第二章-遙感圖像解譯

第二章遙感圖像解譯與信息提取一、遙感圖像解譯遙感圖象是地物電磁波譜特征的實(shí)時(shí)記錄。人們可以根據(jù)記錄在圖象上的影象特征來(lái)識(shí)別和區(qū)分不同地物

——它包含著：地物的光譜特征、空間特征、時(shí)間特征等，為了解譯這些信息，我們必須具備圖象解譯方面的背景知識(shí)，即：專(zhuān)業(yè)知識(shí)、地理區(qū)域知識(shí)、遙感系統(tǒng)知識(shí)。

遙感圖象解譯與我們?nèi)粘５挠^察習(xí)慣有3點(diǎn)不同：一是遙感圖象通常為頂視，而不同于平日里的透視；二是遙感圖象常用可見(jiàn)光以外的電磁波譜段，而大多數(shù)我們所熟悉的特征在可見(jiàn)光內(nèi)外譜段，可以表現(xiàn)得十分不同；三是遙感圖象常以一種不熟悉或變化的比例和分辨率描述地球表面。

因此，對(duì)于初學(xué)者需要多對(duì)照地形圖、實(shí)地、或熟悉地物的觀測(cè)，增強(qiáng)立體感和景深印象，以糾正視覺(jué)誤差，積累經(jīng)驗(yàn)?？梢?jiàn)，遙感圖象的解譯過(guò)程是個(gè)經(jīng)驗(yàn)積累的過(guò)程．

1.遙感圖象解譯標(biāo)志圖象識(shí)別就是指根據(jù)人的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，通過(guò)圖象解譯的基本要素和具體的解澤標(biāo)志來(lái)識(shí)別目標(biāo)或現(xiàn)象。1)色調(diào)或顏色(toneorcolor)，指圖象的相對(duì)明暗程度，在彩色圖象上色調(diào)表現(xiàn)為顏色。2)陰影(shadow)，指因傾斜照射地物自身遮擋能源而造成影象上的暗色調(diào)。它反映了地物的空間結(jié)構(gòu)特征。它既增強(qiáng)立體感，又顯示地物的高度和側(cè)面形狀，有助于地物的識(shí)別。陰影可以分為本影和落影，本影——地物未被太陽(yáng)光直接照射到的部分形成的陰影；落影——在太陽(yáng)光照射下，地物投落到地面上的陰影。前者反映地物頂面形態(tài)；后者反映地物側(cè)面形態(tài)，可根據(jù)側(cè)影推算出地物的高度。1.1圖象識(shí)別的基本要素3)大小(size)，指地物尺寸、面積、體積在圖象上的記錄。它是地物識(shí)別的重要標(biāo)志。它直觀地反映目標(biāo)相對(duì)于其它目標(biāo)的大小。若提供圖象的比例尺或空間分辨率，則可直接測(cè)得目標(biāo)的長(zhǎng)度、面積等定量信息。

4)形狀(shape)，指地物目標(biāo)的外形、輪廓。圖象記錄的多為地物的平面、頂面形狀；側(cè)視成象雷達(dá)則得側(cè)視的斜象。地物的形狀是識(shí)別它們的重要而明顯的標(biāo)志。不少地物往往可以直接根據(jù)它特殊的形狀加以判定。

5)紋理(texture)即圖象的細(xì)部結(jié)構(gòu)以一定頻率重復(fù)出現(xiàn)，指圖象上色調(diào)變化的頻率。它是一種單一細(xì)小特征的組合。這種單一特征可以很小，以至于不能在圖象上單獨(dú)識(shí)別如葉片、葉部陰影、河灘的沙礫等。目視解譯中，紋理指圖象上地物表面的質(zhì)感(平滑、粗糙、細(xì)膩等印象)。紋理不僅依賴(lài)于表面特征，且與光照角度、圖象對(duì)比度有關(guān)，是一個(gè)變化值。對(duì)光譜特征相似的物體常通過(guò)紋理差異加以識(shí)別，如在中比例尺航空象片上的林、灌、草，針葉林粗糙、灌叢較粗糙、幼林有絨感(絨狀影紋)、草地細(xì)膩、平滑感等

6)圖案(pattern)，即圖型結(jié)構(gòu)，指?jìng)€(gè)體目標(biāo)重復(fù)排列的空間形式。它反映地物的空間分布特征。許多目標(biāo)都具有一定的重復(fù)關(guān)系，構(gòu)成特殊的組合形式。它可以是自然的，也可以是人為的。這些特征有助于圖象的識(shí)別，如住宅區(qū)的建筑群、水田的壟塊、果園、排列整齊的樹(shù)冠等。7)位置(site)，指地理位置，它反映地物所處的地點(diǎn)與環(huán)境。地物與周邊的空間關(guān)系，如菜地多分布于居民點(diǎn)周?chē)昂恿鲀蓚?cè)；機(jī)場(chǎng)多在大城市郊區(qū)平坦地等。它對(duì)植物識(shí)別尤為重要，如有的植被生長(zhǎng)于高地、有的植被只能長(zhǎng)于濕地等

8)組合(association)，指某些目標(biāo)的特殊表現(xiàn)和空間組合關(guān)系。即物體間一定的位置關(guān)系和排列方式——空間配置和布局。如磚場(chǎng)由磚窯的高煙夕、取土坑、堆磚場(chǎng)等組合而成，軍事目標(biāo)可能有雷達(dá)站、軍車(chē)、軍營(yíng)等

解譯標(biāo)志是指在遙感圖象上能具體反映和判別地物或現(xiàn)象的影象特征。根據(jù)上述的8個(gè)解譯要素的綜合，結(jié)合攝影時(shí)間、季節(jié)、圖象的種類(lèi)、比例尺、地理區(qū)域和研究對(duì)象等，可以整理出不同目標(biāo)在該圖象上所特有的表現(xiàn)形式。即建立識(shí)別目標(biāo)所依據(jù)的影象特征——解譯標(biāo)志。1.2遙感圖像解譯標(biāo)志解譯標(biāo)志可分為直接解譯標(biāo)志和間接解譯標(biāo)志。直接解譯標(biāo)志指圖象上可以直接反映出來(lái)的影象標(biāo)志；直接解譯標(biāo)志有：色調(diào)、色彩、形狀、大小、紋理、結(jié)構(gòu)、排列組合等間接解譯標(biāo)志指運(yùn)用某些直接解譯標(biāo)志，根據(jù)地物的相關(guān)屬性等地學(xué)知識(shí)，間接推斷出的影象標(biāo)志。如根據(jù)道路與河流相交處的特殊影象特征，可以判斷渡口；根據(jù)水系的分布格局與地貌構(gòu)造、巖性的關(guān)系，來(lái)判斷構(gòu)造、巖性(如樹(shù)枝狀水系多發(fā)育在黃土區(qū)或構(gòu)造單一、坡度平緩的花崗巖低山丘陵區(qū)，放射狀、環(huán)狀水系多與環(huán)狀構(gòu)造有關(guān)，格狀水系多受斷裂構(gòu)造、節(jié)理裂隙的控制等)等等

“解譯標(biāo)志”是隨著不同地區(qū)、不同時(shí)段、不同片種等多種因素而變化的，因而解譯標(biāo)志的建立，必須有明確的針對(duì)性，通過(guò)典型樣片，對(duì)典型標(biāo)志進(jìn)行實(shí)地對(duì)照、詳細(xì)觀察與描述。

1.3地物的遙感光譜信息分類(lèi)自然界地物多種多樣，其光譜信息也復(fù)雜多變，但從遙感特征和人的認(rèn)識(shí)規(guī)律分析，地物有分層分類(lèi)的特征。對(duì)大多數(shù)遙感圖像來(lái)說(shuō)，有幾種地物占主導(dǎo)地位，從光譜研究角度，決定圖像的基本類(lèi)型的光譜信息稱(chēng)為一級(jí)光譜信息

地表特征一級(jí)水體陸地二級(jí)非植被覆蓋混合體植被覆蓋三級(jí)四級(jí)。。。。。。裸地耕地居民地稀疏草地居民地森林草地農(nóng)作物2.遙感圖像目視解譯遙感圖象的目視解譯是把解譯者的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、區(qū)域知識(shí)、遙感知識(shí)及經(jīng)驗(yàn)介入到圖象分析中去，根據(jù)遙感圖象上目標(biāo)及周?chē)挠跋筇卣饕簧{(diào)、形狀、大小、紋理、圖型等以及影象上目標(biāo)的空間組合規(guī)律等，并通過(guò)地物間的相互關(guān)系，經(jīng)綜合推理、分析來(lái)識(shí)別目標(biāo)。從這個(gè)意義上講，由于它充分利用了判讀者的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)，這要比計(jì)算機(jī)的內(nèi)存和判斷更為高明，因而目視解譯是遙感圖象解譯最基本的方法，是遙感應(yīng)用分析必不可少的研究手段。

2.1遙感目視解譯的方法1）直接判識(shí)2）對(duì)比解譯與已知遙感圖象比較與相鄰遙感影像比較3）邏輯推理法4）歷史對(duì)比法2.2

遙感目視解譯一般程序1）明確目的2）選擇、制備圖像3）收集地形圖、地圖及其它有關(guān)資料4）綜合分析、野外踏勘，建立解譯標(biāo)志5）目視解譯（由整體到局部、由易到難、由此及彼、由由表及里、去偽存真）6）野外驗(yàn)證7）校對(duì)、檢查、成圖，綜合分析，編寫(xiě)成果報(bào)告為了提高圖象解譯的水平，不僅要求解譯者掌握、分析研究對(duì)象的波譜特征、空間特征、時(shí)間特征等，了解遙感圖象的成象機(jī)理和影象特征，而且離不開(kāi)對(duì)地物地學(xué)規(guī)律的認(rèn)識(shí)以及對(duì)地面實(shí)況的了解，只有這樣才能從影象提供的大量信息中，去偽存真，提取出所需要的專(zhuān)題特征信息。事實(shí)上，從遙感圖象上所獲得信息的類(lèi)型和數(shù)量，除了與研究對(duì)象的性質(zhì)、圖象質(zhì)量密切相關(guān)以外，還與解譯者的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、使用方法、及對(duì)干擾因素的了解程度等直接相關(guān)。2.3人機(jī)對(duì)話屏幕目視解譯優(yōu)越性充分發(fā)揮人工智能數(shù)字圖像無(wú)級(jí)放大借助GIS提高解譯精度直接成圖，形成矢量文件不足費(fèi)人工人為因素大2.4影響地物特征及判讀的因素遙感解譯過(guò)程是復(fù)雜的，它是由許多因素所決定的。首先，遙感圖象所顯示的是某一區(qū)域特定地理環(huán)境的綜合體。遙感提供的是一種綜合信息。這種“綜合”表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是地理要素的綜合。它反映的是地質(zhì)、地貌、水文、土壤、植被、社會(huì)生態(tài)等多種自然、人為要素的綜合。這些因于是密切相關(guān)、交織在一起，往往難以區(qū)分；二是遙感信息本身的綜合。它可以是不同空間分辨率、不同波譜分辨率、不同時(shí)間分辨率、不同輻射分辨率遙感信息的綜合。其次，遙感數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的地理環(huán)境又是一個(gè)復(fù)雜的、多要素的、多層次的、具動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)和明顯地域差異的開(kāi)放巨系統(tǒng)。它在時(shí)間和空間上是不斷變化的，因而遙感信息中

的各要素是相互關(guān)連、復(fù)雜變化的。

可以認(rèn)為遙感圖象解譯過(guò)程是對(duì)遙感這一“綜合信息”進(jìn)行層層分解的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程是相當(dāng)復(fù)雜的，它的難度可以從以下幾方面加以說(shuō)明

一是，地物波譜特征是復(fù)雜的，它是受多種因素控制的，本身也是因時(shí)因地在變化

著。

二是，自然界存在著大量“同物異譜”與“異物同譜”現(xiàn)象。同物異譜——同一種地物由于地理區(qū)位不同、環(huán)境影響因素不同等，在影象上可以表現(xiàn)形式不一。異物同譜——影象上表現(xiàn)形式相同的未必是同一地物或現(xiàn)象。三是，地物的時(shí)空屬性和地學(xué)規(guī)律是錯(cuò)綜復(fù)雜的，各要素、各類(lèi)別之間的關(guān)系是多種類(lèi)型的。有的具明顯的規(guī)律性，如地帶性規(guī)律、植物季節(jié)變化規(guī)律等；有的具隨機(jī)性、不確定性，如自然災(zāi)害的隨機(jī)性、突發(fā)性等；有的具有模糊性，存在過(guò)渡漸變關(guān)系，如自然地帶、草場(chǎng)類(lèi)型的變化均呈過(guò)渡漸變關(guān)系，且過(guò)渡帶隨季節(jié)變動(dòng)而移動(dòng)．為了提高解譯結(jié)果的正確性、可靠性，必須介入輔助數(shù)據(jù)、地學(xué)知識(shí)，進(jìn)行遙感與地學(xué)綜合分析．兩者結(jié)合不但可擴(kuò)大地學(xué)本身的視野，促進(jìn)地學(xué)的數(shù)量化發(fā)展，而且可改善遙感解譯、分析精度，因而被廣泛應(yīng)用。3.圖象量測(cè)(Measurement)

圖象量測(cè)指在已知圖象比例尺的基礎(chǔ)上，應(yīng)用圖象的幾何關(guān)系，借助簡(jiǎn)單工具或設(shè)備(如立體鏡、求積儀、解析測(cè)圖儀等)。測(cè)量和計(jì)算目標(biāo)物的大小、長(zhǎng)度、相對(duì)高度等以獲得精確的距離、高度、面積、體積、形狀、位置等信息。這方面的發(fā)展已派生出一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科——攝影測(cè)量學(xué)。它的基本原理不僅己從攝影像片延伸到對(duì)各類(lèi)遙感圖象的相應(yīng)量測(cè)，而且量測(cè)工作從二維延伸到三維立體及仿真模型的量測(cè)。二、圖象分析與信息提取(Analysis＆Extraction)

圖象分析是指在圖象識(shí)別、圖象量測(cè)的基礎(chǔ)上，通過(guò)綜合、分析、歸納，從目標(biāo)物的相互聯(lián)系中解譯圖象或提取專(zhuān)題特征信息，即定性、定量地提取和分析各種信息。

1）特定地物及狀態(tài)的提取。如通過(guò)線性、環(huán)形構(gòu)造及構(gòu)造統(tǒng)計(jì)圖，分析區(qū)域的構(gòu)造格局、構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)；通過(guò)礦化蝕變帶的提取，指導(dǎo)找礦；通過(guò)考古遺跡、古岸線痕跡的提取，研究古地理環(huán)境及其變化；通過(guò)火點(diǎn)、火線、林火范圍，洪水淹沒(méi)區(qū)等災(zāi)害狀態(tài)的識(shí)別，了解災(zāi)情及研究對(duì)策等。2）物理量的提取。如通過(guò)立體象對(duì)測(cè)得的高程數(shù)據(jù)，派生出坡度、坡向、相對(duì)高差、地表粗糙度等