新大遙感地學(xué)分析講義第3章 地物光譜特征與遙感數(shù)字圖像信息提取

第3章地物光譜特征與遙感數(shù)字圖像信息提取不同的地物類型有著不同的光譜特征，因此在利用遙感圖象提取信息時(shí)必須首先了解地物的光譜特征。無(wú)論是航空平臺(tái)還是航天平臺(tái)獲得的遙感圖像數(shù)據(jù)或像片，對(duì)地觀測(cè)的目的是獲得地表目標(biāo)地物的信息，因此，遙感數(shù)字圖象的信息提取是遙感研究的核心內(nèi)容之一。通常來(lái)說，遙感影像信息提取方法主要有目視解譯、數(shù)字圖像信息處理和定量模型研究等方法。第一節(jié)地物光譜特征自然界中任何地物都具有其自身的電磁輻射規(guī)律，如具有反射，吸收外來(lái)的紫外線、可見光、紅外線和微波的某些波段的特性；它們又都具有發(fā)射某些紅外線、微波的特性；少數(shù)地物還具有透射電磁波的特性，這種特性稱為地物的光譜特性。當(dāng)電磁輻射能量入射到地物表面上，將會(huì)出現(xiàn)三種過程：一部分入射能量被地物反射；一部分入射能量被地物吸收，成為地物本身內(nèi)能或部分再發(fā)射出來(lái)，一部分入射能量被地物透射（見圖3-1）。根據(jù)能量守恒定律可得：（3-1）式中：E0為入射的總能量；Eρ為地物的反射能量；Eα為地物的吸收能量；Eτ為地物的透射能量。（3-1）式兩端同除以E0，得：（3-2）令ρ=Eρ/Eο×100%，即地物反射能量與入射總能量的百分率，稱之為反射率；α=Eα/Eο×100%，即地物吸收能量與入射總能量的百分率，稱之為吸收率；τ=Eτ/Eο×100%，即地物透射的能量與入射總能量的百分率，稱之為透射率。則（3-2）式可寫成：（3-3）對(duì)于不透明的地物，透射率τ=0，則（3-3）式可改寫成為：（3-4）（3-4）式表明，對(duì)于某一波段反射率高的地物，其吸收率就低，即為弱輻射體；反之，吸收率高的地物，其反射率就低。圖3-1太陽(yáng)輻射與地表的相互作用一、地物的反射光譜特性不同地物對(duì)入射電磁波的反射能力是不一樣的，通常采用反射率來(lái)表示。當(dāng)電磁輻射能到達(dá)兩種不同介質(zhì)的分界面時(shí)，入射能量的一部分或全部返回原介質(zhì)的現(xiàn)象，稱之為反射。反射的特征可以通過反射率表示，它是波長(zhǎng)的函數(shù)，故稱為光譜反射率r(l)。光譜反射率r(l)被定義為：（3-5）其中，ER(l)為反射能，EI(l)為入射能，反射率r(l)以百分?jǐn)?shù)表示，其值在0～1之間。反射率不僅是波長(zhǎng)的函數(shù)，同時(shí)也是入射角，物體的電學(xué)性質(zhì)（電導(dǎo)、介電、磁學(xué)性質(zhì)等）以及表面粗糙度、質(zhì)地等的函數(shù)。一般地說，當(dāng)入射電磁波波長(zhǎng)一定時(shí)，反射能力強(qiáng)的地物，反射率大，在黑白遙感圖像上呈現(xiàn)的色調(diào)就淺。反之，反射入射光能力弱的地物，反射率小，在黑白遙感圖像上呈現(xiàn)的色調(diào)就深。在遙感圖像上色調(diào)的差異是判讀遙感圖像的重要標(biāo)志。二、地物的發(fā)射光譜特性發(fā)射率任何地物當(dāng)溫度高于絕對(duì)溫度0K時(shí)，組成物質(zhì)的原子、分子等微粒，在不停地做熱運(yùn)動(dòng)，都有向周圍空間輻射紅外線和微波的能力。通常地物發(fā)射電磁輻射的能力是以發(fā)射率作為衡量標(biāo)準(zhǔn)。地物的發(fā)射率是以黑體輻射作為基準(zhǔn)。上述斯特藩-玻耳茲曼定律、維恩位移定律只適用黑體輻射，但是在自然界中，黑體輻射是不存在的，一般地物輻射能量總要比黑體輻射能量小。如果利用黑體輻射有關(guān)公式，則需要增加一個(gè)因子，這個(gè)因子就是發(fā)射率（ελ），或稱“比輻射率”。對(duì)于某一波長(zhǎng)來(lái)說，發(fā)射率定義如下：（3-6）式中：－指單位面積上觀測(cè)地物發(fā)射的某一波長(zhǎng)的輻射通量密度；－指與觀測(cè)地物同溫度下黑體的輻射通量密度；發(fā)射率根據(jù)物質(zhì)的介電常數(shù)、表面的粗糙度、溫度、波長(zhǎng)、觀測(cè)方向等條件而變化，取0到1之間的值。地物發(fā)射率的差異也是遙感探測(cè)的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。地物發(fā)射光譜地物的發(fā)射率隨波長(zhǎng)變化的規(guī)律，稱為地物的發(fā)射光譜。按地物發(fā)射率與波長(zhǎng)間的關(guān)系繪成的曲線（橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)為發(fā)射率）稱為地物發(fā)射光譜曲線。三、地物的透射光譜特性當(dāng)電磁波入射到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，部份入射能穿越兩介質(zhì)的分界面的現(xiàn)象。稱為透射。透射的能量穿越介質(zhì)時(shí)，往往部分被介質(zhì)吸收并轉(zhuǎn)換成熱能再發(fā)射。介定透射能量的能力，用透射率τ來(lái)表示。透射率就是入射光透射過地物的能量與入射總能量的百分比。地物的透射率隨著電磁波的波長(zhǎng)和地物的性質(zhì)而不同。例如，水體對(duì)0.45～0.56μm的藍(lán)綠光波具有一定的透射能力，較混濁水體的透射深度為1～2m，一般水體的透射深度可達(dá)10～20m。又如，波長(zhǎng)大于1mm的微波對(duì)冰體具有透射能力。一般情況下，絕大多數(shù)地物對(duì)可見光都沒有透射能力。紅外線只對(duì)具有半導(dǎo)體特征的地物，才有一定的透射能力。微波對(duì)地物具有明顯的透射能力，這種透射能力主要由入射波的波長(zhǎng)而定。因此，在遙感技術(shù)中，可以根據(jù)它們的特性，選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅鱽?lái)探測(cè)水下、冰下某些地物的信息。對(duì)于攝影遙感系統(tǒng)，膠片和濾光片的透射率是個(gè)十分關(guān)鍵的參數(shù)。自然界中，人們最熟悉的是水體的透射能力。這是因?yàn)槿藗兛梢灾苯佑^察到可見光波段輻射能的透射現(xiàn)象。然而，可見光以外的透射，雖人眼看不見，但它是客觀存在的，如植物葉子，對(duì)于可見光輻射是不透明的，但它能透射一定量的紅外輻射。第二節(jié)典型地物的反射光譜特征地物的反射波譜是研究地面物體反射率隨波長(zhǎng)的變化規(guī)律。利用反射率隨波長(zhǎng)變化的差別可以區(qū)分物體.通常用二維幾何空間內(nèi)的曲線表示。橫坐標(biāo)表示波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)表示反射率以畫出地物反射率曲線，見圖3-2。同一物體的反射率曲線形態(tài)，反映出不同波段的反射率不向。研究不同波段的反射率并以此與遙感傳感器的相同波段和角度接收的輻射數(shù)據(jù)相對(duì)照?？梢缘玫竭b感影像數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)地物的識(shí)別規(guī)律，可見地物反射率曲線的研究非常重要。圖3-2某些地物反射率曲線一、巖石的反射光譜特征巖石反射波譜曲線不像植被那樣具有明顯的相似特征，其曲線形態(tài)與礦物成分、礦物含量、風(fēng)化程度、含水狀況、顆粒大小、表面光滑程度、色澤等都有關(guān)系。從圖(3-3)石灰?guī)r、長(zhǎng)石沙巖、頁(yè)巖、安山巖、玄武巖的光譜曲線?？梢钥吹剿鼈冃螒B(tài)各異。沒有明顯規(guī)律性。圖3-3幾種巖石的反射波譜曲線二、土壤的反射光譜特征自然狀態(tài)下土壤表面的反射率沒有明顯的峰值和谷值。土壤的反射光譜特征主要受到土壤中的原生礦物和次生礦物、土壤水分含量、土壤有機(jī)質(zhì)、鐵含量、土壤質(zhì)地等因素的影響。圖3-4不同含水量的土壤反射光譜曲線圖3-5三種土壤反射波譜曲線比較三、水體的反射光譜特征水的光譜特征主要是由水本身的物質(zhì)組成決定，同時(shí)又受到各種水狀態(tài)的影響。地表較純潔的自然水體對(duì)0.4～2.5μm波段的電磁波吸收明顯高于絕大多數(shù)其它地物。在光譜的可見光波段內(nèi)，水體中的能量-物質(zhì)相互作用比較復(fù)雜，光譜反射特性概括起來(lái)有一下特點(diǎn)：（1）光譜反射特性可能包括來(lái)自三方面的貢獻(xiàn)：水的表面反射、水體底部物質(zhì)的反射和水中懸浮物質(zhì)的反射。（2）光譜吸收和透射特性不僅與水體本身的性質(zhì)有關(guān)，而且還明顯地受到水中各種類型和大小的物質(zhì)——有機(jī)物和無(wú)機(jī)物的影響。（3）在光譜的近紅外和中紅外波段，水幾乎吸收了其全部的能量，即純凈的自然水體在近紅外波段更近似于一個(gè)“黑體”，因此，在1.1～2.5μm波段，較純凈的自然水體的反射率很低，幾乎趨近于零。圖3-6水體的反射光譜特征圖3-7電磁波與水體的相互作用圖3-8水的光譜衰減特性四、植被的反射光譜特征植物的光譜特征可使其在遙感影像上有效地與其他地物相區(qū)別。同時(shí)，不同的植物各有其自身的波譜特征，從而成為區(qū)分植被類型、長(zhǎng)勢(shì)及估算生物量的依據(jù)。圖3-9綠色植物有效光譜響應(yīng)特征圖3-10礦區(qū)紅杉林反射曲線的藍(lán)移現(xiàn)象第三節(jié)遙感圖像目視解譯遙感儀器自空中獲得大量的地面目標(biāo)的信息數(shù)據(jù)，通過電磁波或磁帶回收等的方式傳送回地面，由地面接收姑截獲并加以記錄。地面站收到的遙感信息必須通過適當(dāng)?shù)奶幚聿拍芗右岳?。將接收到的原始遙感數(shù)據(jù)加工制成可供觀察和分析的可視圖像和數(shù)據(jù)產(chǎn)品，這一過程稱為遙感信息處理。根據(jù)所獲得的遙感影像和數(shù)據(jù)資料，從中分析出人們感興趣的地面目標(biāo)的形態(tài)和性質(zhì)，這一過程稱為遙感圖像解譯。一、目視解譯標(biāo)志目視解譯是用肉眼或借助于簡(jiǎn)單的工具如放大鏡、立體鏡、投影觀察器等，直接由肉眼來(lái)識(shí)別圖像特性，從而提取有用信息，即人把物體與圖像聯(lián)系起來(lái)的過程。因此解譯時(shí)，除了要有上面所述的遙感資料和地面實(shí)況資料外，解譯者還需要有解譯對(duì)象的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，掌握遙感技術(shù)的基本原理和方法，并且有一定的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。目視解譯的質(zhì)量高低最后就取決于人(解譯人員的生理視力條件和知識(shí)技能)、物(物體的幾何特性、電磁波特性)、像(圖像的幾何、物理特性)三個(gè)因素的統(tǒng)一程度，即：圖3-11目視解譯所需的知識(shí)與材料（一）直接解譯標(biāo)志直接解譯標(biāo)志包括色調(diào)、形狀、大小、陰影、結(jié)構(gòu)和圖形，這里主要以可見光航空攝影像片為例，介紹解譯標(biāo)志。色調(diào)色調(diào)是地物電磁輻射能量在影像上的模擬記錄，在黑白影像上表現(xiàn)為灰度，在彩色影像上表現(xiàn)為顏色，它是一切解譯標(biāo)志的基礎(chǔ)。表3-1物體本身顏色與黑白航片的色調(diào)對(duì)比彩色體的原生色調(diào)消色體的原生色調(diào)黑白像片的影像色調(diào)白白白淡黃灰白灰白黃、褐黃、深黃、橙、淺色、淺藍(lán)淡灰、淺灰淺灰紅、黃灰灰深紅、紫紅、深藍(lán)、淡綠、綠、紫暗灰深灰深綠、黑綠淡黑、淺黑淺黑黑黑黑2．形狀形狀是地物外貌輪廓在影像上的相似記錄，任何物體都具有一定的外貌輪廓，在遙感影像上表現(xiàn)出不同的形狀，如：游泳池是長(zhǎng)方形，足球場(chǎng)則是兩端為弧形的長(zhǎng)方形，水渠為長(zhǎng)條形，公路為彎延的曲線形等。因此利用形狀可直接判定物體的存在與否。圖3-12地物形狀與位置關(guān)系的示意圖3.大小大小是地物的長(zhǎng)度、面積、體積等在影像上按比例縮小的相似記錄，它是識(shí)別地物的重要標(biāo)志之一，特別是對(duì)形狀相同的物體更是如此。表3-2目視解譯能識(shí)別出的地物比例尺目視地面分辨率可識(shí)別的地物1:1000萬(wàn)1000m大地構(gòu)造、板塊、地帶性景觀、氣旋、反氣旋、海洋溫度、含鹽度、洋流等1:400萬(wàn)400m區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、沙漠風(fēng)系、山脈走向、森林分布、空氣污染來(lái)源與擴(kuò)散、海流、海洋中尺度旋渦、城市等1:100萬(wàn)100m層單元、構(gòu)造體系、地貌類型、土地類型、植被類型、河流類型、飛機(jī)場(chǎng)、村鎮(zhèn)、海港、鐵路等1:25萬(wàn)25m礦產(chǎn)調(diào)查、地震破壞、流域水系、海況調(diào)查、海水污染、牧場(chǎng)、公路等1:10萬(wàn)10m土壤侵蝕、水污染、農(nóng)場(chǎng)、河床演變、河口淤積等1:5萬(wàn)5m土壤濕度、鹽分、排水類型、森林密度、樹冠直徑、樹種、農(nóng)作物類型、人工建筑物等1:1萬(wàn)1m工程點(diǎn)、礦坑、壩址、橋涵等4.陰影陰影是指地物電磁輻射能量很低的部分在影像上形成的影像特征，可以把它看成是一種深色到黑色的特殊色調(diào)。陰影可造成立體感，幫助我們觀察到地物的側(cè)面，判斷地物的性質(zhì)，但陰影內(nèi)的地物則不容易識(shí)別，并掩蓋一些物體的細(xì)節(jié)。5.紋理紋理又稱質(zhì)地，是由于像片比例尺的限制，物體的形狀不能以個(gè)體的形式明顯地在影像上表現(xiàn)出來(lái)，而是以群體的色調(diào)、形狀重復(fù)所構(gòu)成的、個(gè)體無(wú)法辨認(rèn)的影像特征。不同物體的表面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和光滑程度是不一致的，在遙感影像上形成不同的紋理質(zhì)地。如河床上的卵石較沙粗糙些，草原表面比森林要光滑，沙漠中的紋理能表現(xiàn)沙丘的形狀以及主要風(fēng)系的風(fēng)向，海灘紋理能表示海灘沙粒結(jié)構(gòu)的粗細(xì)等等。紋理(質(zhì)地)常用光滑狀、粗糙狀、參差狀、海綿狀、疙瘩狀、鍋穴狀表示。表3-3圖形分類類型類別點(diǎn)粗點(diǎn)、細(xì)點(diǎn)、稀點(diǎn)、密點(diǎn)、顯點(diǎn)、隱點(diǎn)、白點(diǎn)、黑點(diǎn)、均勻點(diǎn)、非均勻點(diǎn)斑粗斑、細(xì)斑、稀斑、密斑、顯斑、隱斑、圓斑、方斑、白斑、黑斑、斑塊、花斑、亮斑塊圓塊、橢圓形塊、方塊、長(zhǎng)塊、條塊、菱形塊、多角形塊、隱塊、非規(guī)則塊格粗格、細(xì)格、寬格、密格、方格、條格、菱形格、魚鱗格、網(wǎng)格、長(zhǎng)格、弧形格、不規(guī)則格條線粗條、細(xì)條、疏條、密條、寬條、窄條、長(zhǎng)條、短條、直條、曲條、環(huán)形條；弧線、放射線、平行線、斜交線、環(huán)形線、點(diǎn)線、點(diǎn)直線、點(diǎn)曲線、粗線、細(xì)線、疏線、密線、長(zhǎng)線、斷線紋粗紋、細(xì)紋、疏紋、密紋、顯紋、隱紋、粗斑紋、細(xì)斑紋、粗點(diǎn)紋、細(xì)點(diǎn)紋、指狀紋、波狀紋、曲線紋、樹枝紋、羽狀紋、平行紋、梳狀紋、放射紋、環(huán)狀紋、斷線紋、紊亂紋鏈粗鏈狀、細(xì)鏈狀、折鏈狀、網(wǎng)鏈狀、垅狀垅粗垅狀、細(xì)垅狀、尖脊垅、圓脊垅、拱形垅、蠕蟲垅、整齊垅、不整齊垅柵粗柵狀、細(xì)柵狀、格柵狀、顯柵狀、隱柵狀、斷續(xù)狀、平行狀6.圖形圖型又稱結(jié)構(gòu)，是個(gè)體可辨認(rèn)的許多細(xì)小地物重復(fù)出現(xiàn)所組成的影像特征，它包括不同地物在形狀、大小、色調(diào)、陰影等方而的綜合表現(xiàn)。水系格局，土地利用形式等均可形成特有的圖形，如平原農(nóng)田呈柵狀近長(zhǎng)方形排列，山區(qū)農(nóng)田則呈現(xiàn)弧形長(zhǎng)條紋形。圖形常用點(diǎn)狀、斑狀、塊狀、線狀、條狀、環(huán)狀、格狀、紋狀、鏈狀、垅狀、柵狀等描述，如表3-3。（二）間接解譯標(biāo)志自然界各種物體和現(xiàn)象都是有規(guī)律地與周圍環(huán)境和其他地物、現(xiàn)象相互聯(lián)系，相互作用。因此我們可以根據(jù)一地物的存在或性質(zhì)來(lái)推斷另一地物的存在和性質(zhì)，根據(jù)已經(jīng)解譯出的某些自然現(xiàn)象判斷另一種在影像上表現(xiàn)不明顯的現(xiàn)象。例如通過直接解譯標(biāo)志可直觀地看到各種地貌現(xiàn)象，通過巖石地貌分析可識(shí)別巖性，通過構(gòu)造地貌分析可識(shí)別構(gòu)造。這種通過對(duì)與解譯對(duì)象密切相關(guān)的一些現(xiàn)象的研究，推理、判斷來(lái)達(dá)到辨別解譯對(duì)象的方法稱間接解譯。如位置、相關(guān)布局等與解譯對(duì)象密切相關(guān)的事物和現(xiàn)象稱為間接解譯標(biāo)志。1.位置。位置是指地物所處環(huán)境在影像上的反映，即影像上目標(biāo)(地物)與背影(環(huán)境)的關(guān)系。地物和自然現(xiàn)象都具有一定的位置，例如蘆葦長(zhǎng)在河湖邊沼澤地，紅柳叢生在沙漠，河漫灘和階地位于河谷兩側(cè)，洪積扇總是位于溝口，河流兩側(cè)的湖泊是牛軛湖，雪線附近的是冰今湖等。2.相關(guān)布局。景觀各要素之間、或地物與地物之間相互有一定的依存關(guān)系，這種相關(guān)性反映在影像上形成平面布局。例如：區(qū)從山脊到谷底，植被有垂直分帶性，于是在影像上形成色調(diào)不同的帶狀圖形布局；山地、山前洪積扇，再往下為沖積洪積平原、河流階地、河漫灘等。由于各種地物是處于復(fù)雜、多變的自然環(huán)境中，所以解譯標(biāo)志也隨著地區(qū)的差異和自然景觀的不同而變化，絕對(duì)穩(wěn)定的解譯標(biāo)志是不存在的，有些解譯標(biāo)志具有普遍意義，有些則帶有地區(qū)性。有時(shí)即使是同一地區(qū)的解譯標(biāo)志，在相對(duì)穩(wěn)定的情況下也在變化。因此，在解譯過程中，對(duì)解譯標(biāo)志要認(rèn)真分析總結(jié)，不能盲目照搬套用。二、遙感圖像解譯方法與步驟（一）解譯方法1.遙感資料的選擇及影像處理2.目視解譯的方法（二）解譯步驟解譯遙感影像可有各種應(yīng)用目的，有的要編制專題地圖，有的要提取某種有用信息和數(shù)據(jù)估算，但解譯步驟基本相同。1.準(zhǔn)備工作2.初步解譯、建立解譯標(biāo)志3.室內(nèi)解譯4.野外驗(yàn)證5.成果整理（三）解譯步驟解譯遙感影像可有各種應(yīng)用目的，有的要編制專題地圖，有的要提取某種有用信息和數(shù)據(jù)估算，但解譯步驟基本相同。1.準(zhǔn)備工作2.初步解譯、建立解譯標(biāo)志3.室內(nèi)解譯4.野外驗(yàn)證5.成果整理第四節(jié)遙感數(shù)字圖像信息提取一、遙感數(shù)字圖像的概念（一）圖象、數(shù)字圖象圖像是客體或事物的表述、擬似或仿制,是它們的活生生的或繪畫式的描述。圖像有許多類型。從人眼的視覺特點(diǎn)上可將圖像分為可見圖像和不可見圖像?？梢妶D像有照片、底片、用線條畫的圖和畫，用透鏡、光柵和全息技術(shù)產(chǎn)生的各種光圖像。不可見圖像包括不可見光成保(如紫外線、紅外線、微波成像)和不可見量(如溫度、壓力、人口密度等)分布圖。按圖像的明暗程度和空間坐標(biāo)的連續(xù)性劃分，圖像可分為數(shù)字圖像和模擬圖像。數(shù)字圖像是客體或可見圖像的數(shù)字表述。它實(shí)際上是具有某種數(shù)值的一些點(diǎn)按行(橫)和列(縱)排成的二維矩陣。它屬于可見圖像，因?yàn)樗灰詳?shù)字形式存在的，所以只有以灰度值或顏色值顯示或打印出來(lái)才能被看到。模擬圖像(又稱光學(xué)圖像)是指空間坐標(biāo)和明暗程度都連續(xù)變化的、計(jì)算機(jī)無(wú)法直接處理的圖像，它屬于可見圖像。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，模擬圖像與數(shù)字圖像可以實(shí)施轉(zhuǎn)換，把模擬圖像變成數(shù)字圖像稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換，記作A/D轉(zhuǎn)換；把數(shù)字圖像變成模擬圖像稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換，記作D/A轉(zhuǎn)換。模擬圖象和數(shù)字圖象的本質(zhì)區(qū)別在于模擬圖象是一個(gè)連續(xù)變量的圖像，而數(shù)字圖象是一個(gè)離散變量的圖象。（二）遙感數(shù)字圖象遙感數(shù)字圖像是指以遙感方式獲得的以數(shù)字形式表述的遙感影像。遙感數(shù)字圖像最基本的單位是像素。像素是遙感成像過程的采樣點(diǎn)，或者是在A/D轉(zhuǎn)換中的取樣點(diǎn)，它也是計(jì)算機(jī)圖像處理的最小單元。每個(gè)像素具有其空間位置特征和屬性特征。遙感數(shù)字圖像像素的屬性特征常用灰度值來(lái)表示，即該像素位置上亮暗程度的整數(shù)值。遙感圖象是各種傳感器所獲信息的產(chǎn)物，是遙感探測(cè)目標(biāo)的信息載體。遙感解譯人員需要通過遙感圖象獲取三方面的信息：目標(biāo)地物的大小、形狀及空間分布特點(diǎn);目標(biāo)地物的屬性特點(diǎn)；目標(biāo)地物的動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)。因此，相應(yīng)的遙感圖象有幾何特征、物理特征和時(shí)間特征。二、遙感數(shù)字圖像處理遙感數(shù)字圖像處理的基本流程主要包括以下四個(gè)步驟：（一）遙感數(shù)字圖像的獲取遙感數(shù)字圖象信息提取之前，遙感數(shù)字圖象的獲取是必要的。遙感數(shù)字圖象是通過接收、記錄目標(biāo)物的電磁波特征的儀器，即傳感器獲得的。如掃描儀、雷達(dá)、攝影機(jī)、攝像機(jī)、和輻射計(jì)等。在第二章中已詳細(xì)列舉了目前常用的航空遙感平臺(tái)以及相應(yīng)的遙感數(shù)字圖象產(chǎn)品，在此不再贅述。（二）遙感數(shù)字圖像預(yù)處理（1）輻射校正1.遙感器校正2.大氣校正3.太陽(yáng)高度角和地形等引起的畸變校正（2）幾何校正1.選取地面控制點(diǎn)（GCP）2.選擇空間變換函數(shù)3.重采樣和內(nèi)插地球自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)高度變化俯仰側(cè)滾偏航速度變化圖3-13幾種畸變模型圖形圖3-14遙感圖像的幾何校正（三）遙感數(shù)字圖像的變換、增強(qiáng)和融合1.遙感數(shù)字圖像變換（1）快速傅立葉變換圖3-15一維傅立葉變換（2）K－L變換（3）K－T變換2.遙感數(shù)字圖像增強(qiáng)圖3-16遙感數(shù)字圖像增強(qiáng)方法（1）反差增強(qiáng)①灰度拉伸圖3-17線性變換拉伸示意圖直方圖分段線性拉伸非線性拉伸變換圖3-18分段線性拉伸圖3-19幾種線性拉伸變換示意圖②直方圖均衡化圖3-20直方圖均衡③直方圖匹配（2）空間域圖像增強(qiáng)①邊緣增強(qiáng)②平滑濾波③中值濾波④定向?yàn)V波3）頻率域圖像增強(qiáng)（①低通濾波②高通濾波③帶通濾波④同態(tài)濾波（4）代數(shù)運(yùn)算增強(qiáng)（5）彩色圖像增強(qiáng)①假彩色密度分割②彩色增強(qiáng)IIR(x，y)IG(x，y)IB(x，y)f（x，y）黑白紅綠藍(lán)f（x，y）彩色圖3-21偽彩色加色示意圖③假彩色合成IIR(x，y)IG(x，y)IB(x，y)f（x，y）黑白紅綠藍(lán)f（x，y）彩色圖3-22偽彩色加色示意圖3.遙感數(shù)據(jù)融合（1）數(shù)據(jù)融合原理及過程（2）數(shù)據(jù)融合分類及方法①數(shù)據(jù)融合方法分類像元級(jí)融合特征級(jí)融合決策級(jí)融合表3-3三級(jí)融合層次的特點(diǎn)特點(diǎn)融合框架信息損失實(shí)時(shí)性精度容錯(cuò)性抗干擾力工作量融合水平像元級(jí)小差高差差小低特征級(jí)中中中中中中中決策級(jí)大優(yōu)低優(yōu)優(yōu)大高②遙感數(shù)據(jù)融合方法介紹IHS變換代數(shù)法Brovey變換圖像回歸法主成分變換（PCT）小波變換表3-4三級(jí)融合層次下的融合方法像元級(jí)特征級(jí)決策級(jí)代數(shù)法熵法專家系統(tǒng)IHS變換表決法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)小波變換聚類分析Bayes估計(jì)Brovey變換Bayes估計(jì)模糊聚類法主成分變換神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法可靠性理論回歸模型法加權(quán)平均法基于知識(shí)的融合法Kalman濾波法Dempater-shafer推理法Dempater-shafer推理法③遙感數(shù)據(jù)融合存在問題及發(fā)展趨勢(shì)（四）遙感數(shù)字圖像分析1.遙感數(shù)字圖像分類圖3-23遙感圖像分類處理流程圖3-24遙感圖像分類處理流程（1）非監(jiān)督分類ISODATA（IterativeSelf-OrganizingDataAnalysisTechnique）分類法K-均值分類法（K-Means）最大似然法最大似然法最小距離法（2）監(jiān)督分類（3）數(shù)字圖像分類新技術(shù)①人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類法反向傳播法(BP,back-propagation)圖STYLEREF1s3-25反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊化方法圖3-26人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類法流程圖②模糊分類法模糊C－均值聚類法（fuzzyc－meanclustering，簡(jiǎn)稱FCM）模糊監(jiān)督分類法(fuzzysupervisedclassification)③亞像元分類法(subpixelclassification)（4）其他分類法3.基于遙感影像面狀地物的提?。?）目標(biāo)檢測(cè)與特征提取（2）特征編組和建模圖3-27道路特征提取基本流程圖第五節(jié)遙感數(shù)字圖像信息定量反演遙感的優(yōu)勢(shì)在于能以不同的時(shí)空尺度不斷地提供多種地表特征信息。另一方面人們?cè)诜囱蓐懙乇砻鏈囟取⒎凑章屎偷乇泶植诙?、植物覆蓋度和土壤水分等信息時(shí)，目前遙感所能提供的僅是垂直方向或個(gè)別方向上的反射率，以及非常有限的地表結(jié)構(gòu)參數(shù)，顯然難以滿足模型精度要求，尤其是隨著遙感科學(xué)的發(fā)展、遙感應(yīng)用的深入，人們?cè)絹?lái)越體會(huì)到定量遙感的必要性。一、遙感圖像信息定量反演的原理遙感的成像過程是十分復(fù)雜的。它經(jīng)歷了從輻射源—大氣層－地球表面(植被、土壤、水體……結(jié)