遥感影像分类

遥感图像解译 遥感图像解译分为两种 目视解译 指专业人员通过直接观察或借助判读仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程 遥感图像计算机解译 以计算机系统为支撑环境 利用模式识别技术与人工智能技术相结合 根据遥感图像中目标地物的各种影像特征 结合专家知识库中目标地物的解译经验和成像规律等知识进行分析和推理 实现对遥感图像的理解 完成对遥感图像的解译 有监督分类 非监督分类 模式识别 神经网络分类 分形分类 模糊分类 人工智能等数据挖掘技术方法 一电磁辐射与地物光谱特征 遥感的物理基础 电磁波谱与电磁辐射波 波是振动在空间的传播 波动是各质点在平衡位置振动而能量向前传播的现象 机械波 由振源发出的振动在弹性介质中的传播电磁波 由振源发出的电磁振荡在空间的传播 电磁能量的传递过程 包括辐射 吸收 反射和透射等 称为电磁辐射 本质的区别 电磁波在真空中也能传播 机械波必须在弹性媒质中才能传播两者在运动形式上都是波动 基本的波动形式有两种 横波 质点的振动方向与波的传播方向垂直 如水波 电磁波 纵波 质点的振动方向与波的传播方向相同 如声波 电磁波一定是横波 机械波却可以是横波也可以是纵波 1 电磁波谱 根据电磁波在真空中传播的波长或频率的大小 按递增或递减顺序依次排列所构成的图谱叫电磁波谱 该波谱以频率从高到低排列 即按波长从小 短 到大 长 排列 可以划分为 射线 X射线 紫外线 可见光 红外线 无线电波 波长 或频率 之所以不同 是由于产生电磁波的波源不同 无线电波是由电磁振荡发射的 红外辐射是由于分子的振动 转动和能级跃迁时产生的 可见光与近紫外辐射是由于原子 分子中的外层电子跃迁时产生的 紫外线 X射线和 射线是由于内层电子跃迁和原子核内状态改变时产生的 2 电磁波性质 是横波 在真空中以光速传播 满足f c和 h f 电磁波具有波粒二象性 各种电磁波的本质都是完全相同的 只是由于它们的波长 或频率 不同而具有不同的特性 因而探测记录它们的方法也不同 遥感常用的各光谱段的主要特性如下 紫外线 波长0 01 0 38 可见光 波长0 38 0 76 红外线 波长0 76 1000 微波 波长1mm 1m 3地物反射波谱曲线 地物反射波谱曲线除随不同地物 反射率 不同外 同种地物在不同内部结构和外部条件下形态表现 反射率 也不同 一般说 地物反射率随波长变化有规律可循 从而为遥感影像的判读提供依据 1 植被反射波谱曲线 规律性明显而独特 可见光波段 0 4 0 76 m 有一个小的反射峰 两侧有两个吸收带 这是因为叶绿素对蓝光和红光吸收作用强 而对绿光反射作用强 在近红外波段 0 7 0 8 rn 有一反射的 陡坡 至1 l m附近有一峰值 形成植被的独有特征 这是由于植被叶细胞结构的影响 除了吸收和透射的部分 形成的高反射率 在中红外波段 1 3 2 5 m 受到绿色植物含水量的影响 吸收率大增 反射率大大下降 特别是在水的吸收带形成低谷 叶绿素吸收波段 水的吸收 绿叶的反射率 植物波谱具有上述的基本特征 但仍有细部差别 这种差别与植物种类 季节 病虫害影响 含水量多少等有关系 为了区分植被种类 需要对植被波谱进行研究 9月20日玉米 大豆 5月20日小麦 油菜 不同树种 2 土壤反射波谱曲线 自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值 一般来讲土质越细反射率越高 有机质含量越高和含水量越高反射率越低 此外土类和肥力也会对反射率产生影响 由于土壤反射波谱曲线呈比较平滑的特征 所以在不同光谱段的遥感影像上 土壤的亮度区别不明显 不同质地土壤反射光谱曲线 3 水体反射波谱曲线 水体的反射主要在蓝绿光波段 其他波段吸收都很强 特别到了近红外波段 吸收就更强 所以水体在遥感影像上常呈黑色 但当水中含有其他物质时 反射光谱曲线会发生变化 水中含泥沙时 由于泥沙散射 可见光波段反射率会增加 峰值出现在黄红区 水中含叶绿素时 近红外波段明显抬升 这些都成为影像分析的重要依据 不同叶绿素浓度的海水反射光谱曲线 4 岩石反射波谱曲线 岩石的反射波谱曲线无统一的特征 矿物成分 矿物含量 风化程度 含水状况 颗粒大小 表面光滑程度 色泽等都会对曲线形态产生影响 几种岩石的反射波谱曲线 二 遥感图像目视解译 目视解译 指专业人员通过直接观察或借助判读仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程 1 遥感图像目视解译原理 遥感图像中目标地物的特征是地物电磁波的辐射差异在遥感影像上的反映 问题 根据目标地物在遥感影象上哪些特征来判定目标地物 请举例 1 目标地物的特征 色 指目标地物在遥感影像上的颜色 包括色调 颜色和阴影 形 指目标地物在遥感影像上的形状 包括形状 纹理 大小 图形等 位 指目标地物在遥感影像上的空间位置 包括目标地物分布的空间位置 相关布局等 2 目标地物识别特征 色调 全色遥感图像中从白到黑的密度比例叫色调 也叫灰度 颜色 是彩色图像中目标地物识别的基本标志 判读前通过反差调整和彩色增强后 成为目视判读的重要标志 3 形状 目标地物在遥感图像上呈现的外部轮廓 4 纹理 也叫内部结构 指遥感图像中目标地物内部色调有规则变化造成的影像结构 5 大小 指遥感图像上目标物的形状 面积与体积的度量 6 阴影 是图像上光束被地物遮挡而产生的地物的影子 据此可判读物体性质或高度 7 位置 指目标地物分布的地点 8 图形 目标地物有规律的排列而成的图形结构 组合图案 当地物较小时 在影像上表现为纹理 即某种地物类型有规律的重复出现 如农田 森林 9 相关布局 多个目标地物之间的空间配置关系 遥感原理 28 遥感原理 29 2 目视解译的生理与心理基础 问题一 为什么我们看在陆地上所拍摄的照片比遥感图象片更容易些 问题二 对比下图不同点 为什么 心理特点对遥感图像解译的影响同一时刻 只有一种地物是目标地物 图像的其余部分以目标地物的背景出现 此时判读者的注意力往往集中在目标地物上 判读者的知识和经验对目标地物的确认有一定的导向作用 因此 不同的解译者可能得出不同的结论 心理惯性对目标地物的识别有一定的影响 观察的时效性 正确辨认目标地物 需要一个最低限度的时间才能完成 3 目视解译的认知过程 遥感图像知觉形成的客观条件 遥感图像存在颜色差异或色调的差异 遥感图像颜色差异或色调的差异达到一定程度时 目标地物就容易与背景产生对比 形成纹理和形状 自下向上的过程 图像信息获取 特征提取 识别证据选取 自上向下的过程 特征匹配 提出假设 图像辨识 4 目视判读的方法 目视判读的方法 直接判读法 依据判读标志 直接识别地物属性 对比分析法 与该地区已知的资料对比 或与实地对比而识别地物属性 或通过对遥感图像不同波段 不同时相的对比分析 识别地物的性质和发展变化规律 逻辑推理法 根据地学规律 分析地物之间的内在必然分布规律 由某种地物推断出另一种地物的存在及属性 如由植被类型可推断出土壤的类型 根据建筑密度可判断人口规模等 三 遥感图像目视解译基础 遥感摄影像片的判读遥感扫描影象的判读微波影象的判读目视解译方法与基本步骤 1 遥感摄影像片的判读 1 遥感摄影像片的种类 1 可见光黑白全色像片 2 黑白红外像片 3 彩色像片 4 彩红外像片 5 多波段摄影像片 遥感摄影像片特点与解译标志 1 摄影像片的特点绝大部分为大中比例尺像片 各种人造地物的形状特征与图型结构清晰可辨 绝大部分采用中心投影 可以看到地物的顶部轮廓 2 摄影像片的解译标志解译标志又称判读标志 指能够反映和表现目标地物信息的遥感影像各种特征 这些特征能够帮助判读者识别遥感图像上目标地物或现象 直接判读标志形状 人造地物具有规则的几何外形和清晰的边界 自然地物具有不规则的外形和规则的边界 大小 不知道比例尺时 可以比较两个物体的相对大小 已知比例尺 可直接算出地物的实际大小和分布规模 阴影 本影 是地物未被太阳照射到的部分在像片上的构像 有助于获得地物的立体感 落影 是阳光直接照射物体时 物体投在地面上的影子在像片上的构像 色调与颜色 是地物波谱在像片上的表现 在黑白像片上 据地物间色调的相对差异区分地物 在彩色像片上据地物不同颜色的差异或色彩深浅的差异来识别地物 纹理 通过色调或颜色变化表现的细纹或细小的图案 这种细纹或细小的图案在某一确定的图像区域中以一定的规律重复出现 可揭示地物的细部结构或内部细小的物体 图型 是目标地物以一定规律排列而成的图型结构 揭示了不同地物间的内在联系 位置 指目标地物在空间分布的地点 间接解译标志 指能够间接反映和表现地物信息的遥感图像的各种特征 借助它可推断与某地物属性相关的其他现象 目标地物与其相关指示特征地物及与环境的关系目标地物与成像时间的关系 遥感摄影像片的判读方法 可见光黑白像片和黑白红外像片解译彩色像片与彩红外像片解译热红外像片的解译色调 地面温度的构像 形状 被探测地物与背景温度差异形成 热分布 形状 大小 地物的形状和热辐射特性影响影象的尺寸 阴影 目标地物与背景之间的辐射差异造成阴影 2 遥感扫描影像的判读 1 常见遥感扫描影像的主要特点及其应用 MSS影象 不同卫星上的波段对比 MSS各波段应用范围 重点 TM影象 TM影象与MSS影象的对比波段设置主要应用SPOT影象 产品形式主要应用1绿 2红 3近红外 4短波红外 其他遥感影象 2 遥感扫描影像特征与解译方法 遥感扫描影像特征1 宏观综合概括性强 空间分辨率越低 对地面景观概括性越强 对景物细节的表现力越差 2 信息量丰富 遥感扫描影像采用多波段记录地物的电磁波信息 每个波段都提供了丰富的信息 3 动态观测 资源卫星进入太空 就一刻不停地绕地球运转 以一定周期重复扫描地球表面 并及时向地面发送最新所获扫描影像 遥感影像主要解译方法1 先图外后图内 先了解影像图框外提供的各种信息 2 先整体后局部 先整体观察 综合分析目标地物与周围环境的关系 3 勤对比 多分析 多个波段对比 不同时相对比 不同地物对比 3 微波影像的判读 1 微波影像的特点侧视雷达采用非中心投影方式成像 与摄像机中心投影方式完全不同 微波影像中的分辨率是由成像雷达的斜距分辨率和方位向分辨率决定的 它们分别由脉冲的延迟时间和波束宽度来控制的 比例尺在横向上产生畸变 地形起伏位移 2 微波影像的应用范围海洋环境调查 地质制图和非金属矿产资源调查 洪水动态监测与评估 地貌研究与地图测绘 军事侦察 3 影像解译标志及地物影像特征 1 色调 雷达回波强度在微波影像上的表现 2 阴影 微波影像上出现的无回波区 3 形状 目标地物轮廓或外形的雷达