遙感數(shù)字圖像處理教程part15遙感影像的判讀

第12講遙感圖像判讀

“判讀”（Interpretation）是對(duì)遙感圖像上的各種特征進(jìn)行綜合分析、比較、推理和判斷，最后提取出你所感興趣的信息。

這是一種人工提取信息的方法，使用眼睛目視觀察，借助一些光學(xué)儀器或在計(jì)算機(jī)顯示屏幕上，憑借豐富的判讀經(jīng)驗(yàn)，扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和手頭的相關(guān)資料，通過人腦的分析、推理和判斷，提取有用的信息?！?0－1景物特征和判讀標(biāo)志一景物特征:光譜特征Δλ空間特征X,

Y,Z時(shí)間特征t偏振特性(在微波區(qū))景物的這些特征在圖像上以灰度變化的形式表現(xiàn)出來，因此圖像的灰度是以上特征的函數(shù)：1光譜特征及其判讀標(biāo)志

(1)光譜特性曲線用反射率與波長(zhǎng)的關(guān)系表示，(2)波譜響應(yīng)曲線用密度或亮度值與波段的關(guān)系表示，如果不考慮傳感器光譜響應(yīng)及大氣等的影響，則波譜響應(yīng)值與地物在該波段內(nèi)光譜反射亮度的積分值相應(yīng)(3)地物的波譜響應(yīng)曲線與其光譜特性曲線的變化趨勢(shì)是一致的。地物在多波段圖像上特有的這種波譜響應(yīng)就是地物的光譜特征的判讀標(biāo)志。

光譜特性曲線波譜響應(yīng)曲線反射率亮度值用反射率與波長(zhǎng)的關(guān)系表示用密度或亮度值與波段的關(guān)系表示2空間特征及其判讀標(biāo)志

景物的各種幾何形態(tài)為其空間特征，它與物本的空間坐標(biāo)X、Y、Z密切相關(guān)，這種空間特征在像片上也是由不同的色調(diào)表現(xiàn)出來。它包括通常目視判讀中應(yīng)用的一些判讀標(biāo)志：形狀、大小、圖形、陰影、位置、紋理、類型等

形狀指各種地物的外形、輪廓。從高空觀察地面物體形狀是在X－Y平面內(nèi)的投影；不同物體顯然其形狀不同，其形狀與物體本身的性質(zhì)和形成有密切關(guān)系。大小地物的尺寸、面積、體積在圖像上按比例縮小后的相似性記錄。圖形自然或人造復(fù)合地物所構(gòu)成的圖形五角大樓QuickBird影像陰影由于地物高度Z的變化，阻擋太陽光照射而產(chǎn)生的陰影。它既表示了地物隆起的高度，又顯示了地物側(cè)面形狀。位置地物存在的地點(diǎn)和所處的環(huán)境。圖像上除了地物所在的位置還與它所處的背景有很大關(guān)系。例如處在陽坡、陰坡的樹，可能長(zhǎng)勢(shì)不同或品種不同。紋理圖像上細(xì)部結(jié)構(gòu)以一定頻率重復(fù)出現(xiàn)，是單一特征的集合。實(shí)地為同類地物聚集分布。圖像上的紋理包括光滑的、波紋的、斑紋的、線性及不規(guī)則的紋理特征。如樹葉叢和樹葉的陰影，單個(gè)地看是各葉子的形狀、大小、陰影、色調(diào)、圖形。當(dāng)它們聚集在一起時(shí)就形成紋理特征。2003.2.11麥加QuickBird-2影像類型各大類別組成類型。如水系類型、地貌類型、地質(zhì)構(gòu)造類型、土壤類型、土地利用類型等。在各自類型中，根據(jù)其形狀、結(jié)構(gòu)、圖形等又可分成許多種類。水系影像根據(jù)水系影像勾繪的圖形

4時(shí)間特征及其判讀標(biāo)志

對(duì)于同一地區(qū)景物的時(shí)間特征表現(xiàn)在不同時(shí)間地面覆蓋類型不同，地面景觀發(fā)生很大變化。景物的時(shí)間特征在圖像上以光譜特征及空間特征的變化表現(xiàn)出來。

對(duì)于同一種類型,尤其是植物，隨著出芽、生長(zhǎng)、茂盛、枯黃的自然生長(zhǎng)過程，景物及景觀也在發(fā)生巨大變化。 又如洪水期和枯水期，及不同時(shí)期水中含沙量變化都隨時(shí)間而變。同一春小麥在不同生長(zhǎng)期的反射波譜特性曲線

二判讀標(biāo)志1直接判讀標(biāo)志 直接判讀標(biāo)志是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。它包括遙感攝影像片上目標(biāo)地物大小、形狀、陰影、色調(diào)、紋理、圖型和位置及與周圍的關(guān)系等。解譯者利用直接解譯標(biāo)志可以直觀地識(shí)別遙感像片上的目標(biāo)地物。2間接標(biāo)志 間接解譯標(biāo)志是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)地物的屬性相關(guān)的其他現(xiàn)象。如河流的流向，就常用一些判讀的間接標(biāo)志。三影響景物特征及其判讀的因素

1地物本身的復(fù)雜性地物種類的繁多;同一大的類別中有許多亞類、子亞類;各種內(nèi)在或外部因素的影響.不同類別出現(xiàn)相似或相同的判讀標(biāo)志，而同一類別又出現(xiàn)不同的判讀標(biāo)志。

土地利用/覆蓋（LULC）

USGS（美國(guó)地質(zhì)局測(cè)量局）LULC分類體系（三級(jí)）：一級(jí)： 城市或圍建的土地 農(nóng)業(yè)用地 牧場(chǎng)地 森林地 水體 濕地 貧瘠地 凍土 常年降雪、冰川

植物反射特性曲線主要由:葉子的色素細(xì)胞結(jié)構(gòu)葉子的稠密程度含水量等因素影響 色素的影響主要在0.4－0.7μm的可見光區(qū)域.細(xì)胞結(jié)構(gòu)的不同，使反射特性改變主要表現(xiàn)在紅外部分。大豆和玉米的葉子內(nèi)部構(gòu)造玉米與大豆葉子反射特性曲線1－6層疊置棉花葉的反射特性曲線近紅外部分的反射還與葉子的稠密程度有關(guān)

土壤的光譜特性曲線與以下一些因素有關(guān): 與其所含水量 有機(jī)質(zhì)含量 氧化鐵含量 粘土、砂、粉砂相對(duì)百分含量 土壤表面的粗糙度有關(guān)三種低含水量土壤的反射特性曲線五種主要土壤光譜類型土壤質(zhì)地分類三角形幾種巖石的反射波譜曲線各種建筑物屋頂?shù)牟ㄗV特性

各種道路的波譜特性

水的反射特性變化取決于:

水中懸浮泥沙的含量 葉綠素濃度天然的和人造物質(zhì)的注入水的狀態(tài)水底物質(zhì)(水深較淺時(shí)) 水中懸浮泥沙含量增大，反射率增高。特別是在黃色和紅色光區(qū)增高較大，另一現(xiàn)象是近紅外區(qū)也在增高。 泥沙含量高達(dá)100mg/L時(shí)的混濁水體，水深超過30cm時(shí)，從上方測(cè)定水的反射率，只與水體本身有關(guān)，而與水底的各種特性無關(guān)。

葉綠素濃度增加時(shí)，藍(lán)色光部分的反射率顯著下降，但綠色部分反射率上升,在近紅外區(qū)的反射率也略有提高。不同葉綠素含量的海水的反射特性曲線

2傳感器特性的影響傳感器特性對(duì)判讀標(biāo)志影響最大的是分辨力（1）空間分辨力瞬時(shí)視場(chǎng)內(nèi)所觀察到的地面的大小稱空間分辨力。如LandsatMSS圖像的空間分辨力（即每個(gè)像元在地面的大?。?7m×79m；TM圖像為30m×30m；SPOT4圖像，多光譜的為20m×20m，全色的為10m×10m。(2)幾何分辨力假定像元的寬度為a，則地物寬度在3a(海拉瓦)或至少在（康內(nèi)斯尼）時(shí)，能被分辨出來，這個(gè)大小稱為圖像的幾何分辨力。

(3)輻射分辨力（傳感器的探測(cè)能力）輻射分辨力是指?jìng)鞲衅髂軈^(qū)分兩種輻射強(qiáng)度最小差別的能力。傳感器的輸出包括信號(hào)和噪聲兩大部分。如果信號(hào)小于噪聲，則輸出的是噪聲。

如果兩個(gè)信號(hào)之差小于噪聲，則在輸出的記錄上無法分辨這兩個(gè)信號(hào)。

實(shí)際輸入信號(hào)功率要大于或等于2－6倍等效噪聲功率時(shí)，才能分辨出信號(hào)來。等效噪聲功率式中：P―輸入功率；S―輸出電壓；N―噪聲電壓；R―探測(cè)率。(4)光譜分辨力為光譜探測(cè)能力,它包括傳感器總的探測(cè)波段的寬度、波段數(shù)、各波段的波長(zhǎng)范圍和間隔。

實(shí)際使用中，波段太多，輸出數(shù)據(jù)量太大，加大處理工作量和判讀難度。 有效的方法是根據(jù)被探測(cè)目標(biāo)的特性選擇一些最佳探測(cè)波段。 所謂最佳探測(cè)波段，是指這些波段中探測(cè)各種目標(biāo)之間和目標(biāo)與背景之間，有最好的反差或波譜響應(yīng)特性的差別。 另一個(gè)有效方法是用影像融合的方法，將多于三個(gè)以上波段的信息富集在一張彩色影像上。（5）時(shí)間分辨力時(shí)間分辨力是指對(duì)同一地區(qū)重復(fù)獲取圖像所需的時(shí)間間隔。各種傳感器的時(shí)間分辨力，與衛(wèi)星的重復(fù)周期及傳感器在軌道間的立體觀察能力有關(guān)。 時(shí)間分辨力愈短的圖像，能更詳細(xì)地觀察地面物體或現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)變化。 與光譜分辨力一樣并非時(shí)間越短越好，也需要根據(jù)物體的時(shí)間特征來選擇一定時(shí)間間隔的圖像。 從空間特征角度去判讀時(shí)，應(yīng)充分考慮它們的投影特性。 傳感器成像的幾何投影特性影響也很大。不同的傳感器圖像變形不同3、目視能力的影響人眼目視能力包括對(duì)圖像的 空間分辨能力 灰階分辨能力 色別與色階分辨能力

人眼的空間分辨能力與: 眼睛張角（分辨角） 影像離人眼的距離 照明條件 圖像的形狀 反差等

實(shí)驗(yàn)證明:

正常人眼的分辨角為1ˊ，在明視距離250mm處，能分辨相距75μm的兩個(gè)點(diǎn)。相當(dāng)于6－7線對(duì)/mm。 解決人眼空間分辨能力的限制造成的判讀困難，可通過放大圖像的比例尺，使用光學(xué)儀器放大觀察的方法來克服。

人眼對(duì)灰度（亮度）信息的分辨，主要取決于視網(wǎng)膜上的視桿細(xì)胞的靈敏度,一般人眼能分辨10多級(jí)灰階。

解決的辦法是對(duì)圖像進(jìn)行: 反差拉伸 進(jìn)行密度分割 黑白發(fā)色等可借助密度計(jì)來分辨灰度差。 人眼視網(wǎng)膜上的視錐細(xì)胞能感受藍(lán)、綠、紅三原色。上面講到人眼顏色的分辨能力比對(duì)灰階的分辨能力強(qiáng)得多,一般來講能達(dá)50種左右。 假如人眼借助密度儀能識(shí)別27＝128種灰階，那么人眼借助儀器識(shí)別顏色的能力可達(dá)（27）2＝16384種?！?0－2目視判讀的一般過程和方法

一

判讀前的準(zhǔn)備1、判讀員的訓(xùn)練判讀員的訓(xùn)練包括判讀知識(shí)、專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐訓(xùn)練兩個(gè)方面。

訓(xùn)練包括野外實(shí)地勘察，多閱讀別人已判讀過的遙感圖像，以及遙感圖像與實(shí)地對(duì)照，并參與一些典型試驗(yàn)區(qū)的判讀和分類等，以積累判讀經(jīng)驗(yàn)。2搜集充足的資料需收集的資料包括歷史資料、統(tǒng)計(jì)資料、各種地圖及專題圖，以及實(shí)況測(cè)定資料和其它輔助資料等等。集中精力對(duì)變化的地區(qū)和原來資料上沒有記載的地區(qū)進(jìn)行判讀。

3了解圖像的來源、性質(zhì)和質(zhì)量什么傳感器獲取的？什么日期和地點(diǎn)？哪個(gè)波段？比例尺、航高、投影性質(zhì)?等等。大多衛(wèi)星遙感像片上印有各種注記，能說明圖像的來源、性質(zhì)等。

應(yīng)清楚了解的是圖像的幾何分辨力、輻射分辨力、光譜波段的個(gè)數(shù)和波長(zhǎng)區(qū)間、時(shí)間重復(fù)性、像片的反差、最小灰度和最大灰度等。例如MSS－4波段，對(duì)清澈的淺水透射能力較強(qiáng)，可用于10－15m深的湖水和近海的水深探測(cè)，對(duì)于描繪淺灘和暗礁很有利MSS－5波段用于人文方面的判讀較有利，如城市、道路、新建區(qū)、采石場(chǎng)，因紅色光散射較小，有這些地物的地區(qū)圖像反差較好。MSS-5對(duì)混濁水，如泥沙注入清沏湖水現(xiàn)象顯示也很清楚，還對(duì)地貌和地質(zhì)體的顯示較清楚。MSS－6和MSS－7強(qiáng)調(diào)植物、水和陸地的邊界以及土地類型等。4判讀儀器和設(shè)備像片判讀設(shè)備一般用于三個(gè)基本目的： 像片觀察、像片量測(cè)和像片轉(zhuǎn)繪像片觀察設(shè)備比較簡(jiǎn)單，一般可用放大鏡和各種立體鏡，在彩色合成儀和偽彩色密度分割判讀分析儀上觀察更好。立體變焦縮放判讀轉(zhuǎn)繪儀 目視判讀大多在計(jì)算機(jī)屏幕上進(jìn)行，用影像合成、疊加、融合及增強(qiáng)等各種手段，使影像上的信息顯示得特別清楚，在與地圖疊加時(shí)可比較和分析，進(jìn)行修測(cè)和更新，也可直接用鼠標(biāo)在屏幕上繪圖.

目前大多軟件中可以建立注記層，矢量層或?qū)ｎ}層，將影像放在背景上，直接利用工具箱中的各種功能將判讀結(jié)果繪在透明的注記層、矢量層或?qū)ｎ}層上二判讀的一般過程

1、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)

根據(jù)圖上顯示的各種特征和地物的判讀標(biāo)志，先大后小，由易入難，由已知到未知，先反差大的目標(biāo)后反差小的目標(biāo)，先宏觀觀察后微觀分析等，并結(jié)合專業(yè)判讀的目的去發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。

有些地物或現(xiàn)象應(yīng)通過使用間接判讀標(biāo)志的方法來識(shí)別。直接的判讀標(biāo)志+間接判讀標(biāo)志識(shí)別。

例如:礦藏的遙感探測(cè)，要通過一些地質(zhì)構(gòu)造類型、地貌類型、土壤類型甚至植物生長(zhǎng)的變異狀態(tài)等間接標(biāo)志來推斷。

2、描述目標(biāo)發(fā)現(xiàn)的目標(biāo)，應(yīng)從光譜特征、空間特征、時(shí)間特征等幾個(gè)方面去描述。因?yàn)楦鞣N地物的這些特征都各不相同，通過描述，再與標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)特征比較，就能判讀出來。將描述的標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)特征，分門別類地列記下來，形成一覽表，即建立判讀標(biāo)志，作為判讀的依據(jù)。3、識(shí)別和鑒定目標(biāo)識(shí)別:

利用已有的資料、對(duì)描述的目標(biāo)特征，結(jié)合判讀員的經(jīng)驗(yàn)，通過推理分析（包括必要的統(tǒng)計(jì)分析）將目標(biāo)識(shí)別出來1）對(duì)比分析

對(duì)比分析包括多波段、多時(shí)域圖像、多類型圖像的對(duì)比分析和各判讀標(biāo)志的對(duì)比分析。

2）綜合分析

綜合分析主要應(yīng)用間接判讀標(biāo)志、已有的判讀資料、統(tǒng)計(jì)資料，對(duì)圖像上表現(xiàn)得很不明顯，或毫無表現(xiàn)的物體、現(xiàn)象進(jìn)行判讀。

間接判讀標(biāo)志之間相互制約、相互依存。根據(jù)這一特點(diǎn)，可作更加深入細(xì)致的判讀。

如:對(duì)已知判讀為農(nóng)作物的影像范圍，按農(nóng)作物與氣候、地貌、土質(zhì)的依賴關(guān)系，可以進(jìn)一步區(qū)別出作物的種屬

3）參數(shù)分析

參數(shù)分析是在空間遙感的同時(shí)，測(cè)定遙感區(qū)域內(nèi)一些典型物體（樣本）的輻射特性數(shù)據(jù)、大氣透過率和遙感器響應(yīng)率等數(shù)據(jù)，然后對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，達(dá)到區(qū)