)及其市容街道和公園水體、林地的圖像判讀是比較有利的。2、植被抑制植被應(yīng)該說是地球上分布最廣的地物類型，當(dāng)對于非植被解譯來說，就會(huì)照成很大的不便，特別是在地質(zhì)解譯中。在ENVI中非常方便的就能做到，ENVIZOOM中，processing-vegetationsuppressionI1I/r*ji圖2tm影像（543組合）rfFfIfx?FJxB-?JnjlWsjop；i-、7xj亠蟲h.亠vJW*fcA一、*圖3植被抑制之后（543組合）解譯標(biāo)志的建立遙感圖像判讀包括識(shí)別、區(qū)分、辨別、分類、評定、評價(jià)及對某些特殊重要現(xiàn)象的探測與鑒別。其輪廓的勾繪及其屬性的賦予是要有依

10、據(jù)。依據(jù)就是判讀標(biāo)志。也就是說，在遙感圖像上研究地表地物的種種特征的總和，就叫判讀遙感圖像標(biāo)志。在數(shù)據(jù)預(yù)處理準(zhǔn)備之后，要根據(jù)數(shù)據(jù)源情況、解譯目標(biāo)等信息確立解譯標(biāo)志，編寫成表格文檔形式，如表1所示：地物吝稱心特征實(shí)例屮A術(shù)入工種植的有林地;B為天然草地Q水澆地中的林剛口林地護(hù)L指生長喬木，樹木郁閉度刁20%的各種天然、A工等樹木的土地；41、有林地通常依地形地藐呈面狀分布，通常樹冠連片，周邊規(guī)則，色差明規(guī)h可見樹冠陰影但有林地不包括居民點(diǎn)綠地，以晅讎路*公路、河流、溝渠的護(hù)路、護(hù)岸林；4團(tuán)像紋理結(jié)構(gòu)粗槌：圏像色調(diào)闊葉林溝鮮紅曲圭，針葉林為暗紅酋主疔在壩上高原農(nóng)牧交錯(cuò)-帶，有林地通常分布在地形起伏

11、的山地中，陰坡比陽坡生長較好P表1解譯標(biāo)志的建立解譯關(guān)鍵問題1.數(shù)據(jù)源的選擇數(shù)據(jù)源的選擇需要考慮的因素非常多，包括價(jià)格、空間分辨率、成像時(shí)間波譜分辨率等因素。經(jīng)無成耳專題圖比例圖像選樣空間井辨率時(shí)間分辨率j（波譜分辨率專頸目的專題地域環(huán)境圖4數(shù)據(jù)源的選擇因素解譯平臺(tái)一個(gè)好的解譯平臺(tái)對于工程完成的效率影響非常大，涉及到操作的便捷、數(shù)據(jù)格式的互操作、結(jié)果的儲(chǔ)存和管理等。對于高分辨率影像的解譯，很多軟件都具有半自動(dòng)跟蹤功能。如在ENVI中的Vector-lntelligentDigitizer（智能化矢量工具），具有半自動(dòng)跟蹤功能，能自動(dòng)圓滑線性地物拐彎處、圓滑不規(guī)則地物邊界等。如圖5所示。uFik

12、eOverlapEnhwceBandL:Qtr_bnEil3er_pait圖5半自動(dòng)跟蹤數(shù)字化經(jīng)驗(yàn)的積累圖像解譯以相關(guān)的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為主導(dǎo)，圖像處理為輔助，經(jīng)驗(yàn)是在實(shí)踐中逐步總結(jié)，如下為一些經(jīng)驗(yàn)性的總結(jié)：總體觀察f到局部詳細(xì)分析綜合分析f前人調(diào)查資料、地面實(shí)況對比分析f地面調(diào)繪圖、土地利用圖已知f未知易f難山區(qū)f平原整體f局部（大類f二級(jí)分類）宏觀特征f細(xì)部結(jié)構(gòu)先線狀地物f后圖形僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途。Forpersonaluseonlyinstudyandresearch;notforcommercialuse.NurfurdenpersdnlichenfurStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwendetw