第七章 遥感影像目视判读.pdf

第七章遥感图像判读判读：对遥感图像上的各种特征进行综合分析、比较、推理和判断，最 后提取出所感兴趣的信息。1、景物特征与判读标志2、遥感影像判读的一般过程3、典型影像判读举例7-1景物特征和判读标志一景物特征光谱特征极化特征影像 特征景物的这些特征在图像上以灰度变化的形 式表现出来，因此图像的灰度是以上特征的 函数：.（一）光谱特征及其判读标志 光谱特性曲线用反射率与波长的关系表示响应曲线用密度或亮度值与波段的关系表示波谱响应曲线一致 光谱特性曲线判读标志波段色调与色彩对不同类型的遥感图像其意义是不一样的(1)可见光黑白图像(2)可见光彩色图像(3)非可见光遥感图像热红外图像上色调差别是物体辐射温 度的差别侧视雷达图像上色调差别是表示物体 反射微波能量的大小多光谱图像对彩色物体的色调判读，要按反射率的强弱与波长之间的关系来 定。（二）空间特征及其判读标志由不同的色调表现出来形状、大小、图形、阴影、位置、纹理、类型形状指各种地物的外形、轮廓大小地物的尺寸、面积、体积图形自然或人造复合地物所构成的图案图案指地物的某种组合,可以是同类地物的组合,也 可以是不同类地物的组合，它与纹理的主要区别在于前 者重复出现。如水系可以看成是一种图案。五角大楼QuickBird影像4阴影表示了地物隆起的高度,又显示了地物侧面形状。阴影对不同类型的遥感图像意义不同(1)可见光范围内的阴影可见光范围内的阴影可以分为:本影:地物未被阳光直接照射部分的图像 落影:目标投落在地面的影子的图像(2)热红外图像上的阴影一般由温度较低的地物所致(3)雷达图像盲区可产生阴影位置地物存在的地点和所处的环境例如处在阳坡、阴坡的树，可能长势不同或品种不同。纹理图像上细部结构以一定频率重复出现,是单一特征的集合。SI-OP990P80 LP900PZ90PED OP800 P900PMOPO5OP560 P950 PLOOP2003.2.11 麦力口QuickBird-2 影像类型各大类别组成类型如水系类型、地貌类型、地质构造类 型、土壤类型、土地利用类型等。水系影像根据水系影像勾绘的图形（a）线性构造（b）多字型构造（c）山字型构造（d）弧型构造（e）环型构造图7-1-2地质线性构造类型阴影对不同类型的遥感图像意义不同(1)可见光范围内的阴影可见光范围内的阴影可以分为本影和落影。本影 指地物未被阳光直接照射部分的图像,落影指目标 投落在地面的影子的图像。(2)热红外图像上的阴影一般由温度较低的地段所致(3)雷达图像盲区可产生阴影从空间特征角度去判读时，应充分考 虑它们的投影特性。传感器成像的几何投影特性影响也很 大。不同的传感器图像变形不同松遥感构像规律地物波谱特性 用木要拿色调/彩色复杂程度单一地物空间特性色淌:彩色代 空间为同大小形状纹理简单图型高度阴影中等生物地 学规律位置关系变化复杂，I)与生物地学规律的关系（三）时间特征及其判读标志景物的时间特征在图像上以光谱特征 及空间特征的变化表现出来。同一春小麦在不同生长期的反射波谱特性曲线武河三角洲岸线变迁图1M432遥感影像(1976s 1984、1991、1999)海岸线演变过程(19762。00)随着植物出芽、生长、景观会发生很大变化。茂盛、枯黄的自然生长过程,二判读标志1直接判读标志直接反映和表现目标地物信息的各种 特征。包括遥感摄影像片上目标地物大小、形状、阴影、色调、纹理、图型和位置 及与周围的关系等。2间接标志间接反映和表现目标地物信息的遥感 影像的各种特征三影响景物特征及其判读的因素1地物本身的复杂性地物种类的繁多；同一大的类别中有 许多亚类、子亚类；各种内在或外部因 素的影响.同物异谱与同谱异物地表特征d工业回 q启民区一14上地质特征栽培的天然的云冰雪形 态耕作地千早水 滂图7-1-5各种地球资源类别的信息树土地利用/覆盖（LULC）USGS（美国地质局测量局）LULC分类体系（三级）：一级：城市或围建的土地农业用地 牧场地 森林地 水体 湿地 贫瘠地 冻土 常年降雪、冰川植物反射特性曲线主要由：叶子的色素细胞结构叶子的稠密程度含水量等因素影响色素的影响主要在040.7pm的可见光 区域.细胞结构的不同，使反射特性改变主要表现 在红外部分。大豆和玉米的叶子内部构造大豆玉米与大豆叶子反射特性曲线7 1 10不同含水量的玉米叶子反射特性曲线16层叠置棉花叶的反射特性曲线(本哥2必0.4 0.6 BO 1.2 1.4 1.6 LB 2.0 2.2 2.4 波长（产tn）树木的反射特性土壤的光谱特性曲线与以下一些因素有关:与其所含水量有机质含量氧化铁含量粘土、砂、粉砂相对百分含量 土壤表面的粗糙度有关8。三种低含水量土壤的反射特性曲线(求)/学史恒展波长41m五种主要土壤光谱类型土壤质地分类三角形几种岩石的反射波谱曲线5 0 5 0 5 02 2 11S5S0.4 0，0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1J波长/|un各种道路的波谱特性也的反射特性变化取决于：水中悬浮泥沙的含量叶绿素浓度天然的和人造物质的注入水的状态水底物质（水较浅时）泥沙含量高达lOOmg/L时的混浊水体，水深超过30cm时，从上方测定水的反射 率，只与水体本身有关，而与水底的各 种特性无关。水中悬浮泥沙含量增大，反射率增高。特别是在黄色和红色光区增高较大，近 红外区也增高。不同叶绿素含量的海水的反射特性曲线叶绿素浓度增加时，蓝色光部分的反射率显著下降，但绿色部分反射率上升，在近红外区的反射率也略有提高。2传感器特性的影响传感器特性对判读标志影响最大的是分辨力(1)空间分辨力瞬时视场内所观察到的地面的大小称空间 分辨力(即每个像元在地面的大小)如TM图像为30mx30m（2）几何分辨力假定像元的宽度为a,则地物宽度在3a（海 拉瓦）或至少在2缶（康内斯尼）时，能被分 辨出来，这个大小称为图像的几何分辨力。(a)(b)(c)图地物大小与空间分辨力的关系(3)辐射分辨力(传感器的探测能力)辐射分辨力是指传感器能区分两种 辐射强度最小差别的能力。辐射分辨力指传感器对于光谱信号强度 差异的敏感程度。它是图象可以 表达的灰度差异，一般用灰度数 来示。即灰度值分级的数目取决 于传感器的辐射分辨率。Bitmap Displays of the Savannah River Thermal Infrared ImagePossibleBits Valuesoriginal 80-25570-12760-6350-3140-1530-720-310-1传感器的输出包括信号和噪声两大 部分。如果信号小于噪声，则输出的是 噪声。如果两个信号之差小于噪声，则在 输出的记录上无法分辨这两个信号。实际输入信号功率要大于或等于26倍 等效噪声功率时，才能分辨出信号来。等效噪声功率NEP=SIN R式中：P输入功率；S输出电压；N一噪 声电压；R一探测率。对于热红外图像，等效噪声功率应换 算成等效噪声温度：ne匣=4.L CF同样当地面温度大于或等于26倍 NEAT时，热红外图像上能分辨出信号来。通道TM1TM2TM3TM4TM5TM6TM7辐射灵 敏度APen%0.8Pen%0.5APen%0.5Pen%0.5Pen%1.0Ten%0.5Ten%2.0等效噪声功率(4)光谱分辨力为光谱探测能力，它包括传感器总的探测波段的宽度、波段数、各波段的波 长范围和间隔。光谱分辨率在遥感中的意义:多波段光谱信息的利用大大开拓了遥感应 用的领域；多波段光谱信息的利用使专题研究中波谱 段的选择针对性越来越强；在图像处理中，多波段光谱信息的的利用 可以提高分析判读效果。(5)时间分辨力指对同一地区重复获取图像所需的时间间隔。时间分辨力愈短的图像，能更详细地 观察地面物体或现象的动态变化。与光谱分辨力一样并非时间越短越好,也需要根据物体的时间特征来选择一定 时间间隔的图像。目视能力的影响人眼目视能力包括空间分辨能力灰阶分辨能力色别与色阶分辨能力人眼的空间分辨能力与：眼睛张角（分辨角）影像离人眼的距离照明条件图像的形状反差等实验证明：正常人眼的分辨角为1,在明视距 离25m处，能分辨相距75|jm的两个点。相当于67线对/mm。人眼在日间分辨力高达0.7而在夜 间晴朗月光103lx的照明下，人眼分辨角 差到17、图像形状如果是线状物体，明 视距离内可分辨50|jm宽的线。解决人眼空间分辨能力的限制造成的 判读困难，可通过放大图像的比例尺，使用光学仪器放大观察的方法来克服。人眼对灰度（亮度）信息的分辨，主要 取决于视网膜上的视杆细胞的灵敏度，一 般人眼能分辨10多级灰阶。解决的办法是对图像进行：反差拉伸进行密度分割黑白发色等人眼视网膜上的视锥细胞能感受蓝、绿、红三原色。上面讲到人眼颜色的分 辨能力比对灰阶的分辨能力强得多，一般 来讲能达50种左右。假如人眼借助密度仪能识别27=128 种灰阶，那么人眼借助仪器识别颜色的 能力可达(27)2=16384种。7-2目视判读的一般过程和方法“图象 分析图1像解译一判读前的准备1、判读员的训练判读员的训练包括判读知识、专业知 识的学习和实践训练两个方面。训练包括：多阅读别人已判读过的遥感图像以及遥感图像与实地对照参与一些典型试验区的判读和分类积累经验 I2搜集充足的资料需收集的资料包括历史资料、统计 资料、各种地图及专题图，以及实况测 定资料和其它辅助资料等等。集中精力对变化的地区和原来资料上没有记载的地区进行判读O3 了解图像的来源、性质和质量什么传感器获取的？什么日期和地点?哪个波段？比例尺、航高、投影性质?等 等。大多卫星遥感像片上印有各种注记，能说明图像的来源、性质等。应清楚了解的是图像的几何分辨力、辐射分辨力、光谱波段的个数和波长区 间、时间重复性、像片的反差、最小灰 度和最大灰度等。例如MSS4波段，对清澈的浅水透射能力较强，可 用于1015m深的湖水和近海的水深探测，对 于描绘浅滩和暗礁很有利MSS5波段用于人文方面的判读较有利，如城 市、道路、新建区、采石场，因红色光散射较 小，有这些地物的地区图像反差较好。MSS-5 对混浊水，如泥沙注入清沏湖水现象显示也很 清楚，还对地貌和地质体的显示较清楚。MSS6和MSS7强调植物、水和陆地的边界以 及土地类型等。4判读仪器和设备放大镜和各种立体镜及计算机屏幕地形图计算机屏幕影像合成、叠加、融合及增强等各 种手段，使影像上的信息显示得特别清 楚，在与地图叠加时可比较和分析，进 行修测和更新，也可直接用鼠标在屏幕 上绘图.二判读的一般过程1、发现目标先大后小，由易入难，由已知到未知,先反差大的目标后反差小的目标，先宏 观观察后微观分析等，并结合专业判读 的目的去发现目标。直接的判读标志+间接判读标志一识别 例如:矿藏的遥感探测，要通过一些地质 构造类型、地貌类型、土壤类型甚至植 物生长的变异状态等间接标志来推断。2、描述目标将描述的标准目标特征，分门别类地 列记下来，形成一览表，即建立判读标 志，作为判读的依据。判读目标特征一览表光谱特征空间特征时间特 征样 区波 段 TM5波 段 TM4波 段 TM3假彩 色合 成像 片形 状纹理大 小结 构位 置阴 影时IW1夏天时IW2冬天图 片落叶林较亮1=50亮1=150暗1=10绿成片状密 集小团粒 状结 构谷地有绿暗 绿湖 水很暗 1=0暗1=5稍亮 1=20滨里 八、面 状平 坦大平地无蓝里蓝八、3、识别和鉴定目标识别：利用已有的资料、对描述的目标特征,结合判读员的经验，通过推理分析（包 括必要的统计分析）将目标识别出来1）对比分析对比分析包括多波段、多时域图像、多类型图像的对比分析和各判读标志的对比分析。2）综合分析综合分析主要应用间接判读标志、已有的 判读资料、统计资料，对图像上表现得很不明 显，或毫无表现的物体、现象进行判读。间接判读标志之间相互制约、相互 依存。根据这一特点，可作更加深入细 致的判读。如:对已知判读为农作物的影像范围，按 农作物与气候、地貌、土质的依赖关系,可以进一步区别出作物的种属3）参数分析参数分析是在空间遥感的同时，测定 遥感区域内一些典型物体（样本）的辐 射特性数据、大气透过率和遥感器响应 率等数据，然后对这些数据进行分析，达到区分物体的目的。鉴定：1）野外选择一些试验场进行鉴定，或用 随机抽样方法鉴定。鉴定后要列出判读 正确与错误的对照表，最后求出判读的 可信度水平2）利用地形图或专用图在确认没有变化,图上可靠的区域对判读结果进行鉴定3）还可以使用一些统计数据加以鉴定。4、清绘和评价目标图上各种目标识别并确认后应清绘成 各种专题图。对清绘出的专题图可量算 各类地物的面积，估算作物产量和清查 资源等，经评价后提出管理、开发、规 划等方面的方案。7-3遥感图像目视判读举例一单波段像片的判读对于单波段的可见光、近红外像片，从其色调 特征和空间特征来分析判读。1黑白像片可结合空间特性来分析2采用图像增强方法如反差增强能使不同亮度地物间的灰度差拉大,区分类别就较容易，对于空间特征可用边缘增强来突显地物的轮廓。3密度分割并用伪彩色技术来增强单波段像片的判薮1Thermal Infrared Roof Moisture Surveya.Oblique view of commercial building.c.Predawn thermal infrared image.d.CAD drawing of probable roof moisture.b.Large-scale vertical aerial photograph.单波段像片的判薮1上海地区2米全色影像苏州市MSS-7卫星图像和经密度分割增强后的伪彩色图像黄海和东海的气象卫星热图像及其密度分割后的伪彩色图像二热红外像片的判读与温度和发射率的大小有直接的关系热红外像片除了关心色调特征和空间特征外，特别要注意其时间特征红外像片0 4 X 12 16 20 24时间/小时图7-3-11 土壤和水一天辐射温度的变化图2凌晨4:00成像图1午后13:00成像三多光谱像片的判读SPOT Band 1(0.5-0,59 pm)greenSPOT Band 2(0.61-0,68 pm)redSPOT Band 3(0,79-0.89 gm)NIR1彩色（假彩色）合成（最佳波段组合）上海地区8米多光谱影像8米分辨率（城市规划）南京市假彩色卫星影像（MSS7、5、图7-3-6假彩色影像湖州市spot5 NDV1波段、第一主成分波段、全色波段合成的影像2地物的光谱响应曲线（少量地物）跟绿波段 以善只（英色）（绿色）水红外波段波段（红色）图7-3-7三种地物的波谱特性外近红草和沥青无法区分，水泥和土壤的色调也十分接近草与水泥的色调又十分相近，无法区分,沥青和土壤的色调也比较接近。D卓）界8（水制）.(土 壤)一2?(?)波段1波段2Ai水泥草.沥青孙m雪峰附近北大河岩群遥感影像解译图野马滩岩体遥感影像解译图黄河三角洲潮沟解译图N2公里黄河三角洲多期影像分类结果对比图黄河三角洲滩涂开发利用现状图四侧视雷达像片的判读1侧视雷达图像的色调与地物特性的关系:1）与入射角有关朝向飞机方向的坡面反射强烈，朝天 顶方向就要弱些，背向飞机方向反射雷 达波很弱，甚至没回波。地形起伏与反射强度的关系几何特征2）与地面粗糙程度有关3）、与地物的电特性有关一切物体的电特性量度是复合介 电常数。这个参数是各种不同物质 的反射率和导电率的一种指标O当然地物的电特性应与其它引起色调 变化的因素结合起来分析。如水面很平 坦时，造成镜面反射，反射波还是很弱。一般金属物体导电率很高，反射雷 达波很强，如金属桥梁、铁轨、铝金属 飞机等。2侧视雷达图像的几何特征和其它特征微波对云层和树木的穿透能力较强西藏东南山区雷达图像2002.8 RADARSAT-1影像28米分辨率ERS-1.影像Cosmo-SkyMed高分辨率雷达图像Cosmo-SkyMed高分辨率雷达图像住宅区Cosmo-Sky Med高分辨率雷达图像Cosmo-Sky Med高分辨率雷达图像低30米分辨率的ERS-1 and ERS-2获得的高程图A：SAR影像分类图C：TM影像D：IRS影像B：SAR影像极化与地物特 性的关系C-Band Radar ImageL-Band Radar Image侧视雷达像片I的判链 I五多时域图像的判读在遥感中利用遥感影像判读和监测地 面的动态变化是十分有效的。利用这种 动态变化还可以进一步识别地面物体的 性质和作定量分析。87-90年87 牛 篇 崩90-95：崇明岛冲淤变化对比图a.棉花苗期不同时间反射光谱曲线 b.棉花不同生育期反射光谱曲线冬小麦各生长阶段的波谱特性棉花等生长日历反射率变化H米叫 花大玉:9 棉#夏问 L2.3.时L a r 504030400 5(X)600 700 8002 iolL