第5章遙感數(shù)據(jù)的信息提取

第五章遙感數(shù)據(jù)的信息提取

§1信息提取的原理和方法

§2航空像片的信息提取

§3衛(wèi)星像片的信息提取

§4遙感影像地圖本章提要（…）主要介紹了遙感數(shù)據(jù)的信息提取的原理和方法,其中以航空像片和陸地衛(wèi)星像片的信息提取為主,同時介紹了新型的影像地圖的概念。

§1信息提取的原理和方法遙感圖像中目標(biāo)地物的特征是地物電磁波的輻射差異在遙感影像上的反映。依據(jù)遙感圖像上的地物特征，識別地物類型、性質(zhì)、空間位置、形狀、大小等屬性的過程叫信息提取。信息提取的方法有：目視判讀法：是目前常用的方法。計算機(jī)分類法：有監(jiān)督分類、非監(jiān)督分類、模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類、分形分類、模糊分類、人工智能等數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)方法。遙感圖象的解譯特征

◆判讀標(biāo)志：又稱解譯標(biāo)志，它是指能夠反映目標(biāo)地物信息的遙感影像的各種特征，這些特征能幫助判讀者識別遙感影像上目標(biāo)地物或現(xiàn)象。

◆直接判讀標(biāo)志：指能夠直接反映和表現(xiàn)目標(biāo)地物信息的遙感影像的各種特征。如目標(biāo)地物的大小、形狀、色調(diào)、陰影、紋理、圖型、位置及與周圍的關(guān)系。

◆間接判讀標(biāo)志：指能夠間接反映和表現(xiàn)目標(biāo)地物信息的遙感影像的各種特征，借助它可以推斷與目標(biāo)的屬性相關(guān)的其他現(xiàn)象。

直接判讀標(biāo)志：色調(diào)/色彩：判讀前通過反差調(diào)整和彩色增強(qiáng)后，成為目視判讀的重要標(biāo)志。形狀：是目視判讀最直觀的標(biāo)志。大小：根據(jù)地物間的相對大小，區(qū)分地物。陰影：可判讀地物的高度，但也遮擋部分地物信息。組合圖案：當(dāng)?shù)匚镙^小時，在影像上表現(xiàn)為紋理，即某種地物類型有規(guī)律的重復(fù)出現(xiàn)。如農(nóng)田、森林。

Tone

色調(diào)

Shape形狀

Size

大小Texture紋理

Shadow陰影

目視判讀的方法

直接判讀法：依據(jù)判讀標(biāo)志，直接識別地物屬性。對比分析法：與該地區(qū)已知的資料對比，或與實地對比而識別地物屬性；或通過對遙感圖像不同波段、不同時相的對比分析，識別地物的性質(zhì)和發(fā)展變化規(guī)律。邏輯推理法：根據(jù)地學(xué)規(guī)律，分析地物之間的內(nèi)在必然分布規(guī)律，由某種地物推斷出另一種地物的存在及屬性。如由植被類型可推斷出土壤的類型，根據(jù)建筑密度可判斷人口規(guī)模等。(1)了解影像的輔助信息：即熟悉獲取影像的平臺、遙感器，成像方式，成像日期、季節(jié)，影像的比例尺，空間分辨率，彩色合成方案等。

2)分析已知專業(yè)資料：目視解譯的最基本方法是從“已知”到“未知”，所謂“已知”就是已有相關(guān)資料或解譯者已掌握的地面實況，將這些地面實況資料與影像對應(yīng)分析，以確認(rèn)二者之間的關(guān)系。

(3)建立解譯標(biāo)志：根據(jù)影像特征，即形狀、大小、陰影、色調(diào)、顏色、紋理、圖案、位置和布局建立起影像和實地目標(biāo)物之間的對應(yīng)關(guān)系。

目視判讀的步驟§2航空像片的信息提取航空像片一般用攝影的方法獲得，航高在10km以內(nèi)的對流層。目前常用的航空像片類型為彩色紅外像片。航空像片的比例尺大、分辨率高，常用直接判讀法和對比分析法。一般依據(jù)航片上地物的形狀和色彩就可判讀地物屬性。航空像片主要應(yīng)用在城市遙感中。一、判讀標(biāo)志航片判讀：根據(jù)像片上反映的地物影像識別地物的性質(zhì)和數(shù)量特征，并研究其分布和發(fā)生發(fā)展的規(guī)律。判讀的標(biāo)志：形狀；大小；色調(diào)/顏色；影陰；組合圖案/紋理結(jié)構(gòu)?！?航空像片的信息提取二、居民地和道路的判讀城市居民地的判讀特點：房屋稠密，面積較大，建筑物排列整齊，能判讀建筑物的形狀、高度和周邊環(huán)境。農(nóng)村居民地的判讀特點：小而分散，有農(nóng)田包圍，能判讀居民地的外形和面積及通向居民地的道路。道路的判讀特點：線狀分布，色調(diào)較亮?！?航空像片的信息提取三、水體的判讀河流判讀：界線明顯、彎曲自然、寬窄不一的條帶狀。能判讀流向、河寬、流速、橋梁、碼頭等附屬物。湖泊的判讀：輪廓明顯的形狀、色調(diào)較暗。能判讀其形狀、面積。海域的判讀：能清晰地判讀出海岸線、潮侵地帶、高潮、低潮位置?！?航空像片的信息提取

四、地貌的判讀利用航片能判讀地貌的類型、形態(tài)。如流水地貌、冰川地貌、風(fēng)沙地貌、黃土地貌、火山地貌等。§2航空像片的信息提取五、植被的判讀判讀標(biāo)志為：色調(diào)/色彩和紋理結(jié)構(gòu)。紋理結(jié)構(gòu)：細(xì)小地物在影像上構(gòu)成的組合圖案。地物的性質(zhì)不同，組合圖案也不同，以此來判讀地物群體的性質(zhì)。以判讀植物群落為主?！?航空像片的信息提取內(nèi)容：按判讀標(biāo)志解譯所給的航片，區(qū)分出居民地、農(nóng)田類型、河流、流向、道路等地表覆蓋類型，理解判讀標(biāo)志的含義，初步掌握圖像識別的方法。實習(xí)七判讀所提供的航片§3衛(wèi)星圖像的信息提取衛(wèi)星遙感以多波段為主，判讀前先進(jìn)行彩色增強(qiáng)處理，提高目視判讀的分辨率。判讀方法主要是對比分析和地物紋理特征。高分辨率的衛(wèi)星遙感圖像彩色合成后，與航空像片的判讀方法類似。如IKONOS，QuickBird。一、Landsat衛(wèi)星圖像特征光譜特性：由于各種地物組成的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)的差異，導(dǎo)致不同的地物對電磁波的反射存在著差異，并且致使地物的熱輻射性質(zhì)也不完全相同。同一地物在不同的波譜段，其反射的電磁波與熱輻射也有差異。反映在圖像上為：相同地物在不同波譜段的圖像上色調(diào)會不同。這叫做地物的光譜效應(yīng)。MSS的光譜效應(yīng)。MSS4：0.5~0.6μm，對水體有一定的透視能力，能判讀出水下地形?！?衛(wèi)星像片的信息提取MSS5：0.6~0.7μm，對水體有一定的透視能力，對海水中的泥沙流、河流中的懸浮物有明顯的反映；能區(qū)分死樹和活樹，活樹色調(diào)較深。MSS6：0.7~0.8μm，水體為暗色，對地物的濕度有明顯反映；能反映植物的健康狀況。MSS7：0.8~1.1μm，與MSS6相似，但水體更黑，濕地色調(diào)更黑；能明顯區(qū)分植物的健康狀況。MSS8：10.4~12.6μm，反映地物的熱輻射性質(zhì)。地表溫度高，熱輻射就強(qiáng)，色調(diào)就淺?！?衛(wèi)星像片的信息提取TM的光譜效應(yīng)TM1對水體有較強(qiáng)的透視能力。TM2-TM4與MSS4-MSS6相似。TM5，TM7屬于近紅外波段，對巖石有明顯的區(qū)分能力，對植物也有明顯的反映，屬于反射峰值。TM6與MSS8相同。ETM+的光譜特性除PAN波段外，其余與TM相同?？臻g分辨率空間分辨率：是指陸地衛(wèi)星成像時的地面采樣大小，在圖像上就稱為像元，是圖像的最小成像單元。

MSS4-MSS779mMSS8240mTM1-TM5，TM730mTM6120mETM660mPAN15m二、水體判讀水體在衛(wèi)星圖像上要較其他地物容易判讀。尤其在近紅外波段的影像上，由于水體對近紅外的強(qiáng)烈吸收，水體為黑色，與周圍地物的界限很清楚。湖、河、海以其外部形態(tài)，很容易區(qū)別。水中的泥沙含量等狀況，在可見光短波影像上有顯示。一般水淺或含沙量大的色調(diào)淺。水體明顯易判的特點，常作為其他地物定點定位的標(biāo)志?！?衛(wèi)星像片的信息提取三、地貌的判讀地貌在衛(wèi)星圖像判讀時是較為直觀的要素。衛(wèi)星圖像的比例尺小，能反映大的地貌形態(tài)特征，如平原、山地、丘陵。能判讀主要的地貌類型及范圍，如風(fēng)沙地貌、黃土地貌、冰川地貌、火山地貌、流水地貌等。§3衛(wèi)星像片的信息提取四、植被的判讀衛(wèi)星圖像上，植被是群體的特征，不能反映個體的形態(tài)，只能判讀出植被的類型、生長狀況、分布范圍。植被類型的判讀要依據(jù)紋理結(jié)構(gòu)和色調(diào)，并要有該地植物群落組成和植被分類圖等資料，要經(jīng)過實地調(diào)查和驗證。植被的判讀一般要用多波段合成的圖像，如標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成圖像。在該圖像上植被為紅色?！?衛(wèi)星像片的信息提取五、城鎮(zhèn)與道路的判讀城鎮(zhèn)的光譜是建筑物和水泥下墊面的綜合反映，與周圍環(huán)境的反差較大，能判讀出城鎮(zhèn)的外形和面積。城鎮(zhèn)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的判讀，取決于圖像的分辨率。道路呈長條狀，故提高了分辨率，一般能判讀出形態(tài)和長度，區(qū)分道路的等級?！?衛(wèi)星像片的信息提取六、土地覆蓋與土地利用的判讀土地覆蓋與土地利用的含義大同小異。圖像反映出來的是地表覆蓋狀況，該狀況的類型根據(jù)土地分類標(biāo)準(zhǔn)而定。我國土地分類：一級大類統(tǒng)一，二級各地確定。一級類型：耕地—林地—草地—園地—居住用地—工礦用地—交通用地—水域—特殊用地—難利用地。§3衛(wèi)星像片的信息提取§4遙感圖像的計算機(jī)解譯4.1分類的原理和步驟4.2非監(jiān)督分類4.3監(jiān)督分類4.4圖像分類的有關(guān)問題

目視判讀分類所依據(jù)的是影像色調(diào)和幾何特征等解譯標(biāo)志,而計算機(jī)分類的對象是數(shù)字圖像,地物的所有特征都是通過數(shù)字化的灰度值反映出來的,因此,計算機(jī)分類是建立在對圖像像元灰度值的統(tǒng)計、運(yùn)算、對比和歸納基礎(chǔ)上進(jìn)行的。

遙感圖像計算機(jī)分類是基于數(shù)字圖像中所反映的同類地物的光譜相似性和異類地物的光譜差異性進(jìn)行的。

分類原理:(一)分類預(yù)處理

(二)特征選擇

(三)分類

(四)分類后處理

(五)專題圖制作

分類步驟:4.2非監(jiān)督分類

1、非監(jiān)督分類的概念：

非監(jiān)督分類的前提是假定遙感影像上的同類物體在同樣條件下具有相同的光譜信息特征。非監(jiān)督分類方法不必對影像地物獲取先驗知識,僅依靠影像上不同類地物光譜信息(或紋理信息)進(jìn)行特征提取,再統(tǒng)計特征的差別來達(dá)到分類的目的,最后對巳分出的各個類別的實際屬性進(jìn)行確認(rèn)。

2、非監(jiān)督分類方法：

主要采用聚類分析方法,聚類是把一組像素按照相似性歸成若干類別,即“物以類聚”。它的目的是使得屬于同一類別的像素之間的距離盡可能的小而不同類別上的像素間的距離盡可能的大。其常用方法如下:(1)分級集群法(Hierarchicalclustering)(2)動態(tài)聚類法ISODATA方法在動態(tài)聚類法中具有代表性。

4.3監(jiān)督分類1、監(jiān)督分類的概念：

首先需要從研究區(qū)域選取有代表性的訓(xùn)練場地作為樣本。根據(jù)已知訓(xùn)練區(qū)提供的樣本,通過選擇特征參數(shù)(如像素亮度均值、差等),建立判別函數(shù),據(jù)此對樣本像元進(jìn)行分類,依據(jù)樣本類別的特征來識別非樣本像元的歸屬類別。監(jiān)督分類包括利用訓(xùn)練區(qū)樣本建立判別函數(shù)的“學(xué)習(xí)”過程和把待分像元代入判別函數(shù)進(jìn)行判別的過程?！癖O(jiān)督分類對訓(xùn)練場地的選取具有一定要求:訓(xùn)練場地所包含的樣本在種類上要與待分區(qū)域的類別一致。訓(xùn)練樣本應(yīng)在各類目標(biāo)地物面積較大的中心選取,這樣才有代表性。如果采用最大似然法,分類要求各變量正態(tài)分布,因此訓(xùn)練樣本應(yīng)盡量滿足這一要求。

2、監(jiān)督分類中常用的具體分類方法:

(1)

最小距離分類法(2)多級切割分類法(3)特征曲線窗口法(4)最大似然比分類法3.監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類方法比較◆監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類的根本區(qū)別點在于是否利用訓(xùn)練場地來獲取先驗的類別知識,監(jiān)督分類根據(jù)訓(xùn)練場提供的樣本選擇特征參數(shù),建立判別函數(shù),對待分類點進(jìn)行分類。因此,訓(xùn)練場地選擇是監(jiān)督分類的關(guān)鍵。由于訓(xùn)練場地要求有代表性,訓(xùn)練樣本的選擇要考慮到地物光譜特征,樣本數(shù)目要能滿足分類的要求,有時這些還不易做到,這是監(jiān)督分類不足之處。◆相比之下,非監(jiān)督分類不需要更多的先驗知識,它根據(jù)地物的光譜統(tǒng)計特性進(jìn)行分類。因此,非監(jiān)督分類方法簡單,且分類具有一定的精度。當(dāng)光譜特征能夠和唯一的地物類型相對應(yīng)時，非監(jiān)督分類可取得較好效果。當(dāng)兩個地物類型對應(yīng)的光譜特征類差異很小時，非監(jiān)督分類效果不如監(jiān)督分類效果好。4.4圖像分類的有關(guān)問題

1）未充分利用遙感圖像提供的多種信息2）遙感圖像分類精度受到限制的因素◆大氣狀