講遙感圖像目視解譯與制.ppt

遙感制圖,一 計算機地圖制圖概述,傳統(tǒng)的地圖制圖技術(shù)經(jīng)長期發(fā)展，已日臻完善和成熟。但其弱點是：地圖編制與生產(chǎn)難度大、生產(chǎn)成本高、周期長、制印技術(shù)復(fù)雜、專業(yè)性強；手工勞動占重要成份；地圖產(chǎn)品種類單一，更新困難，不能反映空間地理事物的動態(tài)變化，信息難于共享等。因此，從上世紀50年代開始，計算機技術(shù)開始引入地圖學領(lǐng)域。經(jīng)過理論探討、應(yīng)用試驗、設(shè)備研制和軟件開發(fā)等發(fā)展階段，如今，計算機制圖已成為地圖學的重要分支學科，即計算機地圖制圖學。,計算機地圖制圖技術(shù)與傳統(tǒng)的制圖方法大相徑庭，特別是在地圖信息的表達、傳輸和管理上，完全建立在一種全新的格局上，即地圖的計算機信息化。因此，這門技術(shù)帶來的變革和對地圖學產(chǎn)生的影響極其廣泛和深刻。 目前，隨著理論上的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，計算機地圖制圖已可基本代替?zhèn)鹘y(tǒng)的地圖制圖，實現(xiàn)了地圖制圖技術(shù)的歷史性變革。,計算機地圖制圖是以地圖制圖原理為基礎(chǔ)，在計算機硬、軟件的支持下，應(yīng)用數(shù)學邏輯方法，研究地圖空間信息的獲取、變換、存貯、處理、識別、分析和圖形輸出的理論方法和技術(shù)工藝手段。 和傳統(tǒng)地圖制圖相比，過去制圖人員面對的始終是有形的紙質(zhì)地圖，編圖工作是在一種現(xiàn)實的可視（可以觸摸）環(huán)境中進行的；現(xiàn)在制圖者主要面對數(shù)據(jù)，所有制圖資料變成計算機可以接受的數(shù)字形式，制圖過程實際上就是對數(shù)據(jù)的編輯處理、管理維護和可視化再現(xiàn)的過程，數(shù)據(jù)聯(lián)結(jié)各個制圖環(huán)節(jié)。,二 遙感影像地圖,遙感影像地圖是一種以遙感影像和一定的地圖符號來表現(xiàn)制圖對象地理空間分布和環(huán)境狀況的地圖。 按其表現(xiàn)內(nèi)容分為： 普通影像地圖 專題影像地圖 按獲取遙感信息傳感器的不同： 航空攝影影像地圖 掃描影像地圖 雷達影像地圖,專題影像地圖是以影像地圖作基礎(chǔ)底圖，通過解譯并加繪有專題要素位置、輪廓界線和少量注記制成的一種影像地圖。因像片上有豐富的影像細節(jié)，專題要素又以影像作背景，兩者可以相互印證，又不需要編制地理底圖，因而具有工效高、質(zhì)量好等優(yōu)點，是有發(fā)展前途的一種新型地圖。,普通影像地圖與專題影像地圖,前者的比例尺較大，影像分辨率高，適用于工程設(shè)計、地籍管理、區(qū)域規(guī)劃、城市建設(shè)以及區(qū)域地理調(diào)查研究和編制大比例尺專題地圖； 后者是由陸地衛(wèi)星多光譜掃描儀掃描獲得的MSS4、MSS5 MSS6、 MSS7等波段的影像經(jīng)糾正后編制的，屬于中小比例尺影像地圖，區(qū)域總體概念清晰，有利于大范圍的分析研究，適用于研究制圖區(qū)域全貌、大地構(gòu)造系統(tǒng)區(qū)域地貌、植被分布、制定工農(nóng)業(yè)總體規(guī)劃，進行資源調(diào)查與專題制圖等。,航空攝影影像地圖與掃描影像地圖,考古,（1）衛(wèi)星遙感可以覆蓋全球的每一個角落，任何地區(qū)都不再有制圖資料的空白區(qū)；（2）衛(wèi)星遙感的周期性重復(fù)探測，使每一個地區(qū)都可以獲得不同時相的制圖信息，為動態(tài)地圖的制作和利用地圖進行動態(tài)分析提供了信息保障；（3）數(shù)字衛(wèi)星遙感信息，可以直接進入計算機進行自動處理，省去了圖像掃描數(shù)字化的輸入過程；（4）改變了傳統(tǒng)的從大比例尺逐級縮編小比例尺地圖的邏輯程序 ；（5）以豐富的影像細節(jié)去表現(xiàn)區(qū)域的地理外貌，比單純使用線劃的地圖信息量豐富，真實直觀、生動形象，富于表現(xiàn)力 ；（6）用簡單的線劃符號和注記表示影像無法顯示或需要計算的地物，彌補了單純用影像表現(xiàn)地物的不足，因而減少了制圖工作量，縮短了地圖的成圖周期。,遙感影像地圖的特點,遙感影像地圖的發(fā)展趨勢 1）電子影像地圖：這種影像地圖以數(shù)字形式存貯在磁盤、光盤或磁帶等存貯介質(zhì)上，需要時可由電子計算機的輸出設(shè)備(如繪圖機、顯示屏幕等)恢復(fù)為影像地圖。與傳統(tǒng)的影象地圖相比，它保留了影像地圖的基本特征如數(shù)學基礎(chǔ)、圖例、符號、色彩等，只是載負影像地圖信息的介質(zhì)不同。 2）多媒體影像地圖 3）立體全息影像地圖,三 計算機輔助遙感制圖,指在計算機系統(tǒng)支持下，根據(jù)地圖制圖原理，應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)和數(shù)字地圖編輯加工技術(shù)，實現(xiàn)遙感影像地圖制作和成果表現(xiàn)的技術(shù)方法。,計算機輔助遙感制圖,1、遙感影像信息選取與數(shù)字化 2、地理基礎(chǔ)底圖的選取與數(shù)字化 3、遙感影像幾何糾正與圖像處理 4、遙感影像鑲嵌與地理基礎(chǔ)底圖的拼接 5、地理基礎(chǔ)底圖與遙感影像復(fù)合 6、符號注記圖層生成 7、影像地圖圖面配置 8、遙感影像地圖制作與印刷,1.信息源的選擇,圖像的地面分辨率、波譜分辨率和時間分辨率是遙感信息的基本屬性，在遙感應(yīng)用中，它們通常是評價和選擇遙感圖像的主要指標。 （1）空間分辨率與制圖比例尺的選擇 空間分辨率即地面分辨率，是指遙感儀器所能分辨的最小目標的實地尺寸，即遙感圖像上一個像元所對應(yīng)的地面范圍的大小。例如Landsat TM影像的一個像元對應(yīng)的地面范圍是30m30m，那么其空間分辨率就是30m。,由于遙感制圖是利用遙感圖像來提取專題制圖信息，因此在選擇圖像的空間分辨率時要考慮以下兩個因素：一是解譯目標的最小尺寸；二是地圖的成圖比例尺。遙感圖像的空間分辨率與地圖比例尺有密切的關(guān)系。在遙感制圖中，不同平臺的遙感器所獲取的圖像信息，其可滿足成圖精度的比例尺范圍是不同的。,（2）波譜分辨率與波段的選擇 波譜分辨率是由傳感器所使用的波段數(shù)目（通道數(shù)）、波長、波段的寬度來決定的。 通常，各種傳感器的波譜分辨率的設(shè)計都是有針對性的，這是因為地表物體在不同光譜段上有不同的吸收、反射特性。同一類型的地物在不同波段的圖像上，不僅影像灰度有較大差別，而且影像的形狀也有差異。多光譜成像技術(shù)就是根據(jù)這個原理，使不同地物的反射光譜特性能夠明顯地表現(xiàn)在不同波段的圖像上。因此，在專題處理與制圖研究中，波段的選擇對地物的針對性識別非常重要。,在考慮遙感信息的具體應(yīng)用時，必須根據(jù)遙感信息應(yīng)用的目的和要求，選擇地物波譜特征差異較大的波段圖像，即能突出某些地物（或現(xiàn)象）的波段圖像。實際工作中有兩種方法：一是根據(jù)室內(nèi)外所測定的地物波譜特征曲線，直觀地進行分析比較，根據(jù)差異的程度，找出與之相對應(yīng)的傳感器的工作波段。二是利用數(shù)理統(tǒng)計的方法，選擇不同波段影像密度方差較大且相關(guān)程度較小的波段圖像。 除了對單波段遙感圖像的分析選擇外，大多數(shù)情況下是將符合要求的若干波段作優(yōu)化組合，進行影像的合成分析與制圖。如利用MSS影像編制土地利用圖時，通常采用MSS4、5、7波段的合成影像；若進一步區(qū)分林、灌、草，可選MSS5、6、7波段的組合影像。,（3）時間分辨率與時相的選擇 把傳感器對同一目標進行重復(fù)探測時，相鄰兩次探測的時間間隔稱為遙感圖像的時間分辨率。如Landsat 1、2、3的圖像最高時間分辨率為18天，Landsat4、5、7為16天，SPOT-4為26天，而靜止氣象衛(wèi)星的時間分辨率僅為半小時。,遙感圖像的時間分辨率差異很大，用遙感制圖的方式反映制圖對象的動態(tài)變化時，不僅要搞清楚研究對象本身的變化周期，同時還要了解有沒有與之相對應(yīng)的遙感信息源。如要研究森林病蟲害的受災(zāi)范圍、森林火災(zāi)蔓延范圍或洪水淹沒范圍等現(xiàn)象的動態(tài)變化，必須選擇與之相適應(yīng)的短期或超短期時間分辨率的遙感信息源，顯然只有氣象衛(wèi)星的圖像信息才能滿足這種要求；研究植被的季相節(jié)律、農(nóng)作物的長勢，目前以選擇landsat-TM 或SPOT遙感信息為宜。,遙感圖像是某一瞬間地面實況的記錄，而地理現(xiàn)象是變化、發(fā)展的。因此，在一系列按時間序列成像的多時相遙感圖像中，必然存在著最能揭示地理現(xiàn)象本質(zhì)的“最佳時相”圖像?！白罴褧r相”的涵義包括兩個方面：第一，為了使目標不僅能被“檢出”且能被“識別”，應(yīng)要求信息有足夠大的強度，還應(yīng)是地理現(xiàn)象呈節(jié)律性變化中最具有本質(zhì)特性的信息；第二，探測目標與環(huán)境的信息差異最大、最明顯。,如編制地質(zhì)地貌專題地圖，選擇秋末冬初或冬末春初的圖像最為理想，因為這個時段的地面覆蓋少，有利于地質(zhì)地貌內(nèi)在規(guī)律和分布特征的顯示；進行 “三北”防護林的遙感調(diào)查與制圖，選擇樹木已經(jīng)枝繁葉茂，但農(nóng)作物及草本植被尚未覆蓋地面的五月末的時相最為理想；解譯海濱地區(qū)的蘆葦?shù)丶捌涿娣e用五六月間的圖像；編制黃淮海地區(qū)鹽堿土分布圖用三四月間的圖像比較適宜。總之，遙感圖像時相的選擇，既要考慮地物本身的屬性特點，也要考慮同一種地物的空間差異。,2.圖像處理 根據(jù)遙感制圖的任務(wù)要求，確定了遙感信息源之后，還必須對所獲得的原始遙感數(shù)據(jù)進行加工處理，才能進一步利用。,（1）圖像預(yù)處理 人造衛(wèi)星在運行過程中，由于側(cè)滾、仰俯的飛行姿態(tài)和飛行軌道、飛行高度的變化以及傳感器光學系統(tǒng)本身的誤差等因素的影響，常常會引起衛(wèi)星遙感圖像的幾何畸變。因此，在專題地圖制圖之前，必須對遙感圖像進行預(yù)處理。預(yù)處理包括粗處理和精處理兩種類型。粗處理是為了消除傳感器本身及外部因素的綜合影響所引起的各種系統(tǒng)誤差而進行的處理。它是將地面站接收的原始圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)事先存入計算機的相應(yīng)條件而進行糾正，并通過專用的坐標計算程序加繪了圖像的地理坐標，制成表現(xiàn)為正射投影性質(zhì)的粗制產(chǎn)品圖像軟片和高密度磁帶。,精處理的目的在于進一步提高衛(wèi)星遙感圖像的幾何精度。其作法是利用地面控制點精確校正經(jīng)過粗處理后的圖像面積和幾何位置誤差，將圖像擬合或轉(zhuǎn)換成一種正規(guī)的符合某種地圖投影要求的精密軟片和高密度磁帶。目前，在精處理過程中，也常常在圖像上加繪控制點、行政區(qū)劃界限等對后續(xù)解譯工作起控制作用的要素。,（2）圖像增強處理,為了擴大地物波譜的亮度差別，使地物輪廓分明、易于區(qū)分和識別，以充分挖掘遙感圖像中所蘊含的信息，必須進行圖像的增強處理。圖像增強處理的方法主要有光學增強處理和數(shù)字圖像增強處理兩種。圖像光學增強處理的目的在于人為加大圖像的密度差。常用的方法有假彩色合成、等密度分割和圖像相關(guān)掩膜等。數(shù)字圖像增強處理是借助計算機來加大圖像的密度差。主要方法有彩色增強、反差增強、濾波增強和比值增強等。數(shù)字圖像增強處理具有快速準確、操作靈活、功能齊全等特點，是目前廣泛使用的一種處理方法。,（3）遙感影像鑲嵌,圖像鑲嵌(MOSAIC)是將多個具有重疊部分的圖像制作成一個沒有重疊的新圖像； 有基于像元的鑲嵌和基于地理坐標的鑲嵌；,鑲嵌要有足夠?qū)挼闹丿B區(qū)，最好不少于圖像的1/5，否則會影響精度 相鄰圖像往往色調(diào)或灰度值不一致，需要進行直方圖匹配 如果鑲嵌后需要進行某種地圖投影變換，最好先根據(jù)該投影方式分幅校正，然后再鑲嵌,圖像的鑲嵌注意的問題,3.圖像解譯 從數(shù)據(jù)類型來看，數(shù)字遙感圖像是標準的柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此，遙感圖像的解譯實際上就是把柵格形式的遙感數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成矢量數(shù)據(jù)的過程。圖像解譯的主要方法有目視解譯和計算機解譯兩種。,（1）目視解譯 目視解譯是用肉眼或借助簡單的設(shè)備，通過觀察和分析圖像的影像特征和差異，識別并提取空間地理信息的一種解譯方法。目前，遙感制圖已經(jīng)全面實現(xiàn)了數(shù)字化操作，目視解譯也從過去手工蒙片解譯發(fā)展為數(shù)字環(huán)境下的人機交互式圖像解譯。所謂人機交互式圖像解譯，是一種以計算機制圖系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以數(shù)字遙感圖像為信息源，以目視解譯為主要方法并充分利用專業(yè)圖像處理軟件實現(xiàn)對圖像的各種操作（如縮放、旋轉(zhuǎn)、平移、反差增強等）。,解譯準備 解譯之前，必須做好兩方面的工作：一是利用制圖軟件或GIS軟件，生成與所選遙感圖像一致的地圖投影文件，這個矢量地圖投影文件實際上就是新編專題地圖的地理底圖的重要內(nèi)容。然后，以此為控制基礎(chǔ)，實現(xiàn)圖像與基礎(chǔ)底圖的準確配準。二是收集與圖像解譯內(nèi)容有關(guān)的地圖資料和文字資料，熟悉解譯地區(qū)的基本情況，并制定解譯工作計劃。 建立解譯標志 首先在室內(nèi)通過對衛(wèi)星圖像的分析研究，確定野外考察的典型路線和典型地段，然后通過衛(wèi)星圖像的野外實地對照、驗證，從而建立各種地物目標在圖像上的解譯標志。衛(wèi)星圖像的解譯標志包括圖像的色調(diào)、形態(tài)、組合特征等。,解譯 首先對具體解譯區(qū)域進行宏觀分析，建立總體概念，然后再根據(jù)解譯標志，進行專題內(nèi)容的識別。解譯的方法有直接解譯法、對比分析法和邏輯推理法。直接解譯法是通過色調(diào)、形態(tài)、組合特征等直接解譯標志，判定和識別地物。對比分析法采用不同波段、不同時期的遙感圖像地物光譜測試數(shù)據(jù)以及其他地面調(diào)查資料，進行對比分析，將原來不易分開的地物區(qū)分開來。邏輯推理法指解譯人員運用專業(yè)知識和實踐經(jīng)驗，并根據(jù)地學規(guī)律進行相關(guān)分析和邏輯推理，解譯那些因衛(wèi)星圖像比例尺小，地面分辨率低，前兩種方法又無法解譯的圖像信息。,野外驗證 在解譯工作結(jié)束之后，為保證解譯結(jié)果的準確性，必須通過野外抽樣調(diào)查，對解譯中的疑點作進一步的核實，并對解譯成果進行修改和完善。 （2）計算機解譯 計算機解譯是利用專業(yè)圖像處理軟件，實現(xiàn)對圖像的自動識別和分類，從而提取專題信息的方法,它包括計算機自動識別和計算機自動分類。,計算機自動識別（模式識別），是將經(jīng)過精處理的遙感圖像數(shù)據(jù)根據(jù)計算機所研究的圖像特征進行的處理。具體處理方法有：統(tǒng)計概率法、語言結(jié)構(gòu)法和模糊數(shù)學法。統(tǒng)計概率法是根據(jù)地物的光譜特征進行自動識別；語言結(jié)構(gòu)法是根據(jù)地物的圖形進行識別；模糊數(shù)學法則是根據(jù)地物最明顯的本質(zhì)特征（光譜的或圖像的本質(zhì)特征）進行識別，。 計算機自動分類分為監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類兩種方法。監(jiān)督分類是根據(jù)已知試驗樣本提出的特征參數(shù)建立解譯函數(shù)，對各待分類點進行分類的方法；非監(jiān)督分類是事先并不知道待分類點的特征，僅僅根據(jù)各待分點特征參數(shù)的統(tǒng)計特征，建立決策規(guī)則并進行分類的一種方法。,目前，主要通過ERDAS、ER Mapper、PCI等圖象處理軟件進行遙感圖象解譯。解譯得到的柵格數(shù)據(jù)，可以轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)，以備進一步的處理使用。 計算機解譯能克服肉眼分辨率的局限性，提高解譯速度，而且隨著技術(shù)的日趨成熟，它還能從根本上提高解譯的精度。目前，各種類型的圖像處理軟件都不同程度地提供了計算機自動識別與分類的強大功能，一些部門和單位利用遙感圖像處理軟件試驗或編制專題地圖，建立專題數(shù)據(jù)庫。然而，由于受遙感成像機理復(fù)雜性等多種因素的綜合影響，計算機自動識別和分類方法在生產(chǎn)實踐中，還不可能替代目視解譯方法，目視解譯仍然是圖像解譯的主流方法。,4.基礎(chǔ)底圖的編制,圖像解譯只是完成了從影像圖到專題要素線劃圖的轉(zhuǎn)化過程。為了說明