遙感圖像目視分類

1、第第 六六 章章 遙感圖像分類遙感圖像分類 6.1 遙感圖像分類的基本原理和方法 6.2 遙感圖像非監(jiān)督分類 6.3 遙感圖像監(jiān)督分類 6.4 基于混合像元的遙感圖像分類 6.5 非光譜信息在遙感圖像分類中的應(yīng)用 6.6 基于知識(shí)的遙感圖像分類 基本內(nèi) 容影像讀取圖像校正圖像增強(qiáng)信息復(fù)合圖像分類(目視解譯或計(jì)算機(jī)分類)波段選擇遙感圖像判讀第一節(jié)第一節(jié) 遙感圖像分類的基本原理和方法遙感圖像分類的基本原理和方法遙感圖像分類遙感圖像分類：將圖像的所有像元按其性質(zhì)：將圖像的所有像元按其性質(zhì)劃分劃分為若干個(gè)類別的過(guò)程為若干個(gè)類別的過(guò)程. .目視解譯目視解譯或或計(jì)算機(jī)分類計(jì)算機(jī)分類 圖像分類的基本原理和方

2、法圖像分類的基本原理和方法涵義涵義:憑著光譜規(guī)律、地學(xué)規(guī)律和解譯者的經(jīng)驗(yàn),通過(guò) 直接觀察或借助輔助判讀儀器從遙感圖像上獲取 特定目標(biāo)地物的信息，從而推出地面的地物類型. 此方法通常應(yīng)用于高空間分辨率的圖像,如航片等.遙感影像目視解譯是根據(jù)遙感影像目視解譯標(biāo)志和解譯經(jīng)驗(yàn)來(lái)識(shí)別目標(biāo)地物.工作原理工作原理 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法地面各種目標(biāo)地物在遙感圖像中存在著不同的色、形、位的差異,從而構(gòu)成了可供識(shí)別的目標(biāo)地物特征.而這些目標(biāo)地物的特征正是目視解譯人員判讀時(shí)識(shí)別各類地物的依據(jù),稱之為判讀標(biāo)志(解譯標(biāo)志)色：指目標(biāo)地物在遙感影像上的顏色,這里包括目標(biāo)地物的色調(diào)、顏色和陰影等

3、；形：指目標(biāo)地物在遙感影像上的形狀，這里包括目標(biāo)地物的形狀、紋理、大小、圖型等； 位：指目標(biāo)地物在遙感影像上的空間位置，這里包括目標(biāo)地物分布的空間位置、相關(guān)布局等； 解譯標(biāo)志 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法 色調(diào)（tone）全色遙感圖像中從白到黑的密度比例叫色調(diào)(也叫灰度).例如水體通常較深暗; ;沙地,干燥的砂礫色調(diào)發(fā)白,而潮濕的砂礫發(fā)黑; ;黑白航空像片上柏樹(shù)為主的針葉林,其色調(diào)為淺黑灰色,山毛櫸為主的闊葉林,其色調(diào)為灰白色.色調(diào)標(biāo)志是識(shí)別目標(biāo)地物的基本依據(jù).依據(jù)色調(diào)標(biāo)志,可以區(qū)分出目標(biāo)地物;在有些情況下,還可以識(shí)別出目標(biāo)地物的屬性. 不過(guò),要指出的是目標(biāo)地物與背景之間必

4、須存在能夠被人的視覺(jué)所分辨出的色調(diào)差異,目標(biāo)地物才能夠被區(qū)分.TM4遙感圖像上目標(biāo)地物的識(shí)別特征北京故宮博物院與護(hù)城河之間的色調(diào)差異(quickbird衛(wèi)星拍攝, 1米分辨率). 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法 色調(diào)（tone）遙感圖像中目標(biāo)地物的顏色是地物在不同波段中反射或發(fā)射電磁輻射能量差異的綜合反映,是判讀遙感圖像中目標(biāo)地物的基本識(shí)別標(biāo)志.例如真彩色航空像片上,正常的針葉林呈深綠色,枯萎的植被則呈現(xiàn)為黃綠色.彩色遙感圖像上的顏色可以根據(jù)需要根據(jù)需要在圖像合成中任意設(shè)置.例如多光譜掃描圖像可以使用幾個(gè)波段合成彩色圖像,但每個(gè)波段賦予的顏色可根據(jù)需要來(lái)設(shè)置.而按照遙感圖像與

5、地物真實(shí)色彩的吻合程度,可把彩色遙感圖像分為假彩色和真彩色. 顏色（顏色（colorcolor）故宮quickbird(真彩色, 1米分辨率) 故宮quickbird(假彩色,1米分辨率) 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法 色調(diào)(tone) 顏色(color)-遙感圖像上光束被地物遮擋而產(chǎn)生的地物的影子. 陰影陰影( (shadow)shadow)通常,根據(jù)陰影形狀、大小可判讀物體的性質(zhì)根據(jù)陰影形狀、大小可判讀物體的性質(zhì)或高度或高度.如航空像片判讀時(shí),利用陰影可以了解高層建筑物等的高度(公式為H = L*tg*M (式中H為建筑物高度,L為建筑物的陰影長(zhǎng)度, 為成像時(shí)的太陽(yáng)高度

6、角,M 為航片比例尺分母). 陰影的長(zhǎng)度、方向和形狀受到光照角度、方向和地形起伏等因素的影響影響,因此地物陰影因時(shí)因地物陰影因時(shí)因地而異地而異.陰影的存在通常有助于影像的解譯，但陰影籠罩下的地物往往會(huì)模糊不清,甚至丟失,從而影響到人們對(duì)它的識(shí)別. 世界貿(mào)易中心的雙子塔衛(wèi)星照片世界貿(mào)易中心的雙子塔衛(wèi)星照片這張分辨率為1米的紐約曼哈頓衛(wèi)星照片,是2000年6月30日由美國(guó)洛克希德馬丁公司的IKONOS 衛(wèi)星拍攝的.這張圖像是從南方拍攝的,中間是 110 層高的世界貿(mào)易中心的雙塔.2001年9月12日2001年9月15日“911”事件發(fā)生后的世貿(mào)中心衛(wèi)星照事件發(fā)生后的世貿(mào)中心衛(wèi)星照片片 圖像分類的基

7、本原理和方法圖像分類的基本原理和方法 形狀（形狀（shapeshape）地表分布的目標(biāo)物體都具有一定的幾何形狀地表分布的目標(biāo)物體都具有一定的幾何形狀,而根據(jù)圖像上物體特有的形態(tài)特征可以判斷和識(shí)別目標(biāo)地物.例如在大比例尺遙感圖像上,自然地物往往具有不規(guī)則的外形和不規(guī)則的邊界(湖泊、沙丘、山地等); ;人造地物一般具有規(guī)則的幾何外形和清晰的邊界(樓房、道路、飛機(jī)場(chǎng)、港灣設(shè)施等在遙感圖像上均具有特殊形狀).杭州杭州TM影像影像鄱陽(yáng)湖區(qū)水田 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法 形狀（形狀（shapeshape）用于判讀的圖像通常多是垂直拍攝的,因此遙感圖像上表現(xiàn)的目標(biāo)地物形狀是頂視平面圖

8、目標(biāo)地物形狀是頂視平面圖,它不同于我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)?？吹降奈矬w形狀.武漢城區(qū)衛(wèi)星影像武漢城區(qū)衛(wèi)星影像 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法 形狀（形狀（shapeshape）用于判讀的圖像通常多是垂直拍攝的,因此遙感圖像上表現(xiàn)的目標(biāo)地物形狀是頂視平面圖目標(biāo)地物形狀是頂視平面圖,它不同于我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常看到的物體形狀.由于成像方式的不同、飛行姿態(tài)的改變或者地形起伏的變化都會(huì)造成同一目標(biāo)物在圖像上呈現(xiàn)出不同形狀,因此解譯時(shí)須考慮遙感圖像的成像方式解譯時(shí)須考慮遙感圖像的成像方式. 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法 形狀（shape） 大小（大?。╯izesize）指遙感

9、圖像上目標(biāo)物的形狀、面積與體積的度量,是遙感圖像上測(cè)量目標(biāo)地物最重要的數(shù)量特征之一.根據(jù)物體的大小可以推斷物體的屬性,如湖泊和池塘,主要依據(jù)它們的大小來(lái)區(qū)別.在不知道像片比例尺時(shí)在不知道像片比例尺時(shí), ,比較兩個(gè)物體的相對(duì)大小有助于比較兩個(gè)物體的相對(duì)大小有助于識(shí)別它們的性質(zhì)識(shí)別它們的性質(zhì),例如單車道和多車道的街道寬度不同; ;若知道像片的比例尺,則可以根據(jù)目標(biāo)地物影像的尺寸計(jì)算或估算出其實(shí)際大小和分布規(guī)模,也可以利用已知目標(biāo)地物在像片上的尺寸來(lái)比較其他待識(shí)別的目標(biāo). 圖像上物體大小會(huì)受到地面分辨率、物體本身亮度與周圍亮度的對(duì)比關(guān)系等因素的影響.例如,當(dāng)像片上線狀地物與背景反差較大時(shí),其影像大小

10、往往超出其按比例計(jì)算的尺寸. 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法 形狀（shape） 大小（size） 紋理（紋理（texturetexture）也叫內(nèi)部結(jié)構(gòu),是指遙感圖像中目標(biāo)地物內(nèi)部色調(diào)或顏色有規(guī)則變化而表現(xiàn)的細(xì)紋或細(xì)小的圖案,并且這種細(xì)紋或細(xì)小的圖案在某一確定的圖像區(qū)域中以一定的規(guī)律重復(fù)出現(xiàn).如航空像片上農(nóng)田呈現(xiàn)的條帶狀紋理.紋理可以作為區(qū)別地物屬性的重要依據(jù),如幼年林看上去像天鵝絨樣平滑,成年的針葉樹(shù)林看上去很粗糙.不過(guò),目標(biāo)地物的紋理特征與航空像片的比例尺有關(guān):在大比例尺像片上,可顯示出一個(gè)個(gè)樹(shù)冠的紋理,據(jù)此可區(qū)分不同的樹(shù),而在比例尺較小的像片上則表現(xiàn)為由一系列樹(shù)冠的頂

11、部構(gòu)成的整個(gè)森林的紋理; ; 同一個(gè)目標(biāo)地物在不同太陽(yáng)高度角下,也會(huì)具有不同的紋理特征:如黃土高原丘陵溝壑區(qū),在太陽(yáng)高度角很大時(shí)地表紋理比較平滑,而在太陽(yáng)高度角很小時(shí),地表紋理比較粗糙.平滑粗糙紋理 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法 形狀（shape） 大小（size） 紋理（texture） 圖型（圖型（patternpattern）是指目標(biāo)地物以一定規(guī)律排列而成的圖形結(jié)構(gòu).例如住宅區(qū)建筑群在圖像上呈現(xiàn)的圖型,農(nóng)田與周邊的防護(hù)林構(gòu)成的圖型等. 地物的圖型揭示了不同地物之間的內(nèi)在聯(lián)系,也為解譯者識(shí)別這些地物提供了依據(jù).通常人工地物往往具有某種特殊的圖型.例如多個(gè)建筑物有序排列構(gòu)

12、成的街區(qū)以及由教室、操場(chǎng)和跑道構(gòu)成的學(xué)校等,它們都具有一定的整體圖型.自然界中,一些地物也具有特定的圖型,如水系有樹(shù)枝狀、羽毛狀和格網(wǎng)狀等多種圖型,它們綜合反映了流域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造和水文特征.圖型圖型 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法 位置（位置（sitesite）位置分為地理位置、相對(duì)位置兩種.通常,依據(jù)遙感圖像周框注記的地理經(jīng)緯度位置,可以推斷出區(qū)域所處的溫度帶; ;依據(jù)相對(duì)位置,可以為具體目標(biāo)地物解譯提供重要判據(jù),例如如一條道路在河一側(cè)中斷,又在河另一側(cè)出現(xiàn)并延伸到遠(yuǎn)方,據(jù)此可以推測(cè)此處為徒涉場(chǎng)或渡口.目標(biāo)地物的位置與它的環(huán)境密切相關(guān),據(jù)此可以識(shí)別一些目標(biāo)地物或現(xiàn)象.例如水田

13、臨近溝渠. 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法 位置（site）多個(gè)目標(biāo)地物之間的空間配置關(guān)系. 通常,依據(jù)空間布局可以推斷目標(biāo)地物的屬性.例如學(xué)校教室與運(yùn)動(dòng)操場(chǎng),貨運(yùn)碼頭與貨物存儲(chǔ)堆放區(qū)等都是地物相關(guān)布局的實(shí)例. 相關(guān)布局（相關(guān)布局（associationassociation） 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法 直接判讀法 根據(jù)解譯標(biāo)志,直接確定目標(biāo)地物屬性與范圍的一種方法.例如，在可見(jiàn)光黑白像片上，水體對(duì)光線的吸收率強(qiáng)、反射率低,水體呈現(xiàn)灰黑到黑色,根據(jù)色調(diào)可以從影像上直接判讀出水體;根據(jù)水體的形狀則可以直接分辨出水體是河流或者是湖泊。在TM4、3、2三波段

14、假彩色影像上,植被顏色為紅色,因此,根據(jù)地物顏色可以直接區(qū)別植物與背景.方法方法 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法方法方法 對(duì)比分析法 包括同類地物對(duì)比分析法、空間對(duì)比分析法和時(shí)相動(dòng)態(tài)對(duì)比法.同類地物對(duì)比分析法是在同一景遙感影像上,由已知地物推出未知目標(biāo)地物的方法.例如，在大、中比例尺航空攝影像片上識(shí)別居民點(diǎn),我們可以根據(jù)城市具有街道縱橫交錯(cuò)、大面積淺灰色調(diào)的特點(diǎn),與其他居民點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析,從而將城市從眾多的居民點(diǎn)和背景中識(shí)別出來(lái); ;也可以通過(guò)比較淺灰色調(diào)居民點(diǎn)的大小,將城鎮(zhèn)與村莊區(qū)別開(kāi)來(lái).東湖湯 遜 湖黃家湖后 官 湖南 湖武漢市衛(wèi)星影像武漢市衛(wèi)星影像江夏區(qū)紙坊鎮(zhèn) 圖像分類

15、的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法方法方法 對(duì)比分析法 包括同類地物對(duì)比分析法、空間對(duì)比分析法和時(shí)相動(dòng)態(tài)對(duì)比法.空間對(duì)比分析法空間對(duì)比分析法是根據(jù)待判讀區(qū)域的特點(diǎn),選擇另一個(gè)熟悉的且與遙感圖像區(qū)域特征類似的影像,將兩個(gè)影像相互對(duì)比分析,由已知影像為依據(jù)判讀未知影像的一種方法.例如兩張地域相同的彩紅外航空像片,其中一張經(jīng)過(guò)解譯,并通過(guò)實(shí)地驗(yàn)證,解譯者對(duì)它很熟悉,因此就可以利用這張彩紅外航空像片與另一張彩紅外航空像片相互比較,從“已知”到未知,加快對(duì)地物的解譯速度.時(shí)相動(dòng)態(tài)對(duì)比法時(shí)相動(dòng)態(tài)對(duì)比法是利用同一地區(qū)不同時(shí)間成像的遙感影像加以對(duì)比分析,從而了解同一目標(biāo)地物動(dòng)態(tài)變化的一種解譯方法.例如,

16、遙感影像中河流在洪水季節(jié)與枯水季節(jié)中的變化.利用時(shí)相動(dòng)態(tài)對(duì)比法可進(jìn)行洪水淹沒(méi)損失評(píng)估,或其他一些自然災(zāi)害損失評(píng)估.時(shí)相動(dòng)態(tài)對(duì)比法的應(yīng)用時(shí)相動(dòng)態(tài)對(duì)比法的應(yīng)用 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法 信息復(fù)合法 利用透明專題圖或地形圖與遙感圖像重合,根據(jù)專題圖或地形圖提供的多種輔助信息,識(shí)別遙感圖像上目標(biāo)地物的方法.方法方法例如TM影像圖,覆蓋的區(qū)域大,影像上土壤特征表現(xiàn)不明顯,為了提高土壤類型解譯精度,可以利用植被類型圖增加輔助信息.等高線對(duì)識(shí)別地貌類型、土壤類型和植被類型也有一定等高線對(duì)識(shí)別地貌類型、土壤類型和植被類型也有一定的輔助作用的輔助作用.例如等高線與衛(wèi)星影像復(fù)合,可以提供高

17、程信息,這有助于中高山地貌類型的劃分.不過(guò),使用等高線與衛(wèi)星影像復(fù)合的關(guān)鍵是遙感影像圖必須與等高線圖等輔助圖件嚴(yán)格配準(zhǔn),這樣才能保證地物邊界的精度. 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法 綜合推理法 綜合考慮遙感圖像多種解譯特征,結(jié)合生活常識(shí),分 析、推斷某種目標(biāo)地物的方法.例如,鐵道延伸到大 山腳下,突然中斷,可以推斷出有鐵路隧道通過(guò)山中.方法方法 地理相關(guān)分析法 根據(jù)地理環(huán)境中各種地理要素之間的相互依存、相 互制約的關(guān)系，借助專業(yè)知識(shí)，分析推斷某種地理 要素性質(zhì)、類型、狀況與分布的方法. 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法步驟步驟準(zhǔn)備工作階段初步解譯判讀區(qū)的野外考

18、察室內(nèi)詳細(xì)判讀野外驗(yàn)證與補(bǔ)判目視解譯成果的轉(zhuǎn)繪與制圖 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法涵義涵義: 利用計(jì)算機(jī)模式識(shí)別技術(shù),結(jié)合地學(xué)分析、遙感圖像處 理、地理信息系統(tǒng)與人工智能技術(shù)等,實(shí)現(xiàn)對(duì)遙感圖像 上的信息進(jìn)行屬性的識(shí)別和分類,從而達(dá)到識(shí)別圖像信 息所對(duì)應(yīng)的實(shí)際地物。與遙感圖像的目視判別技術(shù)相比,目的一樣但手段不同:目視判別是直接利用人類的自然識(shí)別智能，而計(jì)算機(jī)分類則利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)人工模擬人類的識(shí)別智能。 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法分類方法分類方法:主要包括統(tǒng)計(jì)模式方法統(tǒng)計(jì)模式方法和句法模式句法模式兩大類.A.A.統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別的方法：統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別的方法：

19、最常見(jiàn)最常見(jiàn)的遙感圖像計(jì)算機(jī)分類方法,主要包括監(jiān)督分類法和非監(jiān)督分類法. 監(jiān)督分類法監(jiān)督分類法: 首先需要從研究區(qū)域選取有代表性的一定數(shù)量的已知類別的樣本(訓(xùn)練區(qū)),并根據(jù)這些樣本的觀測(cè)值(類別的先驗(yàn)知識(shí))確定判別函數(shù)和相應(yīng)的判別準(zhǔn)則, 然后將未知類別的樣本的觀測(cè)值代入判別函數(shù),最后再依據(jù)判別準(zhǔn)則對(duì)該未知類別的樣本的所屬類別做出判定. 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法分類方法分類方法:主要包括統(tǒng)計(jì)模式方法統(tǒng)計(jì)模式方法和句法模式句法模式兩大類. A.統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別的方法：統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別的方法：最常見(jiàn)最常見(jiàn)的遙感圖像計(jì)算機(jī)分類方法，主要包括監(jiān)督分類法和非監(jiān)督分類法.非監(jiān)督分類法非監(jiān)督分

20、類法: :在沒(méi)有先驗(yàn)類別沒(méi)有先驗(yàn)類別(訓(xùn)練區(qū))作為樣本的條件下,即事先不知道類別特征的情況下,僅依靠影像上不同類地物光譜信息(或紋理信息等)進(jìn)行特征提取,再采用聚類分析方法,將所將所有樣本劃分為若干個(gè)類別有樣本劃分為若干個(gè)類別.此過(guò)程也稱為聚類（聚類（ClusteringClustering）. 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法分類方法分類方法:主要包括統(tǒng)計(jì)模式方法統(tǒng)計(jì)模式方法和句法模式句法模式兩大類.B.句法模式識(shí)別的方法句法模式識(shí)別的方法：近年來(lái)蓬勃發(fā)展的遙感圖像分類新方法，包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、模糊數(shù)學(xué)方法、專家系統(tǒng)法、決策樹(shù)分類法等。 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的

21、基本原理和方法分類原理分類原理（統(tǒng)計(jì)模式方法） 遙感圖像的計(jì)算機(jī)分類是統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別技術(shù)在遙感領(lǐng)域中的具 體應(yīng)用,而統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別的關(guān)鍵是選擇和提取待識(shí)別目標(biāo)的特 征,然后按照一定準(zhǔn)則作出判別,從而完成圖像的識(shí)別.特征選擇特征選擇：從眾多特征中挑選出可以參加分類運(yùn)算的若干特征.特征提取特征提取：在特征選擇以后，利用特征提取算法（如主成分分析法）從原始特征中求出最能反映其類別特性的一組新特征。判別準(zhǔn)則判別準(zhǔn)則：確定未知類別樣本所屬類別的標(biāo)準(zhǔn)，由某種判別函數(shù)配合以一定的比較運(yùn)算關(guān)系所組成的 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法分類原理分類原理（統(tǒng)計(jì)模式方法） 遙感圖像分類的主要依據(jù)是地物的

22、光譜特征,即地物電磁波輻 射的多波段測(cè)量值.這些測(cè)量值可以用作遙感圖像分類的原始 特征變量. 不過(guò),就某些特定地物的分類而言,多波段影像的原始亮度值并不能很好地表達(dá)類別特征,因此常需對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理(如比值處理、差值處理、主成分變換以及K-T變換等),以尋找能有效描述地物類別特征的模式變量,然后利用這些特征變量對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行分類. 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法分類原理分類原理（統(tǒng)計(jì)模式方法） 在遙感圖像分類過(guò)程中,常使用距離和相關(guān)系數(shù)來(lái)衡量遙感 圖像像素之間的相似度.距離:特征空間中像元數(shù)據(jù)和分類類別特征的 相似程度(距離最小,相似程度最大).相關(guān)系數(shù):像素間的關(guān)聯(lián)程度(相關(guān)系數(shù)越大, 相似度越大). 圖像分類的基本原理和方法圖像分類的基本原理和方法基本分類過(guò)程基本分類過(guò)程（統(tǒng)計(jì)模式方法）A.A.原始圖像的選擇：原始圖像的選擇： 首先,明確遙感圖像分類的目的及其需要解決的問(wèn)題;在此基礎(chǔ)上 根據(jù)應(yīng)用目的選取特定