看板管理_遥感导论电子教案

2019 12 29 面向二十一世纪课程教材 遥感导论 电子教案 制作人 贾维花 第5章遥感图像目视解译与制图 本章提要5 1遥感图像目视解译原理5 2遥感图像目视解译基础5 3遥感制图 主要内容 目视解译的原理 方法 要领和工作流程 遥感制图 重点 掌握如何建立目视解译标志 掌握遥感图像目视解译方法与工作步骤 熟悉常见的遥感图像解译 5 1遥感图像目视解译原理 遥感成像与目视解译目视解译的生理和心理基础遥感目视解译标志目视解译的认知过程 返回 返回 空间结构 时间特点化学组成 物理属性 成像方式 探测波段投影方式 时空因素 大小形状 色调灰阶畸变失真 成图比例 增强处理 信息提取逻辑推理 对比分析 空间结构 时间特点化学组成 物理属性 大小形状 色调灰阶畸变失真 成图比例 地表景观 成像过程 遥感影像 遥感影像 地表景观 目视解译 遥感成像与目视解译 目视解译是遥感成像的逆过程 影像模型的色调 灰阶主要记录了地物电磁辐射差异 影像模型的坐标位置和图形 图案主要是反映地表景观的空间结构特点 人的眼睛由以下部分组成 眼球壁和折光部分 其中眼球壁分为外膜 中膜和内膜 外膜包括角膜和巩膜中膜包括虹膜 睫状体和脉络膜 构成眼睛器官的暗箱 有利于视网膜的色光感应 内膜由巩膜部 睫状体部和视网膜三部分组成 其中视网膜起到图像检测器或感受器的作用 图像信息通过视网膜传输到视神经系统 大脑不是简单的根据外部世界在视网膜上成像 而是根据经过聚集过程和因素分解过程处理后的信息来识别物体 目视解译的生理基础 目视解译的心理基础 人类心理特点在遥感图像解译中也存在着影响 这些特点包括 1 遥感图像解译过程中 在同一时刻中只有一种地物是目标地物 图像的其余部分则是作为目标地物的背景出现 此时人类注意力集中在目标地物上 2 目标地物识别时 目视者过去的经验与知识结构对目标物体的确认具有导向作用 因此 遥感图像上同一个目标地物 不同的解译者可能会得出不同的结论 3 心理惯性对目标地物的识别具有一定影响 在观察目标地物的图形结构时 空间分布比较接近的物体 图形要素容易构成一个整体 4 观察的时效性 实验证明 遥感图像辨识需要一段时间 这期间内 目视者先区分目标地物和背景 然后辨认目标的细节 最后构成一个完整的图像知觉 为了正确地辨认图像中的目标地物 需要一个最低限度的时间才能够完成 返回 目视解译标志 直接解译标志 也称判读要素 它是遥感图像上能直接反映和判别地物信息的影像特征 包括色调 颜色 形状 大小 阴影 纹理 图型 位置和相关布局 色调 颜色是最基本标志 间接解译标志 通过已识别出的地物或现象 进行相互关系的推理分析 进一步弄清楚其它不易在遥感影像上直接解译的目标 例如根据植被 地貌与土壤的关系 识别土壤的类型和分布等 P149 返回 色调 色调 指影像上黑白深浅的程度 是地物电磁辐射能量大小或地物波谱特征的综合反映 色调用灰阶 灰度 表示 同一地物在不同波段的图像上会有很大差别 同一波段的影像上 由于成像时间和季节的差异 即使同一地区同一地物的色调也会不同 色调不能在不同的影像上对比 返回 颜色 颜色 指彩色图像上色别和色阶 如同黑白影像上的色调 它也是地物电磁辐射能量大小的综合反映 用彩色摄影方法获得真彩色影像 地物颜色与天然彩色一致 用光学合成方法获得的假彩色影像 根据需要可以突出某些地物 更便于识别特定目标 目视解译前需了解图像采用哪些波段合成 每个波段分别赋予何种颜色 返回 形状 形状 指目标物在影像上所呈现的特殊形状 在遥感影像上能看到的是目标物的顶部或平面形状 例如飞机场 盐田 工厂等都可以通过其形状判读出其功能 地物在影像上的形状受空间分辨率 比例尺 投影性质等的影响 解译必须考虑遥感图像的成像方式 返回 火山 煤气罐 河流与江心洲 新月形沙丘 大小 大小 指地物形状 面积或体积在影像上的尺寸 地物影像的大小取决于比例尺 根据比例尺 可以计算影像上的地物在实地的大小 对于形状相似而难于判别的两种物体 可以根据大小标志加以区别 如在航片上判别单轨与双轨铁路 返回 阴影 阴影 不同遥感影像中的阴影解译是不同的 可见光遥感 指影像上目标物 因阻挡阳光直射而出现的影子 分为本影和落影 P147 阴影可使地物有立体感 有利于地貌的判读 根据阴影的形状 长度可判断地物的类型和量算其高度 热红外图像 阴影是由于温度差异所形成的 分为冷阴影和热阴影 见P152 侧视雷达 微波影像上无回波区 主要由于地形起伏造成 P167 航空象片上色调与光照方向的关系 返回 纹理 纹理 也叫影像结构 是指与色调配合看上去平滑或粗糙的纹理的粗细程度 即图像上目标物表面的质感 草场及牧场看上去平滑 成材的老树林看上去很粗糙 海滩的纹理能反映沙粒结构的粗细 沙漠中的纹理可表现沙丘的形状以及主要风系的风向 纹理可作为区别地物属性的重要依据 返回 图型 图型 目标物有规律的组合排列而形成的图形结构 它可反映各种人造地物和天然地物的特征 如农田的垄 果树林排列整齐的树冠等 各种水系类型 植被类型 耕地类型等也都有其独特的图型结构 不同植被类型的组合图案 不同类型农田的组合图案 返回 位置 位置 包括有地理位置和相对位置 指地物所处的环境部位 各种地物都有特定的环境部位 即地物的环境专属性 因而它是判断地物属性的重要标志 例如 农田与水渠的相对位置 可以判断农田是水浇地 水田或旱地 返回 相关布局 相关布局 又称相关位置 指多个目标物之间的空间配置 地面上的地物与地物之间相互有一定的依存关系 例如学校离不开操场 灰窑和采石场的存在可说明是石灰岩地区 通过地物间的密切关系或相互依存关系的分析 可从已知地物证实另一种地物的存在及其属性和规模 这是一种逻辑推理判读地物的方法 在遥感解译中有着重要的意义 返回 目视解译的认知过程 1 遥感图像知觉形成的客观条件2 遥感图像的认知过程 遥感图像上存在着能为判读者视觉所感受的颜色差异或者色调差异时 才有可能将地物目标与背景区别开 遥感图像的认知过程包括了自下向上的信息获取 特征提取与识别证据积累过程和自上向下的特征匹配 提出假设与目标辨识过程 返回 5 2遥感图像目视解译基础 1 遥感摄影像片的判读2 遥感扫描影像的判读3 微波影像的判读4 立体观察5 目视解译方法6 目视解译基本程序与步骤 返回 遥感摄影像片的判读 1 遥感摄影像片的种类2 摄影像片主要特点3 摄影像片解译标志4 遥感摄影像片的判读方法 可见光黑白全色像片黑白红外像片彩色像片彩红外像片多波段摄影像片热红外像片 多数是用于航空摄影 遥感摄影像片绝大部分为大中比例尺像片 遥感摄影像片绝大部分采用中心投影方式成像 需进行正射纠正 直接判读标志 包括色调 颜色 形状 阴影 纹理 大小 图型等 间接解译标志 包括与目标地物成因相关的指示特征 指示环境的代表性地物 成像时间作为目标地物的指示特征 返回 遥感摄影像片的判读方法 1 黑白全色和红外像片解译 反射率高 低 色调白 黑 2 彩色和彩红外像片解译 真彩色像片 地物的天然色彩 基本反映 认真了解红外彩色片感光材料的特性和成像原理 熟悉各种地物在可见光和近红外光波段的反射光谱特性 建立地物的反射光谱特性与红外彩色片中地物假彩色的对应关系 建立彩红外像片其它判读标志 遵循遥感解译步骤与方法对彩红外像片进行解译 彩红外片解译步骤 3 热红外像片解译 色调深浅 热辐射的强弱和地物温度还受天气状况的影响 直接解译标志 形状大小 物体 热分布 形状 地物大小 地物与背景温差大 比实际尺寸大 阴影 由目标物与背景的辐射差造成 分为冷阴影和热阴影两种 水体与道路 常见地物的解译分析 树林与草地 土壤与岩石 返回 白天和黑夜成像不同色调不同 夜间比白天的解译效果要好 黎明前最佳 扫描影像判读 常见扫描影像类型Landsat卫星数据SPOT卫星数据CBERS数据扫描影像特征扫描影像解译原则 返回 Landsat卫星传感器 MSS 多光谱扫描仪 5个波段 TM 主题绘图仪 7个波段 ETM 增强主题绘图仪 8个波段 MSS光谱效应 MSS4波段为绿色波段 对水体有一定透射能力 在清洁的水体中透射深度可达10 20米 可以判读浅水地形和近海海水泥沙 由于植被波谱在绿色波段有一个次反射峰 可以探测健康植被在绿色波段的反射率 MSS5波段为红色波段 该波段反映河口区海水团涌入淡水的情况 对海水中的泥沙流 河流中的悬浮物质与河水浑浊度有明显反映 可区分沼泽地和沙地 可以利用植物绿色素吸收率进行植物分类 此外该波段可用于城市研究 对道路 大型建筑工地 砂砾场和采矿区反映明显 在红色波段各类岩石反射更容易穿过大气层为传感器接收 也可用于地质研究 MSS6波段为近红外波段 植被在此波段有强烈反射峰 可区分健康与病虫害植被 水体在此波段上具有强烈吸收作用 水体呈暗黑色 含水量大的土壤为深色调 含水量少的土壤色调较浅 水体与湿地反映明显 MSS光谱效应 MSS7波段也为近红外波段 植被在此波段有强烈反射峰 可用来测定生物量和监测作物长势 水体吸收率高 水体和湿地色调更深 海陆界线清晰 第7波段可用于地质研究 划出大型地质体的边界 区分规模较大的构造形迹或岩体 水陆界线表现的十分明显 宜于确定潮间带 潮水沟 古河道 现代河道 边滩等 凡是水体几乎全黑色 生长茂盛的阔叶树具有很强的反射率 所以具有浅色调 而针叶树则差一些 色调较深 病树则有较浅的色调 对识别军事伪装很有力 该图像最易反映地貌 地质 水和水系结构 MSS8波段 为热红外波段 该波段可以监测地物热辐射与水体的热污染 根据岩石与矿物的热辐射特性可以区分一些岩石与矿物 并可用于热制图 返回 TM光谱效应 TM1 0 45 0 52um 属蓝绿光波段对水体穿透力强 对叶绿素浓度敏感 植被 水体 土壤在此波段的反射率差别明显 有助于判别水质 水深 水中叶绿素分布 沿岸水流 泥沙情况和近海水域制图 可用于土壤和植被分类 影像色调植被最暗 水体其次 新鲜雪最浅 TM2 0 52 0 60um 类同MSS4 0 5 0 6um 属蓝绿光波段 对水体具有较强的透射能力 水体色调较浅 可反映一定深度 大于10米 的水下地形 有利于识别水体浑浊度 沿岸流 沙洲等 叶绿素在此波段有一次反射峰称绿峰 健康的植物色调浅 可以按绿峰反射评价植物的生活力 区分林型 树种 蓝 绿 黄色地物影像一般呈浅色调 随着红色成分的增加而变暗 浮在水面的油污和金属化合物因防碍绿光的透过也所显示 陆地上颜色较浅的岩石地层和第四系松散沉积物 城镇 采石场呈浅色调 受散射光影响 此波段图像反差小 地物边界轮廓有些模糊 TM3 0 63 0 69um 与MSS5 0 6 0 7um 属橙红光波段 对水体有一定的透射能力 约2米 可反映水中泥沙含量 水下地貌和泥沙流 为叶绿素的主要吸收波段 健康的植物影像色调较深 病虫害植物 伪装的枯树等则呈浅色调 可反映不同植物的叶绿素吸收和健康状况 用于区分植物种类和覆盖度 橙红色地物影像一般呈浅色调 绿色地物则为深色调 裸露的地表 植被 土壤 水系 岩石 地层 地貌等的影像清晰 色调层次多 信息量丰富 常用来根据宏观和微观地貌特征和色调差别 进行岩性和地质构造解译 用于地貌特征研究效果较好 TM4 0 76 0 90um 与MSS7 0 8 1 1um 属于摄影近红外波段 属于水的强吸收和植物的强反射波段 对水体和湿地反映特别清楚 水系和水体轮廓在该波段的影像清晰 呈黑色调 浅层地下水丰富 土壤湿度大的地方 有较深的色调 植被在此波段有较高的反射率 图像上呈明亮的浅色调 病树反射率低 为较暗的色调 阔叶树色调浅 针叶树色调相对深 通过与TM2 3影像色调对比研究和纹理的分析 易于圈定植被分布范围 区分植物是树林 农作物还是草地 调查植物量和测定作物长势 对含水藻和不含水藻的水团容易区分 通过植物与水分的相关性 可在图像上研究某些植被掩盖的岩石 地层或隐伏构造 大断层在该波段图像呈深色的不连续的线段 隐伏构造 常有明显的轮廓及色调显示 TM5 1 55 1 75um 属于近红外波段 属于水的强吸收 1 4 1 9um 波段 对地物含水量反映敏感 可用于土壤湿度 植物含水量调查 水份状况的研究 作物长势分析等 牧草同阔叶林 花岗岩与裸土的差异得到了增强 并大大提高了区分不同类型作物的能力 经过处理的TM5图像可区分裸露的 被草覆盖的及有树覆盖的表生矿 TM6 10 4 12 5um 与MSS8 10 4 12 6um 属于热红外波段 根据地物发射辐射差别 可在影像上区分草本植物和木本植物 识别大面积沙漠化 可用于研究区域岩浆活动和与人类有关的地表热流变化 夜间热红外影像可区分岩性差异 由于近地表水通常集中在断层面与节理面 故其温度比周围低 因此可查明断裂构造 可用来观测水域表面温度的变化 TM7 2 08 2 35um 属于近红外波段 为地质研究追加波段 位于水的强吸收带 土壤的反射特征与可见光波段差不多 水体呈黑色调 其它地物影像和可见光波段相近 此波段是绝大多数造岩矿物反射波谱的高峰段 而含氢氧基矿物 粘土 和碳酸盐矿物 如方解石 具有判别性的特征波谱吸收带 在影像上呈暗色调 所以该波段图像对直接出露地表的粘土与碳酸岩矿物较敏感 该波段与TM2 5图像综合利用 可以探测热液蚀变标志的含铁粘土矿物 填绘碳酸岩地层的岩相变化图及干旱半干旱区的热液蚀变分布图 返回 SPOT卫星数据 该波段以叶绿素反射曲线的次高峰 0 55 m 为中点 可区分植被类型和评估作物长势 对水体有一定的穿透深度 在干净水域能够穿透10 20米的深度 可以区分人造地物类型 该红色波段与MSS5波段和TM3很接近 在晴朗天气下 该波段的大气透过率为90 是叶绿素反射曲线的低谷区 据此可以识别农作物类型 对城市道路 大型建筑工地反映明显 可用于地质解译 辨识石油带 岩石与矿物等 该近红外波段分别与MSS7波段和TM4波段接近 在晴朗的天气下 大气透过率约为95 是叶绿素反射曲线的强反射区 据此可检测植物长势 区分植被类型 在灰度图像上植被表现为浅白色调 干净水域的水面反射率为1 水面呈黑色或者暗黑色调 该波段图像可以绘制水体边界 含水量大的土壤呈现深灰或暗黑色 含水量小的土壤呈灰白色调 可用来探测土壤的含水量 SPOT全色波段 该波段的地面分辨率为10米 可用于调查城市土地利用现状 区分城市主要干道 识别大型建筑物 了解城市发展状况 据统计 城市总体规划中调查土地利用现状 购买SPOT影像的费用仅仅是航空摄影费用的1 10 可节约投入成本 返回 CBERS的光谱段 高分辨率CCD像机具有与陆地卫星的TM类似的几个谱段 5个谱段 其星下点分辨率为19 5m 高于TM 覆盖宽度为113km B1 0 45 0 52 m 蓝 光谱效应同TM1B2 0 52 0 59 m 绿 光谱效应同TM2B3 0 63 0 69 m 红 光谱效应同TM3B4 0 77 0 89 m 近红外 光谱效应同TM4B5 0 51 0 73 m 全波段 光谱效应同SPOT3 红外多光谱扫描仪IRMSS 4个谱段 覆盖宽度为119 5km B6 0 50 1 10 m 蓝绿 近红外 分辨率77 8m B7 1 55 1 75 m 近红外相当于TM5 分辨率为77 8m B8 2 08 2 35 m 近红外相当于TM7 分辨率为77 8m B9 10 4 12 5 m 热红外相当于TM6 分辨率为156m 广角成像仪WFI 2个谱段 覆盖宽度890km B10 0 63 0 69 m 红分辨率为256m 光谱效应类同B3B11 0 77 0 89 m 近红外 分辨率为256m 光谱效应类同B4 返回 遥感扫描影像特征 常使用的遥感扫描影像卫星遥感影像这些影像具有以下特征 1 多中心投影 2 宏观综合概括性强 3 信息量丰富 多波段记录地表各种地物的电磁波信息 4 动态观测 周期性 等特点 返回 扫描影像解译原则 遵循 先图外 后图内 先整体 后局部 勤对比 多分析 的原则 先图外 后图内 是指首先要了解影像图框外提供的各种信息 即 图像覆盖的区域及其所处的地理位置 图像比例尺 影像重叠符号 影像注记 影像灰阶 先整体 后局部 是指作整体的观察 了解各种地理环境要素在空间上的联系 综合分析目标地物与周围环境的关系 勤对比 多分析 是指在判读过程中进行多个波段对比 不同时相对比 不同地物对比 解译标志和航空摄影像片相似 但要注意卫星遥感影像要比航空影像的比例尺小 返回 陆地卫星图像及注记 微波影像的判读 微波影像的特点微波 雷达 影像应用范围微波影像解译的标志及地物的影像特征微波影像判读的方法 返回 微波影像与航空像片特点的比较 返回 距离分辨力Pg Pg c 2sin 近端距离分辨力差 方位分辨力Pa Pa D R H Dcos 近端方向分辨力好 用合成孔径来代替真实孔径使方向分辨力只取决于天线孔径 真实孔径雷达影像分辨力示意图 返回 雷达影像的应用领域 海洋环境调查地质制图和非金属矿产资源调查洪水动态检测与评估地貌研究与和地图测绘军事侦察等 返回 色调 雷达回波强度在微波影像上的表现 微波图像色调的变化依赖于地形目标的后向散射特性 即地物后向散射产生强回波在影像正片上呈现白色调 弱回波信号则呈现灰暗色调 后向散射的影响因素 1 地物表面的粗糙度 同一地物表面 不同波段不同的粗糙度 当雷达波长固定时 地物表面越粗糙 后向散射越强 微波影像呈灰白或浅色调 2 地物的复介电常数 是物体对电磁波能量的反射率和电导率的指标3 极化方式 雷达影像解译标志 阴影 是微波影像上出现的无回波区 是由于雷达和目标地物之间存在障碍阻挡了雷达波的传播造成的 地形起伏微波影像上出现阴影的主要原因之一 雷达阴影的长度与地形起伏的高度有关 同时又与雷达高度 隆起障碍物与雷达的距离等因素有关 形状 指目标地物轮廓或外形的雷达回波在微波影像上的构像 随着成像雷达的视向变化而不同 自然地物在影像上表现为不规则形状 如冲积扇 河漫滩 火山锥 褶皱 断层等 人造地物一般都有规则的几何形状 例如高层建筑物 在微波入射角度合适时 会产生强烈回波 在微波影像上形成L形状 容易与天然目标区分 纹理 微波影像上周期性或随机性的色调变化 可分为三种 微细纹理 中等纹理和大纹理 图型 是某一群体各个要素在空间排列组合的构像 图型因土壤 植被 地表温度状况以及地貌要素形状的差异而有所不同 不同的地形部位对雷达回波的影响 常见目标地物的雷达影像特征 见表5 12 返回 微波影像判读的方法 1 采用由已知到未知的方法利用有关资料熟悉解译区域 有条件时可以拿微波影像到实地去调查 从宏观特征入手 对需要判读的内容 可以把微波影像与专题图结合起来判读 反复对比目标地物的影像特征 建立地物解译标志 在此基础上完成微波影像的解译 2 对微波影像进行投影纠正与TM或SPOT等影像进行信息覆合 构成假彩色图像 利用TM或SPOT等影像增加辅助解译信息 进行微波影像解译 例如中国地面卫星站利用SAR与气象卫星图像覆合对洪水进行检测 3 利用同一航高的侧视雷达在同一侧对同一地区两次成像 或者利用不同航高的侧视雷达在同一侧对同一地区两次成像 获得可产生视差的影像 对微波影响进行立体观察 获取不同地形或高差 或对其它目标地物进行解译 返回 影像解译方法 直接判读法 根据遥感影像目视解译直接标志 直接确定目标地物属性与范围的一种方法 对比分析法 包括同类地物对比分析法 空间对比分析法和时相动态对比法 信息复合法 利用透明专题图或者透明地形图与遥感图像重合 根据专题图或者地形图提供的多种辅助信息 识别遥感图像上目标地物的方法 例如TM影像图 覆盖的区域大 影像上土壤特征表现不明显 为了提高土壤类型解译精度 可以使用信息复合法 利用植被类型图增加辅助信息 综合推理法 综合考虑遥感图像多种解译特征 结合生活常识 分析 推断某种目标地物的方法 地理相关分析法 根据地理环境中各种地理要素之间的相互依存 相互制约的关系 借助专业知识 分析推断某种地理要素性质 类型 状况与分布的方法 返回 立体观察 立体观察的原理立体观察满足的条件立体观察的仪器 返回 f1b1 f2b2或f1a1 f2a2叫生理视差 是产生立体视觉和判断景物远近的原因 人们的立体感觉是有限度的 当交汇角小于30 时 两眼就会产生同样的感觉 即无法感觉出物体的远近和立体感觉 例如 远处的山 眼睛的立体视觉原理 返回 立体观察满足的条件 注意 1 正立体效应 观察到的立体与事物相似 2 反立体效应 是由于左右像片对调