遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析

遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第1頁(yè)第二講遙感影像及其統(tǒng)計(jì)分析

《遙感數(shù)字圖像處理》教程遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第2頁(yè)教學(xué)提要一、遙感成像過(guò)程

二、遙感數(shù)字影像數(shù)據(jù)

三、遙感影像其它數(shù)據(jù)

四、遙感影像信息內(nèi)容

五、遙感影像特征統(tǒng)計(jì)分析

退出遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第3頁(yè)一、遙感成像過(guò)程遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第4頁(yè)返回遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第5頁(yè)二、遙感數(shù)字影像數(shù)據(jù)（一）四種數(shù)據(jù)源（二）影像數(shù)據(jù)格式（三）影像數(shù)據(jù)分辨率（四）影像數(shù)據(jù)輔助信息遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第6頁(yè)（一）四種數(shù)據(jù)源（1）多光譜數(shù)據(jù)源光譜分辨率在λ/10數(shù)量級(jí)范圍稱為多光譜(Multispectral)，這么遙感器在可見(jiàn)光和近紅外光譜區(qū)只有幾個(gè)波段，如美國(guó)LandsatMSS，TM，法國(guó)SPOT等。遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第7頁(yè)（一）四種數(shù)據(jù)源（2）高光譜數(shù)據(jù)源

光譜分辨率在λ/100遙感信息稱之為高光譜遙感(Hyperspectral);伴隨遙感光譜分辨率深入提升，在到達(dá)λ/1000時(shí)，遙感即進(jìn)入超高光譜(Ultraspeetral)階段。遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第8頁(yè)（一）四種數(shù)據(jù)源（3）全色波段數(shù)據(jù)源全色波段，普通指使用0.5微米到0.75微米左右單波段，即從綠色往后可見(jiàn)光波段。因?yàn)槭菃尾ǘ?，在圖上顯示是灰度圖片。全色遙感影象普通空間分辨率高，但無(wú)法顯示地物色彩。實(shí)際操作中，咱們經(jīng)常將之與波段影象融合處理，得到現(xiàn)有全色影象高分辨率，又有多波段影象彩色信息影象。

遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第9頁(yè)（一）四種數(shù)據(jù)源（4）SAR數(shù)據(jù)源合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)源，航天飛機(jī)也可載合成孔徑雷達(dá)。返回遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第10頁(yè)（二）影像數(shù)據(jù)格式

存放形式：灰度值矩陣遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第11頁(yè)（二）影像數(shù)據(jù)格式

存放形式：灰度值矩陣遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第12頁(yè)（二）影像數(shù)據(jù)格式

存放形式：灰度值矩陣遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第13頁(yè)（二）影像數(shù)據(jù)格式

存放形式：灰度值矩陣遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第14頁(yè)（二）影像數(shù)據(jù)格式

存放形式：灰度值矩陣遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第15頁(yè)（二）影像數(shù)據(jù)格式

存放文件格式：遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第16頁(yè)（二）影像數(shù)據(jù)格式

（1）BSQ方式(bandsequential)

各波段二維影像數(shù)據(jù)按波段次序排列。(((像元號(hào)次序)，行號(hào)次序)，波段次序)遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第17頁(yè)（二）影像數(shù)據(jù)格式

(2)BIL方式(bandinterleavedbyline)

對(duì)每一行中代表一個(gè)波段光譜值進(jìn)行排列，然后按波段次序排列該行，最終對(duì)各行進(jìn)行重復(fù)。(((像元號(hào)次序)，波段次序)，行號(hào)次序)遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第18頁(yè)（二）影像數(shù)據(jù)格式

(3)BIP方式(bandinterleavedbypixel)

在一行中，每個(gè)像元按光譜波段次序進(jìn)行排列，然后對(duì)該行全部像元進(jìn)行這種波段次序排列，最終對(duì)各行進(jìn)行重復(fù)。((波段次序，像元號(hào)次序)，行號(hào)次序)返回遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第19頁(yè)（三）影像數(shù)據(jù)分辨率

分辨率是用于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)最小度量單位。廣義上普通用來(lái)描述在顯示設(shè)備上所能夠顯示點(diǎn)數(shù)量(行、列)，或在影像中一個(gè)像元點(diǎn)所表示面積。在描述遙感數(shù)據(jù)時(shí)，存在四種類型分辨率：遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第20頁(yè)（1）光譜分辨率光譜分辨率指成像波段范圍，分得愈細(xì)，波段愈多，光譜分辨率就愈高，反之光譜分辨率越粗糙?，F(xiàn)在技術(shù)能夠到達(dá)5~6nm（納米）量級(jí)，400多個(gè)波段。細(xì)分光譜能夠提升自動(dòng)區(qū)分和識(shí)別目標(biāo)性質(zhì)和組成成份能力。

（三）影像數(shù)據(jù)分辨率

遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第21頁(yè)（2）空間分辨率是指遙感器所能分辨最小目標(biāo)大小，或指影像中一個(gè)像元點(diǎn)所表示地面面積?？臻g分辨率越高，則目標(biāo)和面積值越小。（三）影像數(shù)據(jù)分辨率

遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第22頁(yè)（2）空間分辨率（三）影像數(shù)據(jù)分辨率

30Meter10Meter1Meter遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第23頁(yè)（2）空間分辨率（三）影像數(shù)據(jù)分辨率

遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第24頁(yè)（3）輻射分辨率又稱亮度閾值，是指在一個(gè)波段中所統(tǒng)計(jì)代表地物反射電磁波強(qiáng)度(表現(xiàn)為亮度或灰度)全部可能數(shù)值。在影像中表現(xiàn)為影像灰度級(jí)。（三）影像數(shù)據(jù)分辨率

遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第25頁(yè)（3）輻射分辨率輻射分辨率計(jì)算公式：RL=（Rmax-Rmin）/D其中Rmax為最大輻射量值，Rmin為最小輻射量值，D為量化級(jí)。

（三）影像數(shù)據(jù)分辨率

遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第26頁(yè)（4）時(shí)間分辨率是指對(duì)同一地域進(jìn)行重復(fù)觀察頻率。比如，是每16天還是每3天重復(fù)一次。（三）影像數(shù)據(jù)分辨率

返回遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第27頁(yè)（四）影像數(shù)據(jù)輔助信息返回遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第28頁(yè)三、遙感影像其它數(shù)據(jù)返回（一）定標(biāo)、驗(yàn)證數(shù)據(jù)（二）地面實(shí)況調(diào)查（三）地面定位數(shù)據(jù)（四）地圖數(shù)據(jù)（五）數(shù)字地形數(shù)據(jù)遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第29頁(yè)（一）定標(biāo)、驗(yàn)證數(shù)據(jù)定標(biāo)(calibration)是把所得到測(cè)量值變換成絕對(duì)亮度，或指定與地表反射率及表面溫度等物理量相關(guān)處理過(guò)程。遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第30頁(yè)（一）定標(biāo)、驗(yàn)證數(shù)據(jù)遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第31頁(yè)（一）定標(biāo)、驗(yàn)證數(shù)據(jù)遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第32頁(yè)（一）定標(biāo)、驗(yàn)證數(shù)據(jù)因?yàn)榇髿馍⑸溆绊懀仨殞?duì)觀察數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，經(jīng)常見(jiàn)基于地面實(shí)況數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證方法。這些地面數(shù)據(jù)被稱為驗(yàn)證數(shù)據(jù)。遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第33頁(yè)（一）定標(biāo)、驗(yàn)證數(shù)據(jù)返回遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第34頁(yè)（二）地面實(shí)況調(diào)查地面實(shí)況調(diào)查(groundtruth)是指為了檢驗(yàn)遙感數(shù)據(jù)與觀察目標(biāo)物對(duì)應(yīng)關(guān)系而對(duì)地面實(shí)況信息進(jìn)行觀察、測(cè)量、搜集工作。返回遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第35頁(yè)（三）地面定位數(shù)據(jù)在進(jìn)行遙感影像幾何精校正時(shí)，必須要有地面控制點(diǎn)。適于作為地面控制點(diǎn)是能夠在影像上識(shí)別出一點(diǎn)和它所對(duì)應(yīng)地面上相同一點(diǎn)，而且能夠正確知道該點(diǎn)在影像上位置(像元號(hào)、行號(hào))和在地圖上位置(緯度、經(jīng)度、高度)。遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第36頁(yè)（三）地面定位數(shù)據(jù)定位方法有：（1）地形圖法：簡(jiǎn)單，但不適于缺乏高精度地形圖地域。（2）GPS定位法：GlobalPositioningSystem：返回遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第37頁(yè)（四）地圖數(shù)據(jù)

地圖信息能夠提供以下功效：①調(diào)查區(qū)域概查：②幾何校正控制點(diǎn)設(shè)置：③輔助性地面實(shí)況數(shù)據(jù)獲取及判讀參考：④分析、判讀結(jié)果整理與表示：遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第38頁(yè)（四）地圖數(shù)據(jù)

常見(jiàn)地圖數(shù)據(jù)：遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第39頁(yè)（四）地圖數(shù)據(jù)

數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel簡(jiǎn)稱DEM）是在高斯投影平面上規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)平面坐標(biāo)（x,y）及其高程（z）數(shù)據(jù)集。Dem水平間隔可隨地貌類型不一樣而改變。依據(jù)不一樣高程精度，可分為不一樣等級(jí)產(chǎn)品。遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第40頁(yè)（四）地圖數(shù)據(jù)

數(shù)字正射影像圖（DigitalOrthophotoMap簡(jiǎn)稱DOM）是利用數(shù)字高程模型對(duì)掃描處理數(shù)字化航空相片/遙感相片（單色/彩色），經(jīng)逐一象元進(jìn)行投影差更正，再按影像鑲嵌，依據(jù)圖幅范圍剪裁生成影像數(shù)據(jù).普通帶有公里格網(wǎng)、圖廓內(nèi)/外整飾和注記平面圖。遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第41頁(yè)（四）地圖數(shù)據(jù)

數(shù)字線劃地圖（DigitalLineGraphic簡(jiǎn)稱DLG）是現(xiàn)有地形圖上基礎(chǔ)地理要素矢量數(shù)據(jù)集，且保留要素間空間關(guān)系和相關(guān)屬性信息。遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第42頁(yè)（四）地圖數(shù)據(jù)

（DigitalRasterGraphic簡(jiǎn)稱DRG）是紙質(zhì)地形圖數(shù)字化產(chǎn)品。每幅圖經(jīng)掃描、糾正、圖幅處理及數(shù)據(jù)壓縮處理后，形成在內(nèi)容、幾何精度和色彩上與地形圖保持一致柵格文件。返回遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第43頁(yè)（五）數(shù)字地形數(shù)據(jù)

數(shù)字地形數(shù)據(jù)是表示地形形狀數(shù)據(jù)，也叫數(shù)字地形模型(DTM：digitalterrainmodelorDEM：digitalelevationmodel)。遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第44頁(yè)（五）數(shù)字地形數(shù)據(jù)

地形形狀(地表面形狀)表示方法大致分為以下4種：①等高線表示法：用含有等間隔高度等高線集合表示地形方法。遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第45頁(yè)（五）數(shù)字地形數(shù)據(jù)

②網(wǎng)格點(diǎn)表示法：經(jīng)過(guò)在水平面上布置格點(diǎn)(網(wǎng)格點(diǎn))標(biāo)高數(shù)據(jù)表示地形形狀方法。格點(diǎn)以外地點(diǎn)標(biāo)高由周圍格點(diǎn)標(biāo)高數(shù)據(jù)內(nèi)插求出。遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第46頁(yè)（五）數(shù)字地形數(shù)據(jù)

③隨機(jī)點(diǎn)表示法：經(jīng)過(guò)在水平面上隨機(jī)布置點(diǎn)水平位置坐標(biāo)和標(biāo)高數(shù)據(jù)表示地形形狀方法。近似地表示地表面形狀方法叫TIN(triangulatedirregularnetwork：不規(guī)則三角形網(wǎng)絡(luò))。該方法只有按地形起伏自由變更標(biāo)高點(diǎn)密度優(yōu)點(diǎn)，對(duì)高速檢索周圍隨機(jī)點(diǎn)必須加以尤其考慮。遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第47頁(yè)（五）數(shù)字地形數(shù)據(jù)

④函數(shù)表示法：經(jīng)過(guò)曲線函數(shù)等用曲面表示地表面方法。返回遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第48頁(yè)四、遙感影像信息內(nèi)容返回（一）遙感影像波譜信息 （二）遙感影像空間信息（三）遙感影像時(shí)間信息遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第49頁(yè)（一）遙感影像波譜信息遙感影像中每個(gè)像元亮度值代表是該像元中地物輻射值，隨地物成份、紋理、狀態(tài)、表面特征及所使用電磁波段不一樣而改變，這種特征稱為地物波譜特征。不一樣地物之間亮度值差異以及同一地物在不一樣波段上亮度值差異組成了地物波譜信息。返回遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第50頁(yè)（一）遙感影像波譜信息遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第51頁(yè)（二）遙感影像空間信息包含空間頻率信息、邊緣和線性信息、結(jié)構(gòu)或紋理信息以及幾何信息等。影響遙感影像空間信息主要原因有成像遙感器空間分辨率、影像投影性質(zhì)、百分比尺、幾何畸變等。返回遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第52頁(yè)（三）遙感影像時(shí)間信息是指不一樣時(shí)相遙感影像光譜信息與空間信息差異。是研究對(duì)象所處時(shí)態(tài)，所以要充分利用多時(shí)相影像，不能以一個(gè)瞬時(shí)信息來(lái)包羅它整個(gè)發(fā)展過(guò)程。返回遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第53頁(yè)五、遙感影像特征

統(tǒng)計(jì)分析返回（一）單波段統(tǒng)計(jì)特征

（二）多波段間統(tǒng)計(jì)特征

（三）卷積（四）紋理遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第54頁(yè)（一）單波段統(tǒng)計(jì)特征遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第55頁(yè)（一）單波段統(tǒng)計(jì)特征（1）影像灰度均值均值指是一幅影像中全部像元灰度值算術(shù)平均值，它反應(yīng)是影像中地物平均反射強(qiáng)度，大小由一級(jí)波譜信息決定。

遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第56頁(yè)（一）單波段統(tǒng)計(jì)特征（2）影像灰度中值指影像全部灰度級(jí)中處于中間值。當(dāng)灰度級(jí)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，則取中間兩灰度值平均值。因?yàn)槠胀ㄟb感影像灰度級(jí)都是連續(xù)改變，因而中間值可經(jīng)過(guò)最大灰度值和最小灰度值取得。

遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第57頁(yè)（一）單波段統(tǒng)計(jì)特征（3）影像灰度眾數(shù)眾數(shù)是影像中出現(xiàn)最屢次數(shù)灰度值。它是一幅影像中分布較廣地物類型反射能量反應(yīng)。遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第58頁(yè)（一）基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)分析量（4）影像灰度方差方差反應(yīng)各像元灰度值與影像平均灰度值總離散程度。它是衡量一幅影像信息量大小主要度量，是影像統(tǒng)計(jì)分析中最主要統(tǒng)計(jì)量。

遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第59頁(yè)（一）基礎(chǔ)統(tǒng)計(jì)分析量（5）影像灰度數(shù)值域(range)

它是影像最大灰度值和最小灰度值差值，它反應(yīng)了影像灰度值改變程度，從而間接地反應(yīng)了影像信息量。

遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第60頁(yè)（一）單波段統(tǒng)計(jì)特征（6）影像灰度反差反差能夠反應(yīng)影像顯示效果和可分辨性。上述三種形式反差定義中，C3最合理，其它兩種定義受極端情況影響較大。遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第61頁(yè)（一）單波段統(tǒng)計(jì)特征集中趨勢(shì)離散趨勢(shì)遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第62頁(yè)（一）單波段統(tǒng)計(jì)特征返回遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第63頁(yè)（一）單波段統(tǒng)計(jì)特征（7）影像直方圖直方圖是指影像中全部灰度值概率分布。橫坐標(biāo)表示影像灰度級(jí)改變，縱坐標(biāo)表示影像中各個(gè)灰度級(jí)像元數(shù)占整幅影像像元數(shù)百分比。遙感影像數(shù)據(jù)經(jīng)常服從或靠近于正態(tài)分布。遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第64頁(yè)（一）單波段統(tǒng)計(jì)特征（7）影像直方圖遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第65頁(yè)（一）單波段統(tǒng)計(jì)特征（7）影像直方圖

遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第66頁(yè)（一）單波段統(tǒng)計(jì)特征（8）直方圖描述量實(shí)際上，遙感影像數(shù)據(jù)并不能完全服從正態(tài)分布，往往存在直方圖偏斜。其詳細(xì)表現(xiàn)為影像灰度均值與眾數(shù)和中值顯著不一致。偏斜程度可用下面量來(lái)表示：返回遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第67頁(yè)（二）多波段間統(tǒng)計(jì)特征

（1）協(xié)方差設(shè)f（i，j）和g（i，j）是大小為M×N兩幅影像，則它們之間協(xié)方差計(jì)算公式為：

遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第68頁(yè)（二）多波段間統(tǒng)計(jì)特征

（1）協(xié)方差將N個(gè)波段相互間協(xié)方差排列在一起所組成矩陣稱為協(xié)方差矩陣遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第69頁(yè)（二）多波段統(tǒng)計(jì)特征（2）相關(guān)系數(shù)相關(guān)系數(shù)是描述波段影像間相關(guān)程度統(tǒng)計(jì)量，反應(yīng)了兩個(gè)波段影像所包含信息重合程度。即

遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第70頁(yè)（二）多波段統(tǒng)計(jì)特征（2）相關(guān)系數(shù)將N個(gè)波段相互間相關(guān)系數(shù)排列在一起所組成矩陣稱為相關(guān)矩陣返回遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第71頁(yè)（三）卷積（1）窗口和鄰域

對(duì)于圖像中任一像素(x,y),以此為中心，按上下左右對(duì)稱所設(shè)定范圍成為窗口。如3×3窗口、5×5窗口。遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第72頁(yè)（三）卷積中心像素周圍行列稱為該像素鄰域，4鄰域與8鄰域以下：遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第73頁(yè)（三）卷積（2）卷積運(yùn)算卷積運(yùn)算是空間域上針對(duì)特定窗口進(jìn)行運(yùn)算。設(shè)窗口大小為m×n，（i，j）是中心像素，f(x,y)是圖像像素值，h（x，y）是窗口模板（或卷積核），g(x,y)是運(yùn)算結(jié)果，那么卷積運(yùn)算公式定義為：遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第74頁(yè)（三）卷積（2）卷積運(yùn)算

遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第75頁(yè)（四）紋理

直觀印象結(jié)構(gòu)方法統(tǒng)計(jì)方法空間自相關(guān)函數(shù)灰度共生矩陣灰度級(jí)游程長(zhǎng)濾波模板隨機(jī)模型分形模型定性描述定量描述遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第76頁(yè)（四）紋理

紋理分類：人工紋理：由自然背景上符號(hào)（點(diǎn)、線條、字母或數(shù)字等）排列組成自然紋理：含有重復(fù)排列現(xiàn)象自然景物（森林、草地等）遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第77頁(yè)（四）紋理紋理分類：

人工紋理自然紋理遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第78頁(yè)（四）紋理（1）空間自相關(guān)函數(shù)對(duì)物體粗糙程度進(jìn)行描述，其定義以下：

粗紋理自相關(guān)函數(shù)隨距離改變較為遲緩，而細(xì)紋理則改變比較快。假如距離固定，那個(gè)粗紋理含有較高自相關(guān)函數(shù)遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第79頁(yè)（四）紋理（1）空間自相關(guān)函數(shù)TheUseofVariogramsinRemoteSensing，Woodcock，1988遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第80頁(yè)（四）紋理（1）空間自相關(guān)函數(shù)空間變異函數(shù)對(duì)比遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第81頁(yè)（四）紋理（1）空間自相關(guān)函數(shù)在二階平穩(wěn)情況下，空間變異函數(shù)r(h）和空間自相關(guān)函數(shù)滿足：

r(h)=c(0)-c(h)遙感影像及統(tǒng)計(jì)分析第82頁(yè)（四）紋理（2）灰度共生矩陣灰度共生矩陣描述了當(dāng)圖像中像素（i，j)處灰度為m，與（i,j)相距離位移為（a,b)且灰度為n概率。注釋：當(dāng)a=1，b=0時(shí)，像素對(duì)是水平，即0度掃描；當(dāng)a=0，b=1時(shí)，像素對(duì)是垂直，即90度掃描；當(dāng)a=1，b