遙感圖象目視解譯與制圖培訓(xùn)課程

第五章遙感圖象目視解譯與制圖遙感圖象解譯（ImageryInterpretation）；從遙感圖象上獲取目標(biāo)地物信息的過(guò)程。1、目視解譯——又叫目視判讀，指專(zhuān)業(yè)人員通過(guò)直接觀察或借助輔助判讀儀器在遙感圖象上獲取特定目標(biāo)地物信息的過(guò)程。第一頁(yè)，共五十二頁(yè)。2、計(jì)算機(jī)解譯——以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為支撐環(huán)境，利用模式識(shí)別技術(shù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合，根據(jù)遙感圖象中目標(biāo)地物的各種影象特征（顏色、形狀、紋理等），結(jié)合專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)中目標(biāo)地物的解譯經(jīng)驗(yàn)和成像規(guī)律等知識(shí)進(jìn)行分析和推理，完成對(duì)遙感圖象的理解。第二頁(yè)，共五十二頁(yè)。計(jì)算機(jī)的解譯結(jié)果需要運(yùn)用目視解譯的方法進(jìn)行抽樣核查來(lái)檢驗(yàn)其判讀精度，而且計(jì)算機(jī)解譯也要運(yùn)用目視解譯的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)來(lái)進(jìn)行指導(dǎo)。因此，目視解譯是遙感圖象計(jì)算機(jī)解譯的基礎(chǔ)，不會(huì)被計(jì)算機(jī)解譯完全取代。目視解譯是遙感應(yīng)用的一項(xiàng)基本技能，不同的研究領(lǐng)域和專(zhuān)業(yè)從遙感信息中獲取不同的地學(xué)信息。第三頁(yè)，共五十二頁(yè)。第一節(jié)遙感圖象目視解譯原理不論哪種專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，目視解譯需要解決的問(wèn)題都分為以下三個(gè)方面。1、圖象中有哪些地物2、地物的分布情況3、地物的數(shù)量情況第四頁(yè)，共五十二頁(yè)。遙感圖象中目標(biāo)地物特征是地物電磁輻射差異在遙感影象上的典型反映，按其表現(xiàn)形式的不同可概括為色——色調(diào)、顏色、陰影形——形狀、大小、紋理、圖型位——分布的空間位置、相關(guān)布局第五頁(yè)，共五十二頁(yè)。一、目標(biāo)地物的識(shí)別特征1、色調(diào)（tone）：也叫灰度，指黑白影象，0-255色調(diào)的深淺反映了地物反射和發(fā)射太陽(yáng)光能量的大小，色調(diào)差異要達(dá)到一定程度，人眼才能區(qū)別為不同的地物。色調(diào)的決定因素1）地物反射率2）地物表面粗糙程度第六頁(yè)，共五十二頁(yè)。3）濕度4）攝影季節(jié)2、顏色（colour）：彩色圖象3、陰影（shadow）：光被地物遮擋而產(chǎn)生的地物的影子（航片上分為本影和落影）1）本影——地物本身未被陽(yáng)光直接照射到的陰暗部分的影象2）落影——在地物背光方向上地物投射到地面的陰影在像片上的構(gòu)像。第七頁(yè)，共五十二頁(yè)。在影象判讀中，本影有助于獲得地物的立體感，落影的大小和形狀可判讀物體的性質(zhì)和高度。地物陰影也會(huì)給像片判讀帶來(lái)不利，如高山的陰影會(huì)遮蓋大片其它地物而影響判讀（航片）。第八頁(yè)，共五十二頁(yè)。4、形狀（shape）：遙感圖象的形狀是地物的頂視平面圖。形狀是判讀的主要標(biāo)志，任何地物都有一定的幾何圖形，反映在像片上也必然有其相應(yīng)的形狀，如房屋表現(xiàn)為規(guī)則的方塊狀圖形，運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的橢圓形跑道，筆直的道路，彎曲的河流，方格狀的農(nóng)田等。沒(méi)有高度的地物在像片的中心和四周其形狀相同，但是有高差的地物如樓房、樹(shù)木、塔等在像片中心是地物頂部形狀，而在四周是地物的斜側(cè)面。第九頁(yè)，共五十二頁(yè)。5、紋理（Texture）：指遙感圖象中目標(biāo)地物內(nèi)部色調(diào)有規(guī)則變化造成的影象結(jié)構(gòu)。航片上農(nóng)田的條帶狀紋理，表現(xiàn)為有的平滑，有的粗糙。紋理特征與航片比例尺有關(guān)。6、大?。╯ize）：地物的大小也是像片判讀的重要標(biāo)志，根據(jù)影象的大小和航片比例尺可求得地物的數(shù)量特征。第十頁(yè)，共五十二頁(yè)。根據(jù)物體的大小還可以推斷物體的屬性，比如湖泊和池塘就可根據(jù)他們的大小來(lái)區(qū)別。7、位置（site）：指目標(biāo)地物分布的地點(diǎn)。位置有絕對(duì)位置和相對(duì)位置，絕對(duì)位置為所在的經(jīng)緯度，依據(jù)地物相對(duì)位置可以為地物判讀提供依據(jù)，根據(jù)農(nóng)田與水渠的相對(duì)位置可以判讀農(nóng)田為水澆地或旱地。第十一頁(yè)，共五十二頁(yè)。8、圖型（pattern）：地物有規(guī)律排列而成的圖形結(jié)構(gòu)，也叫組合圖案。如住宅區(qū)建筑群在圖象上的街區(qū)圖型，農(nóng)田與周邊防護(hù)林構(gòu)成的圖型，它由形狀、大小、色調(diào)、紋理等影象特征組合而成。第十二頁(yè)，共五十二頁(yè)。9、相關(guān)布局（Association）：多個(gè)地物之間的空間配置關(guān)系。地面物體的分布存在一定的相關(guān)性，依據(jù)空間布局可以推斷地物的屬性。如學(xué)校和操場(chǎng)。判讀時(shí)要靈活運(yùn)用這些判讀標(biāo)志，根據(jù)地物色、形、位的差異進(jìn)行分析解譯。在這些解譯標(biāo)志中，色調(diào)、大小、形狀、陰影、顏色、紋理、圖型是直接判讀標(biāo)志，位置和相關(guān)布局是間解判讀標(biāo)志。第十三頁(yè)，共五十二頁(yè)。自學(xué)題目1、比較可見(jiàn)光黑白像片與黑白紅外像片的差異。2、比較天然彩色像片與彩色紅外像片的差異。3、熱紅外像片的解譯標(biāo)志與可見(jiàn)光和近紅外像片的解譯標(biāo)志有什么不同。4、比較MSS影象與TM影象的異同點(diǎn)。第十四頁(yè)，共五十二頁(yè)。5、比較TM影象與SPOT影象的異同點(diǎn)。6、航空像片與衛(wèi)星圖象在圖象特征與解譯判讀時(shí)的異同點(diǎn)。7、微波影象與航片的色調(diào)在形成原理與表現(xiàn)上有何差異。8、概述遙感圖象目視解譯的原則、方法與基本步驟。第十五頁(yè)，共五十二頁(yè)。第二節(jié)遙感制圖

航空像片——地形圖一、遙感影象地圖（一）定義——以遙感影象和一定的地圖符號(hào)來(lái)表現(xiàn)制圖對(duì)象地理空間分布和環(huán)境狀況的地圖1）圖面內(nèi)容為影象2）具有一定地圖符號(hào)（行政界線、文字注記、比例尺、等高線等）第十六頁(yè)，共五十二頁(yè)。第十七頁(yè)，共五十二頁(yè)。第十八頁(yè)，共五十二頁(yè)。第十九頁(yè)，共五十二頁(yè)。遙感影象圖與地形圖的復(fù)合第二十頁(yè)，共五十二頁(yè)。因此具有影象與地圖的雙重優(yōu)勢(shì)。如航空像片經(jīng)投影改造成的正射影象地圖，可用于城市發(fā)展和工程建設(shè)的需要；用衛(wèi)星圖象制作的衛(wèi)星遙感影象地圖（1：100萬(wàn)或1：400萬(wàn)），反映國(guó)家或區(qū)域的地理環(huán)境。第二十一頁(yè)，共五十二頁(yè)。（二）特點(diǎn)1、豐富的信息量以影象為內(nèi)容，沒(méi)有信息空白區(qū)域，信息量超過(guò)普通地圖。2、直觀形象性能夠直觀形象地反映地勢(shì)的起伏、河流蜿蜒曲折的形態(tài)，增加可讀性。第二十二頁(yè)，共五十二頁(yè)。3、具有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)經(jīng)過(guò)幾何校正與投影糾正，比例尺保持一致，且每個(gè)像元都有自己的坐標(biāo)，可進(jìn)行量測(cè)。4、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)獲取地面信息快，成圖周期短，能迅速反映制圖區(qū)域的當(dāng)前狀況，尤其對(duì)于沼澤地、沙漠、崇山峻嶺等人跡罕至地區(qū)利用遙感影象制作影象地圖，更能顯示其優(yōu)越性。第二十三頁(yè)，共五十二頁(yè)。（三）新型影象地圖1、電子影象地圖2、多媒體影象地圖3、立體全息影象地圖第二十四頁(yè)，共五十二頁(yè)。二、計(jì)算機(jī)輔助遙感制圖（一）定義：在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持下，根據(jù)地圖制圖原理，應(yīng)用數(shù)字圖象處理技術(shù)和數(shù)字地圖編輯加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遙感影象地圖制作和成果表現(xiàn)的技術(shù)方法。20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的新方法，它是遙感數(shù)字圖象處理和數(shù)字制圖等技術(shù)的結(jié)合，與常規(guī)制作方法相比，改善了制圖條件，革新了編制工藝，提高了圖象符號(hào)配置的靈活性，縮短了成圖周期，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。第二十五頁(yè)，共五十二頁(yè)。硬件：計(jì)算機(jī)、掃描儀、數(shù)字化儀、噴墨打印機(jī)、繪圖儀軟件：影象地圖制作過(guò)程復(fù)雜，軟件的類(lèi)型和功能也多種多樣，從遙感影象和底圖輸入、圖象處理、數(shù)字地圖編輯、地圖整飾、印刷打印等各個(gè)環(huán)節(jié)都有相應(yīng)的軟件支持。第二十六頁(yè)，共五十二頁(yè)。（二）基本過(guò)程1、遙感影象信息選取與數(shù)字化根據(jù)制圖要求，選擇適合時(shí)相、適合波段的指定地區(qū)的遙感影象，若需要多景數(shù)據(jù)，則最好選取同一顆衛(wèi)星的產(chǎn)品，制圖區(qū)域不應(yīng)有云或云量小于10%。若是航片，則需要數(shù)字化，一般300DPI。第二十七頁(yè)，共五十二頁(yè)。2、地理基礎(chǔ)底圖的選取與數(shù)字化一般選取地形圖1）采用地形圖對(duì)遙感影象進(jìn)行幾何糾正2）抽取地形圖上的一些要素添加到影象圖上。3、遙感影象幾何糾正與圖象處理根據(jù)控制點(diǎn)進(jìn)行糾正，控制點(diǎn)盡量選取永久性地物，如大路交叉點(diǎn)、大橋、水壩等，同名地物控制點(diǎn)編號(hào)要一致。第二十八頁(yè)，共五十二頁(yè)。4、遙感影象鑲嵌與地理基礎(chǔ)底圖拼接影象鑲嵌利用相鄰影象中同名地物點(diǎn)作為配準(zhǔn)點(diǎn)，要求影象投影相同，比例尺一致，時(shí)相一致，有足夠的重疊區(qū)域。地形圖拼接可利用GIS的地圖拼接功能，利用地形圖四角的地理坐標(biāo)進(jìn)行拼接。5、地理基礎(chǔ)底圖與遙感影象復(fù)合第二十九頁(yè)，共五十二頁(yè)。6、生成符號(hào)注記層符號(hào)：行政區(qū)劃界線、城市、縣城、鄉(xiāng)村符號(hào)等注記：是對(duì)地物屬性的補(bǔ)充說(shuō)明符號(hào)注記生成新的圖層，與影象圖疊加后，提高影象地圖的可讀性。7、影象地圖圖面配置包括1）影象地圖放置的位置第三十頁(yè)，共五十二頁(yè)。2）添加影象標(biāo)題3）配置圖例4）放置比例尺5）配置指北箭頭6）邊框生成8、遙感影象地圖制作與印刷將影象圖、符號(hào)注記圖層、圖面配置圖層配準(zhǔn)后打印。第三十一頁(yè)，共五十二頁(yè)。第三節(jié)遙感數(shù)字圖象分類(lèi)

一、定義：圖象分類(lèi)就是對(duì)圖象上每個(gè)像素按照亮度接近程度給出對(duì)應(yīng)類(lèi)別，以達(dá)到大致區(qū)分遙感圖象中多種地物的目的。二、統(tǒng)計(jì)變量：進(jìn)行分類(lèi)的統(tǒng)計(jì)特征變量可以直接是原始圖象的光譜特征值，或者是經(jīng)過(guò)主成分分析后獲得的特征值。第三十二頁(yè)，共五十二頁(yè)。主成分變換：把互相存在相關(guān)性的原始多波段遙感影象轉(zhuǎn)換為相互獨(dú)立的多波段新圖象，而且使原始圖象的絕大部分信息集中在變換后的前幾個(gè)組分構(gòu)成的圖象上，實(shí)現(xiàn)特征空間降維和壓縮的目的。三、相似度：兩類(lèi)模式的相似程度，遙感圖象計(jì)算機(jī)分類(lèi)的依據(jù)是遙感圖象像素的相似度，在遙感圖象分類(lèi)過(guò)程中，常使用距離和相關(guān)系數(shù)來(lái)衡量相似度。第三十三頁(yè)，共五十二頁(yè)。（一）距離度量特征空間中的距離經(jīng)常采用以下幾種算法：1、絕對(duì)值距離——像元k到類(lèi)別I的距離；n——總波段數(shù)；Mij——均值；?Xkj——k像元在j波段的亮度值；?i——類(lèi)別號(hào)；j—波段序號(hào)；第三十四頁(yè)，共五十二頁(yè)。2、歐幾里德距離（歐氏距離）：兩點(diǎn)之間的直線距離。3、馬氏距離采用距離衡量相似度時(shí)，距離越小相似度越大。（二）相關(guān)系數(shù)相關(guān)系數(shù)是指像素間的關(guān)聯(lián)程度，采用相關(guān)系數(shù)衡量相似度時(shí)，相關(guān)系數(shù)越大，相似度越大，相關(guān)系數(shù)越小，相似度越小。第三十五頁(yè)，共五十二頁(yè)。四、分類(lèi)方法

遙感圖象的計(jì)算機(jī)分類(lèi)方法包括監(jiān)督分類(lèi)和非監(jiān)督分類(lèi)。（一）非監(jiān)督分類(lèi)（UnsupervisedClassification）1、定義：在沒(méi)有先驗(yàn)類(lèi)別作為樣本的條件下，即事先不知道類(lèi)別特征，主要根

據(jù)像元間相似度的大小進(jìn)行歸類(lèi)合并（將相似度大的像元?dú)w為一類(lèi)）的方法。

第三十六頁(yè)，共五十二頁(yè)。2、分類(lèi)過(guò)程A、確定初始類(lèi)別參數(shù)，即確定最初類(lèi)別數(shù)和類(lèi)別中心（亮度平均值）；B、計(jì)算每一個(gè)像元所對(duì)應(yīng)的特征值與各類(lèi)別中心的距離；C、選與中心距離最短的類(lèi)別作為這一像元的所屬類(lèi)別；D、計(jì)算新的類(lèi)別亮度平均值；第三十七頁(yè)，共五十二頁(yè)。E、比較新的類(lèi)別均值與原平均值的變化，若發(fā)生變化，則以新的類(lèi)別均值作為聚類(lèi)中心，再?gòu)牡诙介_(kāi)始重復(fù)，進(jìn)行反復(fù)迭代操作；F、如果聚類(lèi)中心（平均值）不再變化，計(jì)算停止。

第三十八頁(yè)，共五十二頁(yè)。如ERDASIMAGINE使用ISODATA方法（IterativeSelf-OrganizingDataAnalysisTechniquesAlgorthm），稱為“迭代自組織數(shù)據(jù)分析技術(shù)”，聚類(lèi)過(guò)程始于任意聚類(lèi)平均值或一個(gè)已有分類(lèi)模板的平均值；聚類(lèi)每重復(fù)一次，聚類(lèi)的平均值就更新一次，新聚類(lèi)的均值再用于下一個(gè)聚類(lèi)循環(huán)。這樣不斷重復(fù)，直到最大的循環(huán)次數(shù)已達(dá)到設(shè)定閾值或者兩次聚類(lèi)結(jié)果相比保持不變的像元所占最大百分比達(dá)到循環(huán)收斂閾值，則分類(lèi)結(jié)束。

第三十九頁(yè)，共五十二頁(yè)。（二）監(jiān)督分類(lèi)（SupervisedClassification）：1、定義：首先需要從研究區(qū)域選取有代表性的訓(xùn)練場(chǎng)地作為樣本。根據(jù)已知訓(xùn)練區(qū)提供的樣本，通過(guò)選擇特征參數(shù)（如像素亮度均值、方差等），建立判別函數(shù)，據(jù)此對(duì)樣本像元進(jìn)行分類(lèi)，依據(jù)樣本類(lèi)別的特征來(lái)識(shí)別非樣本像元的歸屬類(lèi)別。

第四十頁(yè)，共五十二頁(yè)。監(jiān)督分類(lèi)最基本的特點(diǎn)是在分類(lèi)前人們對(duì)遙感圖象上某些抽樣區(qū)地物的類(lèi)別屬性已有了先驗(yàn)知識(shí)，先驗(yàn)知識(shí)可以來(lái)自野外的實(shí)地考察、也可參照其他的文字或圖面資料或是圖象處理者本人的經(jīng)驗(yàn)等。2、分類(lèi)過(guò)程以ERDASIMAGINE對(duì)延安寶塔區(qū)進(jìn)行土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)為例。

第四十一頁(yè)，共五十二頁(yè)。A、根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)確定要分的類(lèi)別數(shù)。在本例中，通過(guò)野外考察，確定土地利用類(lèi)別為14個(gè)，分別為旱地、居民地及工礦用地、果園、有林地、水面、灌木、天然或人工草地、裸巖、荒草地、水田、菜地、沙地、沼澤、民用機(jī)場(chǎng)。B、定義分類(lèi)模板ERDASIMAGINE的監(jiān)督分類(lèi)是基于分類(lèi)模板來(lái)進(jìn)行的，分類(lèi)模板的生成、管理、評(píng)價(jià)和編輯等功能是由分類(lèi)模板編輯器來(lái)完成的。第四十二頁(yè)，共五十二頁(yè)。在分類(lèi)模板編輯器中，用鼠標(biāo)勾畫(huà)典型區(qū)域，每個(gè)土地類(lèi)型要求多個(gè)采樣點(diǎn)，當(dāng)全部類(lèi)型采集完成后，把模板中每一類(lèi)的多個(gè)樣本值進(jìn)行合并，這樣得到每一類(lèi)一個(gè)新的綜合的光譜特征值，作為該類(lèi)的特征值。

第四十三頁(yè)，共五十二頁(yè)。C、評(píng)價(jià)分類(lèi)模板在對(duì)遙感影象做全面分類(lèi)之前，我們對(duì)所選的訓(xùn)練區(qū)樣本以及由訓(xùn)練區(qū)樣本所建立的判別函數(shù)是否有效等問(wèn)題并無(wú)足夠的把握，因此在全面分類(lèi)前要進(jìn)行分類(lèi)模板的評(píng)價(jià)，即用訓(xùn)練區(qū)的樣本進(jìn)行試分類(lèi)。第四十四頁(yè)，共五十二頁(yè)。分類(lèi)模板評(píng)價(jià)工具包括分類(lèi)預(yù)警、可能性矩陣、特征對(duì)象、特征空間到空間掩膜、直方圖法、分類(lèi)統(tǒng)計(jì)分析等。以可能性矩陣為例，它主要是分析訓(xùn)練區(qū)的像元是否完全落在相應(yīng)的類(lèi)別中。其輸出結(jié)果是一個(gè)百分比矩陣，說(shuō)明每個(gè)訓(xùn)練區(qū)中有多少個(gè)像元分別屬于相應(yīng)的類(lèi)別。如果誤差矩陣值小于85%，則模板需要重新建立。第四十五頁(yè)，共五十二頁(yè)。D、執(zhí)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類(lèi)根據(jù)建立的分類(lèi)模板，在一定的分類(lèi)決策規(guī)則條件下，對(duì)圖象像元進(jìn)行分類(lèi)判斷。用于分類(lèi)決策的規(guī)則即各種分類(lèi)判別函數(shù)。選擇了判別函數(shù)及其相應(yīng)的準(zhǔn)則后，就可執(zhí)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類(lèi)。最大似然比分類(lèi)最大似然比分類(lèi)是應(yīng)用最廣泛的監(jiān)督分類(lèi)方法，分類(lèi)精度較高，其前提條件是認(rèn)為每一類(lèi)的概率密度分布都是正態(tài)分布。第四十六頁(yè)，共五十二頁(yè)。其判別函數(shù)由條件概率P(Wi/X)(i=1,2,3…m)來(lái)決定，Wi代表第i個(gè)類(lèi)別，P表示X（X=(x1,x2,┄xn)T,n為波段數(shù)）為Wi類(lèi)的概率是多少。這里不考慮混合像元的情況，認(rèn)為一個(gè)像元X應(yīng)該只屬于一個(gè)類(lèi)別。由于這個(gè)類(lèi)別是未知的，我們只有找到屬于每一類(lèi)的可能性，然后比較他們的大小，

第四十七頁(yè)，共五十二頁(yè)。哪一種類(lèi)別出現(xiàn)的概率大，就把這個(gè)位置的像元?dú)w哪類(lèi)。即如果P(Wi/X)>P(Wj/X)i不等于j；j=1,2,3…,m成立，則X屬于Wi。E、評(píng)價(jià)分類(lèi)結(jié)果執(zhí)行了監(jiān)督分類(lèi)之后，需要對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行，評(píng)價(jià)是對(duì)分類(lèi)結(jié)果的驗(yàn)證。分類(lèi)評(píng)價(jià)的方法有分類(lèi)疊加、定義域值、分類(lèi)重編碼以及精度評(píng)估等。第四十八頁(yè)，共五十二頁(yè)。分類(lèi)疊加：就是將分類(lèi)圖象與原始圖象同時(shí)在一個(gè)視窗中打開(kāi)，將分類(lèi)專(zhuān)題層置于上層，通過(guò)改變分