第五章遙感信息提取與地學(xué)應(yīng)用方法2

第五章遙感信息提取與

地學(xué)應(yīng)用方法第一節(jié)

遙感圖像的解譯第二節(jié)

圖像分類(lèi)第一節(jié)遙感圖像的解譯一、地學(xué)解譯的目的與要求二、地學(xué)解譯標(biāo)志三、遙感圖像的目視解譯方法與步驟一、地學(xué)解譯的目的與要求(一)、解譯的涵義解譯（判讀、判譯）是指從圖像獲取信息的基本過(guò)程。即根據(jù)地學(xué)工作的要求，根據(jù)解譯標(biāo)志和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用各種解譯技術(shù)和方法，識(shí)別出地學(xué)目標(biāo)，地學(xué)現(xiàn)象的物性和特點(diǎn)，測(cè)算出某種數(shù)量指標(biāo)的過(guò)程。(二)、地學(xué)解譯的目的與要求地學(xué)解譯目的：獲取各種地學(xué)遙感信息。1.判明各種地學(xué)目標(biāo)和地學(xué)現(xiàn)象是否存在；2.判明各種地學(xué)目標(biāo)和地學(xué)現(xiàn)象的形態(tài)、屬性和空間分布特征；3.測(cè)量各種地學(xué)參數(shù)；4.推測(cè)和分析各種地學(xué)物體、地學(xué)現(xiàn)象在時(shí)間、空間上成因上的相互關(guān)系。5.編制各種解譯圖件。二、地學(xué)解譯標(biāo)志地學(xué)解譯標(biāo)志：遙感圖像上，能識(shí)別地學(xué)物體、地學(xué)現(xiàn)象，或能說(shuō)明共性質(zhì)和相互關(guān)系的影像特征，稱為地學(xué)解譯標(biāo)志。直接解譯標(biāo)志：遙感圖像上能直接見(jiàn)到的解譯目標(biāo)的影像特征（包括形狀、大小、色調(diào)、陰影、花紋等），稱直接解譯標(biāo)志。間接解譯標(biāo)志：需通過(guò)分析、判別才能識(shí)別地學(xué)目標(biāo)，現(xiàn)象的存在，才能推斷其性質(zhì)的影像特征稱為間接標(biāo)志。如通過(guò)水系分析來(lái)判斷巖性。水系即間接標(biāo)志。對(duì)其認(rèn)識(shí)取決于專業(yè)知識(shí)。直接解譯標(biāo)志一、色調(diào)與色彩二、地物的幾何形態(tài)三、地物的大小四、陰影五、影紋六、影紋結(jié)構(gòu)七、影紋圖案（組合圖案）八、其它解譯標(biāo)志一、色調(diào)與色彩：色調(diào)：黑白航片上影像的黑白深淺程度。色彩：彩色圖像上影像的顏色。色調(diào)、色彩是地物波譜信息構(gòu)成的影像屬性。是最重要也是最基本的解譯標(biāo)志。色調(diào)深淺和色彩種類(lèi)及其亮度在不同類(lèi)型遙感圖像上其物理涵義不同，所以（首先）要有圖像波譜效應(yīng)的概念。灰階或灰度：黑白航片的色調(diào)等級(jí)稱灰階或灰度，一般分為10級(jí)黑白航片的色調(diào)等級(jí)稱灰階或灰度，一般分為10級(jí)二、地物的幾何形態(tài)：地物的幾何形態(tài)指地物的形狀、相對(duì)大小，如房屋長(zhǎng)方形，河流條帶狀等。三、地物的大?。号c比例尺有關(guān)，所以物體的形態(tài)、大小分析要有比例尺的概念。四、陰影：包括本影和落影本影：地物本身未被陽(yáng)光直接照射到的陰暗部分的影像。落影：在地物背光方向上地物投到地面的陰影。本影有助于獲得立體感，對(duì)地質(zhì)、地貌解譯很有用。落影的形狀和長(zhǎng)度可以幫助判別地物立體形狀和高度。如水塔和煙囪的落影。但陰影過(guò)大會(huì)遮蓋大片其它地物面影響判讀五、影紋：地物影像（細(xì)）斑塊上的的質(zhì)地、細(xì)微結(jié)構(gòu)。六、影紋結(jié)構(gòu)：地物影像斑塊的影紋的集合形式。七、影紋圖案（組合圖案）：重復(fù)出現(xiàn)的細(xì)?。ㄏ鄬?duì)于圖像比例尺而言）地物群體影像所構(gòu)成的特殊組合花紋圖案。其是地物形狀、大小、色調(diào)、陰影、小水系、植被、微地貌、環(huán)境因素的綜合顯示。影紋圖案可以宏觀地反映出大面積出露的某一種地物（如某一種巖類(lèi)）。八、其它解譯標(biāo)志：與判讀對(duì)象關(guān)系密切的地物和現(xiàn)象，利用相關(guān)的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判讀。如人類(lèi)活動(dòng)標(biāo)志。IR＿1PA＿1三、遙感圖像的目視解譯方法與步驟一、解譯方法解譯原則：

先整體，后局部先已知，后未知先易，后難由宏觀到微觀解譯方法：1直接判定法：對(duì)于像片上影像特征比較明顯的地物，通過(guò)直接標(biāo)志即可判定地物的性質(zhì)、識(shí)別出地物。2對(duì)比分析法：將待判別影像與已知地物影像或標(biāo)準(zhǔn)圖像上的影像進(jìn)行比較，以判別該地物的性質(zhì)。3邏輯推理法：利用各種現(xiàn)象之間的關(guān)系，依照邏輯推理進(jìn)行判讀。如泉眼線狀分布可判定斷層的存在。二、解譯步驟（一）、準(zhǔn)備工作1、資料準(zhǔn)備1）根據(jù)研究對(duì)象和精度要求，選擇相應(yīng)比例尺，且最富含研究對(duì)象信息的圖像種類(lèi)和波段、波段組合作為解譯的主要圖像。另外還根據(jù)條件，盡量多地收集不同種類(lèi)、波段、比例尺及不同時(shí)相的圖像，以資綜合分析之用。還應(yīng)收集相應(yīng)地區(qū)地形圖，相關(guān)專題圖和文獻(xiàn)，作為判讀的參考。地形圖比例尺應(yīng)與圖像比例尺相近，以便對(duì)比和轉(zhuǎn)繪。2、工具材料準(zhǔn)備準(zhǔn)備所需用的工具，材料如立體鏡、放大鏡、聚脂薄膜等。3、熟悉地理概況閱讀研究區(qū)有關(guān)文獻(xiàn)資料，了解基本情況（二）、室內(nèi)判讀初判：了解全區(qū)總貌，結(jié)合其它資料的對(duì)比，了解地區(qū)特征和各種判別要素的分布規(guī)律，特別是典型判別標(biāo)志。建立影像標(biāo)志

(三)、野外調(diào)查實(shí)地研究各典型類(lèi)型的影像物征驗(yàn)證、修改影像標(biāo)志（四）室內(nèi)詳細(xì)判讀詳細(xì)判讀：按一定次序進(jìn)行的系統(tǒng)判讀，勾繪出要素邊界，對(duì)無(wú)法判定的要素標(biāo)以疑問(wèn)標(biāo)記，選取野外驗(yàn)證路線。（五）、野外檢查驗(yàn)證野外抽查對(duì)疑點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地觀察（四）成果整理修改、補(bǔ)充判讀內(nèi)容、成果，編寫(xiě)報(bào)告。第二節(jié)

圖像分類(lèi)一、概述二、監(jiān)督分類(lèi)三、非監(jiān)督分類(lèi)四、上下文分類(lèi)五、空間信息的加入一、概述圖像分類(lèi)：將圖像中每個(gè)像元根據(jù)其光譜信息、空間結(jié)構(gòu)信息和（或）其它專題信息，按照一定的規(guī)則或算法劃分為不同的類(lèi)別可在由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成最常用于分類(lèi)的信息是光譜信息，即各波段的亮度值。另外還可以將空間結(jié)構(gòu)信息，如圖像紋理密度、方向等，及其它專題信息用于分類(lèi)。這些信息的加入?？墒狗诸?lèi)的精度得到顯著提高除考慮目標(biāo)象元的特征外，還可以考慮周?chē)笤奶卣鞫⒈O(jiān)督分類(lèi)（supervised)原理方法下步驟監(jiān)督分類(lèi)的優(yōu)缺點(diǎn)原理建立各類(lèi)型已知樣本區(qū)（訓(xùn)練區(qū)），根據(jù)訓(xùn)練區(qū)確定各類(lèi)的統(tǒng)計(jì)特征，已此為基礎(chǔ)，建立分類(lèi)的判別函數(shù)，對(duì)每個(gè)象元進(jìn)行類(lèi)別劃分。步驟訓(xùn)練區(qū)的選取類(lèi)別統(tǒng)計(jì)特征的計(jì)算判別函數(shù)的確定對(duì)每個(gè)象元進(jìn)行判別計(jì)算1訓(xùn)練區(qū)的選取對(duì)每一分類(lèi)類(lèi)型，在圖像上圈定若干個(gè)已知區(qū)，作為訓(xùn)練區(qū)要點(diǎn)：訓(xùn)練區(qū)要典型，有代表性訓(xùn)練區(qū)最好能均勻分布于全區(qū)2類(lèi)別統(tǒng)計(jì)特征的計(jì)算計(jì)算各類(lèi)別訓(xùn)練區(qū)中各分類(lèi)參數(shù)（波段）的統(tǒng)計(jì)特征值：均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值、最小值、方差、協(xié)方差矩陣、相關(guān)矩陣或重心等。訓(xùn)練樣本分類(lèi)能力的考查地物亮度分布一般屬于正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布某類(lèi)單波段亮度直方圖應(yīng)為單峰，方差越小分類(lèi)效果越好。如出現(xiàn)多峰說(shuō)明有多個(gè)總體，視情況需修改訓(xùn)練區(qū)不同類(lèi)在單波段直方圖上勻值相距越大，方差越小，分類(lèi)效果越好。兩類(lèi)直方圖有重疊，則重疊區(qū)樣本難以區(qū)分特征空間二維圖中各類(lèi)樣本越集中，距離越遠(yuǎn)，分類(lèi)效果越好錯(cuò)分誤差(commissionerror)——像元被分到一個(gè)錯(cuò)誤類(lèi)別的比例漏分誤差(omissionerror)——像元沒(méi)被到相應(yīng)類(lèi)別的比例3判別函數(shù)的確定常用三種方法：平行算法最小距離法最大似然法平行算法又稱盒式?jīng)Q策規(guī)則根據(jù)各類(lèi)訓(xùn)練樣本的亮度值范圍(由亮度最大值和最小值確定）形成的多維數(shù)據(jù)空間區(qū)域來(lái)進(jìn)行判別，將落入該區(qū)域內(nèi)的像元?jiǎng)潪樵擃?lèi)。也可用均值和標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)確定則如：或第i波段j類(lèi)的最小亮度值；第i波段j類(lèi)的最大亮度值；第i波段象元值；第i波段j類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)差；人為規(guī)定閾值特點(diǎn)：快速邊界附近的判別準(zhǔn)不全理但當(dāng)類(lèi)別間亮度區(qū)域有重疊時(shí)無(wú)法判別最小距離法以均值向量或重心作為每類(lèi)的中心位置，根據(jù)像元到各類(lèi)別重心的距離來(lái)進(jìn)行判斷，將像元?jiǎng)澋骄嚯x最小的類(lèi)別無(wú)法考慮類(lèi)別方差的來(lái)同，重疊區(qū)的劃分誤差較大或?yàn)榫迪蛄縜a2最大似然法（Bayes)基于亮度值服從正態(tài)分布的假設(shè)；計(jì)算像元屬于各類(lèi)別的概率，將像元?dú)w入具最大概率的一類(lèi)概率公式為：特點(diǎn)：可同時(shí)定量考慮多個(gè)波段和類(lèi)別，且較好地考慮了各類(lèi)方差（離散程度），因而較為合理，也具有較高的精度。監(jiān)督分類(lèi)的優(yōu)缺點(diǎn)可根據(jù)應(yīng)用和區(qū)域，有選擇地決定分類(lèi)類(lèi)別可控制訓(xùn)練樣本的選擇通常具有較高的精度可根據(jù)訓(xùn)練樣本分析分類(lèi)精度參入了一定的人為因素所選類(lèi)別可能不能履蓋所有類(lèi)型，造成一些象元找不到歸屬不能識(shí)別訓(xùn)練者不知道的類(lèi)別花較多的人力和時(shí)間三、非監(jiān)督分類(lèi)也稱集（點(diǎn)）群分析或聚類(lèi)分析，是按光譜（亮度值）向量在特征空間聚集的情況來(lái)劃分點(diǎn)群或類(lèi)別一個(gè)點(diǎn)群或類(lèi)別在N維的特征空間里在某個(gè)眾數(shù)的周?chē)?，該區(qū)域數(shù)據(jù)點(diǎn)相對(duì)密集，亮度向量之間具有更大的相似性相似性量度的基本特征：1）亮度向量之的距離2）特征空間中不同區(qū)域的點(diǎn)密度非監(jiān)督分類(lèi)由程序來(lái)劃分出符合實(shí)際的點(diǎn)群或類(lèi)別，需通過(guò)疊代運(yùn)算來(lái)完成。非監(jiān)督分類(lèi)步驟1選定起始集群中心根據(jù)直方圖人為選取程序產(chǎn)生：分裂方法分別為全圖的均值向量和標(biāo)準(zhǔn)差向量2計(jì)算距離與歸類(lèi)計(jì)算像元到各中心的距離，用最小距離的原則反像元?dú)w入不同的類(lèi)別3檢查和修改集群中心：根據(jù)規(guī)定的參數(shù)（閾值）來(lái)檢查前一次循環(huán)中歸類(lèi)的結(jié)果，決定再分裂，合并或取消某些類(lèi)別分裂：標(biāo)準(zhǔn)差超過(guò)參數(shù)“最大標(biāo)準(zhǔn)差”，已有類(lèi)別數(shù)小于預(yù)期類(lèi)別數(shù)，或某一類(lèi)的像元數(shù)大于參數(shù)“最大像元數(shù)，則該類(lèi)就要分裂為兩個(gè)新的集群中心（類(lèi)別）：及合并：把兩個(gè)集群（類(lèi)）合并在一起，重新計(jì)算其中心（均值）。兩種情況下進(jìn)行：兩個(gè)集群之間的距離小于規(guī)定的閾值“最小群間距”集群數(shù)超過(guò)了規(guī)定的“最大分類(lèi)數(shù)”類(lèi)間距一般采用相似距離：為兩個(gè)集群的中心；為兩個(gè)集群的標(biāo)準(zhǔn)差取消：當(dāng)某個(gè)集群的像元數(shù)少于參數(shù)“一類(lèi)最小像元數(shù)”，則這一點(diǎn)群被取消，其像元分散到相鄰的群中。4）輸出分類(lèi)結(jié)果：兩個(gè)循環(huán)間各類(lèi)均值向