第五章遙感圖象目視解譯與制圖B=遙感概論=寧夏大學(xué)

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。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。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)域和專業(yè)從遙感信息中獲取不同的地學(xué)信息。第一節(jié)遙感圖象目視解譯原理不論哪種專業(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。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）。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。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。根據(jù)物體體的大小小還可以以推斷物物體的屬屬性，比比如湖泊泊和池塘塘就可根根據(jù)他們們的大小小來(lái)區(qū)別別。7、位置置（site））：指目目標(biāo)地物物分布的的地點(diǎn)。。位置有絕絕對(duì)位置置和相對(duì)對(duì)位置，，絕對(duì)位位置為所所在的經(jīng)經(jīng)緯度，，依據(jù)地地物相對(duì)對(duì)位置可可以為地地物判讀讀提供依依據(jù)，根根據(jù)農(nóng)田田與水渠渠的相對(duì)對(duì)位置可可以判讀讀農(nóng)田為為水澆地地或旱地地。8、圖型型（pattern））：地物物有規(guī)律律排列而而成的圖圖形結(jié)構(gòu)構(gòu)，也叫叫組合圖圖案。如如住宅區(qū)區(qū)建筑群群在圖象象上的街街區(qū)圖型型，農(nóng)田田與周邊邊防護(hù)林林構(gòu)成的的圖型，，它由形形狀、大大小、色色調(diào)、紋紋理等影影象特征征組合而而成。9、相關(guān)關(guān)布局（（Association））：多個(gè)個(gè)地物之之間的空空間配置置關(guān)系。。地面物物體的分分布存在在一定的的相關(guān)性性，依據(jù)據(jù)空間布布局可以以推斷地地物的屬屬性。如如學(xué)校和和操場(chǎng)。。判讀時(shí)要要靈活運(yùn)運(yùn)用這些些判讀標(biāo)標(biāo)志，根根據(jù)地物物色、形形、位的的差異進(jìn)進(jìn)行分析析解譯。。在這些解解譯標(biāo)志志中，色色調(diào)、大大小、形形狀、陰陰影、顏顏色、紋紋理、圖圖型是直直接判讀讀標(biāo)志，，位置和和相關(guān)布布局是間間解判讀讀標(biāo)志。。自學(xué)題目目1、比較較可見(jiàn)光光黑白像像片與黑黑白紅外外像片的的差異。。2、比較較天然彩彩色像片片與彩色色紅外像像片的差差異。3、熱紅紅外像片片的解譯譯標(biāo)志與與可見(jiàn)光光和近紅紅外像片片的解譯譯標(biāo)志有有什么不不同。4、比較較MSS影象與與TM影影象的異異同點(diǎn)。。5、比較較TM影影象與SPOT影象的的異同點(diǎn)點(diǎn)。6、航空空像片與與衛(wèi)星圖圖象在圖圖象特征征與解譯譯判讀時(shí)時(shí)的異同同點(diǎn)。7、微波波影象與與航片的的色調(diào)在在形成原原理與表表現(xiàn)上有有何差異異。8、概述述遙感圖圖象目視視解譯的的原則、、方法與與基本步步驟。第二節(jié)遙遙感感制圖航空像片片——地地形圖一、遙感感影象地地圖（一）定定義———以遙感感影象和和一定的的地圖符符號(hào)來(lái)表表現(xiàn)制圖圖對(duì)象地地理空間間分布和和環(huán)境狀狀況的地地圖1）圖面面內(nèi)容為為影象2）具有有一定地地圖符號(hào)號(hào)（行政政界線、、文字注注記、比比例尺、、等高線線等）遙感影象象圖與地地形圖的的復(fù)合因此具有有影象與與地圖的的雙重優(yōu)優(yōu)勢(shì)。如航空像像片經(jīng)投投影改造造成的正正射影象象地圖，，可用于于城市發(fā)發(fā)展和工工程建設(shè)設(shè)的需要要；用衛(wèi)衛(wèi)星圖象象制作的的衛(wèi)星遙遙感影象象地圖（（1：100萬(wàn)萬(wàn)或1：：400萬(wàn)），，反映國(guó)國(guó)家或區(qū)區(qū)域的地地理環(huán)境境。（二）特特點(diǎn)1、豐富富的信息息量以影象為為內(nèi)容，，沒(méi)有信信息空白白區(qū)域，，信息量量超過(guò)普普通地圖圖。2、直觀觀形象性性能夠直觀觀形象地地反映地地勢(shì)的起起伏、河河流蜿蜒蜒曲折的的形態(tài)，，增加可可讀性。。3、具有一一定的數(shù)學(xué)學(xué)基礎(chǔ)經(jīng)過(guò)幾何校校正與投影影糾正，比比例尺保持持一致，且且每個(gè)像元元都有自己己的坐標(biāo)，，可進(jìn)行量量測(cè)。4、現(xiàn)勢(shì)性性強(qiáng)獲取地面信信息快，成成圖周期短短，能迅速速反映制圖圖區(qū)域的當(dāng)當(dāng)前狀況，，尤其對(duì)于于沼澤地、、沙漠、崇崇山峻嶺等等人跡罕至至地區(qū)利用用遙感影象象制作影象象地圖，更更能顯示其其優(yōu)越性。。（三）新型型影象地圖圖1、電子影影象地圖2、多媒體體影象地圖圖3、立體全全息影象地地圖二、計(jì)算機(jī)機(jī)輔助遙感感制圖（一）定義義：在計(jì)算算機(jī)系統(tǒng)支支持下，根根據(jù)地圖制制圖原理，，應(yīng)用數(shù)字字圖象處理理技術(shù)和數(shù)數(shù)字地圖編編輯加工技技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)遙感影象象地圖制作作和成果表表現(xiàn)的技術(shù)術(shù)方法。20世紀(jì)70年代發(fā)發(fā)展起來(lái)的的新方法，，它是遙感感數(shù)字圖象象處理和數(shù)數(shù)字制圖等等技術(shù)的結(jié)結(jié)合，與常常規(guī)制作方方法相比，，改善了制制圖條件，，革新了編編制工藝，，提高了圖圖象符號(hào)配配置的靈活活性，縮短短了成圖周周期，降低低了勞動(dòng)強(qiáng)強(qiáng)度。硬件：計(jì)算算機(jī)、掃描描儀、數(shù)字字化儀、噴噴墨打印機(jī)機(jī)、繪圖儀儀軟件：影象象地圖制作作過(guò)程復(fù)雜雜，軟件的的類型和功功能也多種種多樣，從從遙感影象象和底圖輸輸入、圖象象處理、數(shù)數(shù)字地圖編編輯、地圖圖整飾、印印刷打印等等各個(gè)環(huán)節(jié)節(jié)都有相應(yīng)應(yīng)的軟件支支持。（二）基本本過(guò)程1、遙感影影象信息選選取與數(shù)字字化根據(jù)制圖要要求，選擇擇適合時(shí)相相、適合波波段的指定定地區(qū)的遙遙感影象，，若需要多多景數(shù)據(jù)，，則最好選選取同一顆顆衛(wèi)星的產(chǎn)產(chǎn)品，制圖圖區(qū)域不應(yīng)應(yīng)有云或云云量小于10%。若是航片，，則需要數(shù)數(shù)字化，一一般300DPI。。2、地理基基礎(chǔ)底圖的的選取與數(shù)數(shù)字化一般選取地地形圖1）采用地地形圖對(duì)遙遙感影象進(jìn)進(jìn)行幾何糾糾正2）抽取地地形圖上的的一些要素素添加到影影象圖上。。3、遙感影影象幾何糾糾正與圖象象處理根據(jù)控制點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)行糾正正，控制點(diǎn)點(diǎn)盡量選取取永久性地地物，如大大路交叉點(diǎn)點(diǎn)、大橋、、水壩等，，同名地物物控制點(diǎn)編編號(hào)要一致致。4、遙感影影象鑲嵌與與地理基礎(chǔ)礎(chǔ)底圖拼接接影象鑲嵌利利用相鄰影影象中同名名地物點(diǎn)作作為配準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)，要求影影象投影相相同，比例例尺一致，，時(shí)相一致致，有足夠夠的重疊區(qū)區(qū)域。地形圖拼接接可利用GIS的地地圖拼接功功能，利用用地形圖四四角的地理理坐標(biāo)進(jìn)行行拼接。5、地理基基礎(chǔ)底圖與與遙感影象象復(fù)合6、生成符符號(hào)注記層層符號(hào)：行政政區(qū)劃界線線、城市、、縣城、鄉(xiāng)鄉(xiāng)村符號(hào)等等注記：是對(duì)對(duì)地物屬性性的補(bǔ)充說(shuō)說(shuō)明符號(hào)注記生生成新的圖圖層，與影影象圖疊加加后，提高高影象地圖圖的可讀性性。7、影象地地圖圖面配配置包包括括1）影象地地圖放置的的位置2）添加影影象標(biāo)題3）配置圖圖例4）放置比比例尺5）配置指指北箭頭6）邊框生生成8、遙感影影象地圖制制作與印刷刷將影象圖、、符號(hào)注記記圖層、圖圖面配置圖圖層配準(zhǔn)后后打印。第三節(jié)遙遙感數(shù)字字圖象分類類一、定義：：圖象分類就就是對(duì)圖象象上每個(gè)像像素按照亮亮度接近程程度給出對(duì)對(duì)應(yīng)類別，，以達(dá)到大大致區(qū)分遙遙感圖象中中多種地物物的目的。。二、統(tǒng)計(jì)變變量：進(jìn)行分類的的統(tǒng)計(jì)特征征變量可以以直接是原原始圖象的的光譜特征征值，或者者是經(jīng)過(guò)主主成分分析析后獲得的的特征值。。主成分變換換：把互相相存在相關(guān)關(guān)性的原始始多波段遙遙感影象轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為相互互獨(dú)立的多多波段新圖圖象，而且且使原始圖圖象的絕大大部分信息息集中在變變換后的前前幾個(gè)組分分構(gòu)成的圖圖象上，實(shí)實(shí)現(xiàn)特征空空間降維和和壓縮的目目的。三、相似度度：兩類模式式的相似程程度，遙感感圖象計(jì)算算機(jī)分類的的依據(jù)是遙遙感圖象像像素的相似似度，在遙遙感圖象分分類過(guò)程中中，常使用用距離和相相關(guān)系數(shù)來(lái)來(lái)衡量相似似度。（一）距離離度量特征空空間中的距距離經(jīng)常采采用以下幾幾種算法：：1、絕對(duì)值值距離——像元k到類別I的距離；；n——總波波段數(shù)；Mij———均值；?Xkj——k像元在j波段的亮亮度值；?i——類類別號(hào)；j—波段段序號(hào)；2、歐幾里里德距離（（歐氏距離離）：兩點(diǎn)點(diǎn)之間的直直線距離。。3、馬氏距距離采用距離衡衡量相似度度時(shí)，距離離越小相似似度越大。。（二）相關(guān)關(guān)系數(shù)相關(guān)系數(shù)是是指像素間間的關(guān)聯(lián)程程度，采用用相關(guān)系數(shù)數(shù)衡量相似似度時(shí)，相相關(guān)系數(shù)越越大，相似似度越大，，相關(guān)系數(shù)數(shù)越小，相相似度越小小。四、分類方方法遙感圖象的的計(jì)算機(jī)分分類方法包包括監(jiān)督分分類和非監(jiān)監(jiān)督分類。。（一）非監(jiān)監(jiān)督分類（（UnsupervisedClassification））1、定義：在在沒(méi)有先驗(yàn)驗(yàn)類別作為為樣本的條條件下，即即事先不知知道類別特特征，主要要根2、分類過(guò)過(guò)程A、確定初初始類別參參數(shù)，即確確定最初類類別數(shù)和類類別中心（（亮度平均均值）；B、計(jì)算每每一個(gè)像元元所對(duì)應(yīng)的的特征值與與各類別中中心的距離離；C、選與中中心距離最最短的類別別作為這一一像元的所所屬類別；；D、計(jì)算新新的類別亮亮度平均值值；E、比較新新的類別均均值與原平平均值的變變化，若發(fā)發(fā)生變化，，則以新的的類別均值值作為聚類類中心，再再?gòu)牡诙讲介_(kāi)始重復(fù)復(fù)，進(jìn)行反反復(fù)迭代操操作；F、如果聚類中中心（平均值值）不再變化化，計(jì)算停止止。如ERDASIMAGINE使用ISODATA方法（IterativeSelf-OrganizingDataAnalysisTechniquesAlgorthm），稱為“迭代自組織數(shù)數(shù)據(jù)分析技術(shù)術(shù)”，聚類過(guò)程始始于任意聚類類平均值或一一個(gè)已有分類類模板的平均均值；聚類每每重復(fù)一次，，聚類的平均均值就更新一一次，新聚類類的均值再用用于下一個(gè)聚聚類循環(huán)。這這樣不斷重復(fù)復(fù)，直到最大大的循環(huán)次數(shù)數(shù)已達(dá)到設(shè)定定閾值或者兩兩次聚類結(jié)（二）監(jiān)督分分類（SupervisedClassification）：1、定義：首先需要從從研究區(qū)域選選取有代表性性的訓(xùn)練場(chǎng)地地作為樣本。。根據(jù)已知訓(xùn)訓(xùn)練區(qū)提供的的樣本，通過(guò)過(guò)選擇特征參參數(shù)（如像素素亮度均值、、方差等），，建立判別函函數(shù)，據(jù)此對(duì)對(duì)樣本像元進(jìn)進(jìn)行分類，依依據(jù)樣本類別別的特征來(lái)識(shí)識(shí)別非樣本像像元的歸屬類類別。監(jiān)督分類最基基本的特點(diǎn)是是在分類前人人們對(duì)遙感圖圖象上某些抽抽樣區(qū)地物的的類別屬性已已有了先驗(yàn)知知識(shí)，先驗(yàn)知知識(shí)可以來(lái)自自野外的實(shí)地地考察、也可可參照其他的的文字或圖面面資料或是圖圖象處理者本本人的經(jīng)驗(yàn)等等。2、分類過(guò)程程以ERDASIMAGINE對(duì)延安寶塔區(qū)區(qū)進(jìn)行土地利利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)測(cè)為例。A、根據(jù)先驗(yàn)驗(yàn)知識(shí)確定要要分的類別數(shù)數(shù)。在本例中，通通過(guò)野外考察察，確定土地地利用類別為為14個(gè)，分分別為旱地、、居民地及工工礦用地、果果園、有林地地、水面、灌灌木、天然或或人工草地、、裸巖、荒草草地、水田、、菜地、沙地地、沼澤、民民用機(jī)場(chǎng)。B、定義分類類模板ERDASIMAGINE的監(jiān)督督分類是基于于分類模板來(lái)來(lái)進(jìn)行的，分分類模板的生生成、管理、、評(píng)價(jià)和編輯輯等功能是由由分類模板編編輯器來(lái)完成成的。在分類模板編編輯器中，用用鼠標(biāo)勾畫(huà)典典型區(qū)域，每每個(gè)土地類型型要求多個(gè)采采樣點(diǎn)，當(dāng)全全部類型采集集完成后，把把模板中每一一類的多個(gè)樣樣本值進(jìn)行合合并，這樣得得到每一類一一個(gè)新的綜合合的光譜特征征值，作為該該類的特征值值。C、評(píng)價(jià)分類類模板在對(duì)遙感影象象做全面分類類之前，我們們對(duì)所選的訓(xùn)訓(xùn)練區(qū)樣本以以及由訓(xùn)練區(qū)區(qū)樣本所建立立的判別函數(shù)數(shù)是否有效等等問(wèn)題并無(wú)足足夠的把握，，因此在全面面分類前要進(jìn)進(jìn)行分類模板板的評(píng)價(jià)，即即用訓(xùn)練區(qū)的的樣本進(jìn)行試試分類。分類模板評(píng)價(jià)價(jià)工具包括分分類預(yù)警、可可能性矩陣、、特征對(duì)象、、特征空間到到空間掩膜、、直方圖法、、分類統(tǒng)計(jì)分分析等。以可能性矩陣陣為例，它主主要是分析訓(xùn)訓(xùn)練區(qū)的像元元是否完全落落在相應(yīng)的類類別中。其輸輸出結(jié)果是一一個(gè)百分比矩矩陣，說(shuō)明每每個(gè)訓(xùn)練區(qū)中中有多少個(gè)像像元分別屬于于相應(yīng)的類別別。如果誤差差矩陣值小于于85%，則則模板需要重重新建立。D、執(zhí)行計(jì)算算機(jī)自動(dòng)分類類根據(jù)建立的分分類模板，在在一定的分類類決策規(guī)則條條件下，對(duì)圖圖象像元進(jìn)行行分類判斷。。用于分類決決策的規(guī)則即即各種分類判判別函數(shù)。選選擇了判別函函數(shù)及其相應(yīng)應(yīng)的準(zhǔn)則后，，就可執(zhí)行計(jì)計(jì)算機(jī)自動(dòng)分分類。最大似然比分分類最大似然比分分類是應(yīng)用最最廣泛的監(jiān)督督分類方法，，分類精度較較高，其前提提條件是認(rèn)為為每一類的概概率密度分布布都是正態(tài)分分布。其判別函數(shù)由由條件概率P(Wi/X)(i=1,2,3…m)來(lái)來(lái)決定，Wi代表第i個(gè)個(gè)類別，P表表示X（X=(x1,x2,┄xn)T,n為為波段數(shù)）為為Wi類的概概率是多少。。這里不考慮混混合像元的情情況，認(rèn)為一一個(gè)像元X應(yīng)該只屬于一一個(gè)類別。由由于這個(gè)類別別是未知的，，我們只有找找到屬于每一一類的可能性性，然后比較較他們的大小小，哪一種種類別別出現(xiàn)現(xiàn)的概概率大大，就就把這這個(gè)位位置的的像元元?dú)w哪哪類。。即如果果P(Wi/X)>P(Wj/X)i不等等于j；；j=1,2,3…,m成立，，則X屬于于Wi。E、評(píng)評(píng)價(jià)分分類結(jié)結(jié)果執(zhí)行了了監(jiān)督督分類類之后后，需需要對(duì)對(duì)分類類結(jié)果果進(jìn)行行，評(píng)評(píng)價(jià)是是對(duì)分分類結(jié)結(jié)果的的驗(yàn)證證。分類評(píng)評(píng)價(jià)的的方法法有分分類疊疊加、、定義義域值值、分分類重重編碼碼以及及精度度