遙感數(shù)字圖像計算機解譯(105)課件

1、第六章 遙感數(shù)字圖像的計算機解譯本章要點遙感數(shù)字圖像的性質(zhì)與特點遙感數(shù)字圖像的自動分類遙感圖像多種特征的抽取遙感圖像解譯專家系統(tǒng)遙感原理1遙感數(shù)字圖像計算機解譯以遙感數(shù)字圖像為研究對象,在計算機系統(tǒng)支持下,綜合運用地學(xué)分析、遙感圖像處理、模式識別人工智能技術(shù)，實現(xiàn)地學(xué)專題信息的智能化獲取。 是將人工目視解譯遙感圖像發(fā)展為計算機支持下的遙感圖像理解。遙感原理2計算機解譯難度大：高空成像，噪聲大，需盡可能準(zhǔn)確地從場景中獲取目標(biāo)物；信息“擁擠”不同地物間的干擾大；遙感地域性季節(jié)性和不同的成像方式增加了遙感解譯的難度。遙感原理31、數(shù)字圖像的性質(zhì)和特點遙感數(shù)字圖像遙感數(shù)字圖像是以數(shù)字表示的遙感圖像,其

2、最基本的單元是像素.像素是成像過程的采樣點,也是計算機處理圖像的最小單元. 像素具有空間特征和屬性特征.像素的屬性特征采用亮度值來表達.正像素、混合像素遙感原理41、數(shù)字圖像的性質(zhì)和特點 二、遙感數(shù)字圖像的特點便于計算機處理與分析圖像信息損失少抽象性強遙感原理51、數(shù)字圖像的性質(zhì)和特點 三 .遙感數(shù)字圖像的表示方法遙感數(shù)字圖像是以二維數(shù)組來表示的.遙感原理61、數(shù)字圖像的性質(zhì)和特點遙感圖像按照波段數(shù)量分為:單波段數(shù)字圖像:SPOT 的全色波段.多波段數(shù)字圖像:TM的7個波段數(shù)據(jù).多波段數(shù)字圖像的存儲和分發(fā)，常采用三種數(shù)據(jù)格式BSQ格式(Band sequential)BIP格式(Band in

3、terleaved by pixel)BIL格式(Band interleaved by line)遙感原理7BSQ數(shù)據(jù)格式：是一種按波段順序依次排列的數(shù)據(jù)格式。遵循以下規(guī)律：第一波段位居第一，第二波段位居第二.第一波段中，數(shù)據(jù)依據(jù)行號順序依次排列，每一行內(nèi)，數(shù)據(jù)按像素號順序排列；遙感原理8遙感原理9BIP 數(shù)據(jù)格式：每個像元按波段次序交叉排列。遵循以下規(guī)律：第一波段第一行第一個像素位居第一位，第二波段第一行第一個像素位居第二，第三波段第一行第一個像素位居第三，第n波段第一行第一個像素位居第n位；然后，為第一波段第一行第二個像素為居第n+1位，第二波段第一行第二個像素，位居第二位，其余數(shù)據(jù)排列

4、位置依次類推。遙感原理10遙感原理11BIL數(shù)據(jù)格式：是逐行按波段次序排列的格式。 遵循以下規(guī)律：第一波段第一行第一個像素位居第一位，第一波段第一行第二個像素位居第二位，第一波段第一行第三個像素位居第三位，第一波段第一行第n個像素位居第n位，第二波段第一行第一個像素，它位居第n+1位，第二波段第一行第二個像素，它位居第n+2位。依次類推。 遙感原理12遙感原理131、數(shù)字圖像的性質(zhì)和特點四.航空像片的數(shù)字化空間采樣：將航空像片具有的連續(xù)灰度信息轉(zhuǎn)化為每行有m個單元，每列有n個單元的像素組合。屬性量化：可得到每個像元的數(shù)字模擬量，與航空像片中對應(yīng)位置上的灰度相對應(yīng)。遙感原理142、遙感圖像的計算

5、機分類遙感原理15一、分類原理與基本過程是模式識別技術(shù)在遙感領(lǐng)域中的具體應(yīng)用.遙感圖像分類的依據(jù)：是地物的光譜特征.分類是對圖像上每個像素按照亮度接近程度給出對應(yīng)類別，以達到大致區(qū)分遙感圖像中多種地物的目的。遙感圖像計算機分類遙感圖像像素的相似度。常使用距離和相關(guān)系數(shù)來衡量相似度。采用距離衡量相似度時，距離越小相似度越大。采用相關(guān)系數(shù)衡量相似度時，相關(guān)程度越大，相似度越大。見P194-195遙感原理16遙感圖像計算機分類方法監(jiān)督分類法：選擇具有代表性的訓(xùn)練場地作為樣本. 用訓(xùn)練區(qū)中已知地面各類地物樣本的光譜特性來“訓(xùn)練”計算機，獲得識別各類地物的判別函數(shù)或模式，并以此對未知地區(qū)的像元進行分類處

6、理，分別歸入到已知的類別中。非監(jiān)督分類：是在沒有先驗類別（訓(xùn)練場地）作為樣本的條件下，即事先不知道類別特征，主要根據(jù)像元間相似度的大小進行歸類合并（即相似度的像元歸為一類）的方法。遙感原理17與監(jiān)督分類相比，非監(jiān)督分類具有下列優(yōu)點：不需要對被研究的地區(qū)有事先的了解，對分類的結(jié)果與精度要求相同的條件下，在時間和成本上較為節(jié)省,但實際上,非監(jiān)督分類不如監(jiān)督分類的精度高，所以監(jiān)督分類使用的更為廣泛。遙感原理18二、圖像分類方法 1、監(jiān)督分類 （1）、最小距離分類法Step 2 for eachunclassified pixel,calculate the distance toaverage fo

7、r each trainingarea遙感原理19二、圖像分類方法 1、監(jiān)督分類 （1）、最小距離分類法 最近鄰域分類法 Nearest Neighbour Defines a typical pixel for each classAssigns pixels on the basis of spectral distanceCan separate diverse classesBoundary problems remain unresolved遙感原理20二、圖像分類方法 1、監(jiān)督分類最小距離法沒有考慮到各類別在不同波段的內(nèi)部方差，以及不同類別其直方圖重疊部分的頻率分布。 （2）、最大

8、似然比分類法(Maximum Likelihood) 通過求出每個像素對于各類別的歸屬概率，把該像素分到歸屬概率最大的類別中去的方法。遙感原理21二、圖像分類方法 1、監(jiān)督分類 （3）、最大似然比分類法(Maximum Likelihood)遙感原理22二、圖像分類方法 2、非監(jiān)督分類 （1）、分級集群法確定評價各樣本相似程度所采用的指標(biāo);初定分類總數(shù)；計算樣本間的距離，據(jù)距離最近的原則判定樣本歸并到不同類別；歸并后的類別作為新類，與剩余的類別重新組合，然后再計算并改正其距離。直到所有像素都歸入到各類別中去遙感原理23二、圖像分類方法3、監(jiān)督分類與非監(jiān)督分類方法比較1).根本區(qū)別在于是否利用訓(xùn)

9、練場地來獲取先驗的類別知識監(jiān)督分類的關(guān)鍵是選擇訓(xùn)練場地。訓(xùn)練場地要有代表性，樣本數(shù)目要能夠滿足分類要求。此為監(jiān)督分類的不足之處。非監(jiān)督分類不需要更多的先驗知識，據(jù)地物的光譜統(tǒng)計特性進行分類。當(dāng)兩地物類型對應(yīng)的光譜特征差異很小時，分類效果不如監(jiān)督分類效果好。2)、監(jiān)督分類先確認類別，后訓(xùn)練、分類；非監(jiān)督分類先訓(xùn)練、分類，再確認類別。遙感原理24三、圖像分類中的有關(guān)問題 1、未充分利用遙感圖像提供的多種信息 只考慮多光譜特征，沒有利用到地物空間關(guān)系、圖像中提供的形狀和空間位置特征等方面的信息。 統(tǒng)計模式識別以像素為識別的基本單元,未能利用圖像中提供的形狀和空間位置特征,其本質(zhì)是地物光譜特征分類.水

10、體的分類. 遙感原理25遙感原理26三、圖像分類中的有關(guān)問題2、提高遙感圖像分類精度受到限制大氣狀況的影響：吸收、散射。下墊面的影響：下墊面的覆蓋類型和起伏狀態(tài)對分類具有一定的影響。其他因素的影響：云朵覆蓋；不同時相的光照條件不同，同一地物的電磁輻射能量不同；地物邊界的多樣性。遙感原理273、遙感圖像多種特征的抽取一、地物邊界跟蹤法點狀地物與面狀地物的邊界跟蹤線狀地物信息檢測與跟蹤二、形狀特征描述與提取地物形狀特征的描述地物形態(tài)特征的提取遙感原理283、遙感圖像多種特征的抽取 三、地物空間關(guān)系特征描述與提取不同地物之間的空間關(guān)系：方位關(guān)系、包含關(guān)系、相鄰關(guān)系、相交關(guān)系、相貫關(guān)系?？臻g關(guān)系特征提

11、取與描述（1）方位關(guān)系的提?。?）包含關(guān)系特征提取與描述（3）相鄰關(guān)系特征抽?。?）相交關(guān)系特征抽?。?）相關(guān)關(guān)系特征的提取遙感原理294、遙感圖像專家解譯系統(tǒng) 專家系統(tǒng)：把某一特定領(lǐng)域的專家知識與經(jīng)驗形式化后輸入到計算機中，由計算機模仿專家思考問題與解決問題，是代替專家解決專業(yè)問題的技術(shù)系統(tǒng)。遙感圖像解譯專家系統(tǒng)的組成：圖像處理與特征提取子系統(tǒng)遙感圖像解譯知識獲取子系統(tǒng)遙感圖像解譯專家系統(tǒng)的機理遙感原理304、遙感圖像專家解譯系統(tǒng)一、遙感圖像解譯專家系統(tǒng)的組成1、圖像處理與特征提取子系統(tǒng)：包括圖像處理、地形圖數(shù)字化、精糾正、特征提取，結(jié)果存貯在遙感數(shù)據(jù)庫內(nèi)。2、遙感圖像解譯知識獲取系統(tǒng)：獲取

12、遙感圖像解譯專家知識，并把專家知識形式化表示，存貯在知識庫中。3、狹義的遙感圖像解譯專家系統(tǒng)遙感原理314、遙感圖像專家解譯系統(tǒng)二、圖像處理與特征提取子系統(tǒng)1、圖像處理：圖像濾波可消除圖像的噪聲；圖像增強可突出目標(biāo)物體與背景的差異；大氣糾正可消除大氣散射、霧霽等影響；幾何精校正后的數(shù)字影像可與專題圖精確復(fù)合；2、分類與特征提取子系統(tǒng) 從圖像中抽取光譜特征、圖像特征和空間特征，為專家系統(tǒng)進行推理、判斷及分析提供依據(jù)。 遙感原理324、遙感圖像專家解譯系統(tǒng)三、遙感圖像解譯知識獲取子系統(tǒng)1、遙感圖像解譯知識獲取系統(tǒng)的主要功能是知識獲取.2、知識獲取有三個層次:增加遙感解譯新知識發(fā)現(xiàn)原有錯誤知識,修改

13、或補充新知識根據(jù)解譯結(jié)果,自動總結(jié)經(jīng)驗，修改錯誤知識,增加新知識.4、遙感圖像解譯描述性知識可以采用框架式方法表示框架知識表示方法的特點5、過程性知識采用產(chǎn)生式規(guī)則知識表示方法產(chǎn)生式規(guī)則的特點遙感原理334、遙感圖像專家解譯系統(tǒng)四、遙感圖像解譯專家系統(tǒng)的機理1、遙感圖像數(shù)據(jù)庫包括遙感圖像數(shù)據(jù)和每個地物單元的不同特征，由數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)管理。2、解譯知識庫包括專家解譯知識和背景知識，由知識庫管理系統(tǒng)管理。3、推理機采用正向推理和反向推理相結(jié)合的方式進行遙感圖像解譯。 推理機具有兩種運行形式 咨詢式：用戶和系統(tǒng)進行人機對話，解譯系統(tǒng)根據(jù)用戶提供的區(qū)域信息和任務(wù)要求，完成遙感圖像解譯。隱蔽式：解譯過程中

14、圖像數(shù)據(jù)同解譯知識的結(jié)合在專家系統(tǒng)內(nèi)部進行。數(shù)據(jù)的傳遞、知識的調(diào)用都在系統(tǒng)內(nèi)部獨立完成遙感原理344、遙感圖像專家解譯系統(tǒng)五、計算機解譯的主要技術(shù)發(fā)展趨勢1、抽取遙感圖像多種特征對高分辨率衛(wèi)星圖像的自動解譯來說，一般分別對目標(biāo)地物采用低、中、高三個層次進行特征抽取和表達。 低層次的對象是像素，每個像素對應(yīng)的 數(shù)值是該地物波譜特征的表征； 中層次主要抽取和描述目標(biāo)的形態(tài)、紋理等空間特征； 高層次主要抽取和描述識別目標(biāo)與相鄰地物之間的空間關(guān)系。遙感原理354、遙感圖像專家解譯系統(tǒng)2、逐步完成GIS各種專題數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，利用GIS數(shù)據(jù)減少自動解譯中的不確定性 GIS數(shù)據(jù)庫在計算機自動解譯中發(fā)揮以下重要作用：（1）對遙感圖像進行輻射校正，消除或降低地形差異的影響；（2）作為解譯的直接證據(jù)，增加遙感圖像的信息量；（3）作為解譯的輔助證據(jù)，減少自動解譯中的不確定性；（4）作為解譯結(jié)果的檢驗數(shù)據(jù)，降低誤判率。遙感原理364、遙感圖像專家解譯系統(tǒng)3、建立適用于遙感圖像自動解譯的專家系統(tǒng)，提高自動解譯的靈活性 需要從以下兩方面開展工作：建立解譯知識庫和背景知識庫。 解譯知識庫是遙感圖像解譯認識和經(jīng)驗經(jīng)形式化后記錄在貯存 介質(zhì)上的。背景知識庫是有關(guān)遙感解譯背景知識與經(jīng)驗的集合，以地學(xué)知識為主。 根據(jù)遙感圖像解譯的特點來構(gòu)造專家系統(tǒng)。遙感原理374、遙感圖像專家解