R第5章：遥感图像的目视解译与制图

第五章遥感图像目视解译与制图

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。目视解译的作用:1）通过目视解译可以核查图象处理的效果或计算机解译的精度，查看他们是否符合地域分异规律，这是计算机解译的一项基础工作。2）目视解译是遥感图象计算机解译发展的基础和其始点。1.1遥感图象目标地物识别特征遥感图象目视解译的目的是从遥感图象中获取需要的地学专题信息,需要解决的问题是判读出遥感图象中有哪些地物,它们分布在哪里,并对其数量特征进行粗略估计。第一节遥感图像目视解译原理一、目标地物的特征可以概括为: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、图型等。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。二、目标地物识别特征形状:目标地物在遥感图像上呈现的外部轮廓。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。大小:指遥感图像上目标物的形状、面积与体积的度量。位置:指目标地物分布的地点。图型:目标地物有规律的排列而成的图形结构。相关布局:多个目标地物之间的空间配置关系。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。(真彩色\假彩色)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。(不同波长的遥感影象的差别)地面各种地物在遥感图象中存在着不同的色、形、位的差异,构成了可供识别的目标地物特征。目视解译人员依据目标地物的特征,作为分析、解译、理解和识别遥感图象的基础。颜色、色调颜色、色调形状形状纹理、图型纹理、图型位置相关布局高度、阴影二、目视解译的生理与心理基础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.三、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.目视判读过程中,图形知觉的持续性取决于目标地物与背景的对比度。自下向上的过程（经验积累的过程）图像信息获取、特征提取、识别证据选取。自上向下的过程（经验应用的过程）特征匹配、提出假设、图像辨识遥感图象解译需要经历多次自下而上和自上而下的认知过程,每次循环,都会加深遥感图象的理解和认识。遥感图象目视判读必需重视图象解译实践和判读知识的积累,这是提高遥感图象目视判读质量的必经之路。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第二节遥感图像目视解译基础一、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明暗色调与真实景物近似（2）黑白红外像片地物在近红外波段反射率的强弱（3）彩色像片达到或接近天然彩色（4）彩红外像片绿蓝；红绿；红外红（5）多波段摄影像片多波段比较（6）热红外摄影像片彩红外热红外一、遥感摄影像片的判读2.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,形状有明显变形。顶部轮廓有别于日常视角。

（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。根据我们在判读过程中的利用方式分为直接判读标志和间接判读标志。

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。彩色红外像片上,正常的针叶林为深绿色,枯萎的植被为黄绿色;针叶林在真彩色像片上表现为绿色,在彩红外像片上为红到品红.植被病害图植被春季图植被秋季图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:地貌与水文地物及与环境的关系:地貌与植被目标地物与成像时间的关系一、遥感摄影像片的判读3.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可见光黑白像片和黑白红外像片上，目标地物的形状和色调是识别地物的主要标志。黑白像片识别和解译的规律是:可见光范围内反射率高的地物，在像片上呈现淡白色调，反射率低的地物，在像片上呈现暗灰色调。物体在近红外波段的反射率高低决定了在黑白红外像片上影象色调的深浅。在可见光黑白像片上,水泥地呈现灰白色,湖泊水体为深暗色.植被在可见光黑白像片上为暗灰色,在黑白红外像片上为浅灰色.黑白红外像片上水体为深灰色或灰黑色,水泥路比柏油路色调浅,含水量高的农田土壤比含水量少的色调深.彩色像片与彩红外像片解译彩色红外像片判读的步骤：1、了解彩色红外摄影感光材料的特性和成像原理；2、熟悉各种地物在可见光和近红外光波段的反射光谱特性；3、建立地物的反射光谱特性与像片假彩色的对应关系；4、建立彩红外像片的其他判读标志；5.遵循遥感解译步骤与方法对彩红外像片进行解译。根据地面实际调查建立各种地物的判读标志，在判读中要考虑环境等多种因素的影响。在彩红外像片上,由于植被在0.68微米有一个上升的反射率变化,且峰值落在近红外波段,因此健康的植被呈现红色,遭受病虫害的呈现暗红色,严重的为浅青色.采用植被枝叶伪装的为紫红色,用绿色伪装物的为蓝色.生长正常的针叶林为红色或品红色,枯萎的植被为暗红色,枯死的植被为青色.彩红外像片上,富营养化的水体为棕褐色或暗红色,含有泥沙或淤泥的水体为青色至浅蓝色,清洁的浅水为青蓝色,水体很深且洁净时为深蓝到暗黑色.热红外像片的解译热红外像片记录了地物发射热红外线的强度，地物热辐射强度不同在像片上具有的不同的色调和形状构像是识别热红外像片地物类型的重要标志。热红外像片的直接解译标志有: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.（河流）大小:地物的形状和热辐射特性影响影象的尺寸.（温差）阴影:目标地物与背景之间的辐射差异造成阴影夜间效果好于白天。热影象位移。热红外像片上白天道路为浅色调,水体为深色调,水林为暗灰到灰黑色;夜间道路为深色调,水体为浅色调,树木为浅灰色,草地为黑色调或暗黑色,含水量高的土壤比含水量低的色调浅,岩石为淡灰色;练习题1.在卫星图像上有密集树枝水系状图案特征的地貌为（）。A.黄土地貌B.风沙地貌C.岩溶地貌D.冰川地貌【答案】A2.枯萎的植被呈现（），将枯死的呈现（）。A、暗红色B、青色C、黄色D.蓝色【答案】A3.在卫星图象上有深灰色、花生外壳组合图案的地貌是（）。A.黄土地貌B.喀斯特地貌C.流水地貌D.石滩【答案】A4.在航片上区分果园与林地主要依据各自的（）特征。A.颜色B.色调C.图案D.组合图案、颜色、位置【答案】A5.在标准假彩色卫星图象上,某地物影象为轮廓类似湖泊的蓝黑色图斑,但边缘有红色斑点,可确定它为（）。A.林地B.湿地C.湖泊D.灯火【答案】A6.在标准假彩色图像上,城市呈（）。A.灰蓝色B.灰黑色C.白色D.黄色【答案】A7.对遥感图像做边缘增强方法有（）。A.做差值图像B.做比值图像C.非线性方程处理D.线性拉伸处理【答案】A一、名词解释(每题6分,共60分)1

地物反射波（光）2

双向反射率分布函数3

基尔霍夫定律4

瑞利散射5

大气窗口6

分辨率7

辐射亮度8

维恩位移定律9

高光谱10

小波分析二、问答题(每题12分,共60分)：1.

简述遥感数字影像增强处理的目的，例举一种增强处理方法，说明其原理和步骤。（12分）2.

比较非监督分类和监督分类方法。（12分）3.

利用雷达探测地物的机理及其优势。（12分）4.

光机扫描成像与CCD成像的比较。（12分）5.

晴空时大气对可见光遥感和红外遥感的影响有何特点？（12分）

三、论述题（30分）我国“风云一号”系列气象卫星是极轨气象卫星,其中“风云一号C星”及“风云一号D星”携带的多通道可见红外扫描辐射计(MVISR)有10个通道,各通道波长如下表。请谈谈这些探测波段在陆地地表遥感中的用途。（30分）通道号波长（微米）备注10.58-0.6820.84-0.8933.55-3.93410.3-11.3511.5-12.561.58-1.6470.43-0.48海洋水色80.48-0.5390.53-0.58100.90-0.965水汽二、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（重点）MSS影象:不同卫星上的波段对比;MSS各波段应用范围(重点P155)。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:中巴资源卫星与TM和SPOT卫星的对比美国陆地卫星五号(LANDSAT5)

陆地卫星5号载了主题成像传感器（TM）美国陆地卫星七号(LANDSAT-7)

陆地卫星7号于1999年4月15日由美国航空航天局发射,携带了增强型主题成像传感器（ETM+）法国SPOT卫星

欧空局ENVISAT卫星2002年3月1日（欧洲中部时间）

RADARSAT-1

RADARSAT卫星是加拿大于95年11月4日发射的,它具有7种模式、25种波束,不同入射角,因而具有多种分辨率、不同幅宽和多种信息特征。适用于全球环境和土地利用、自然资源监测等。

日本JERS-1卫星

JERS-1日本宇宙开发事业团于1992年发射。用于国土调查、农林渔业、环境保护、灾害监测。星上传感器SAR。

ERS卫星

ERS-1ERS-2欧空局分别于1991年和1995年发射。携带有多种有效载荷,包括侧视合成孔径雷达（SAR）和风向散射计等装置）,由于ERS-1（2）采用了先进的微波遥感技术来获取全天候与全天时的图象,比起传统的光学遥感图象有着独特的优点。

CBERS-1中巴资源卫星

CBERS-1中巴资源卫星由中国与巴西于1999年10月14日合作发射,是我国的第一颗数字传输型资源卫星

二、遥感扫描影像的判读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。TM:185*185；SPOT:950*950；CBERS:113*113；119.5*119.5；890*8902）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。SPOT:2-3D,LANDSAT:16D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。熟悉地物在不同波段的光谱特性，了解地物在不同空间分辨率影象上的表现，以及在不同假彩色合成影象的表现，熟悉扫描影象解译标志与解译方法，对于提高目视解译水平很有帮助。5.2.3微波影像的判读美国20世纪30年代微波辐射计50年代合成孔径雷达（SAR）1978年SEATSAT日本20世纪90年JERS-1.2俄罗斯ALMAZ加拿大1995年雷达卫星最完善、最先进中国起步20世纪70年代1979年X波段合成孔径雷达分辨率10多米1988年机载多极化合成孔径侧视雷达20-30M1995年海洋雷达高度计微波影象的质量以距离向分辨率和方位向分辨率距离向分辨率理论上等于脉冲宽度的一半；方位向分辨率与波长、天线孔径、与地物距离有关。1.微波影像的特点（1毫米—1米）特点：成像速度快；覆盖区域面积大；地面目标清晰可辨；应用潜力大与航空像片比较:1）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；2）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，航空像片分辨率与高度和距离有关系；3）比例尺在横向上产生畸变，航空像片随高度和距离发生变化；4）地形起伏位移总是向着飞行航迹线，航空像片总是偏离中心投影点。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回波在微波影像上的构像。自然地物外形不规则，人造地物外形规则。（4）纹理:微波影像上的周期性或随机性的色调变化。（5）图型:是某一群体各个要素在空间排列组合的形状。4.微波影像的判读（1）微波与目标地物相互作用规律随着地面由平滑表面向粗糙表面过渡,波影像上的色调则逐渐由深变浅。目标地物几何特征对微波影像的构像具有重要影响。阴影给微波带来很强的反差和立体感。复介电常数是描述物体表面电性能的。（2）微波影像的判读方法采用由已知到未知的方法；对微波影像进行投影纠正；对微波影像进行立体观察。5.2.4目视解译方法与基本步骤1.目视解译方法直接判读法:使用的直接判读标志有色调、色彩、大小、形状、阴影、纹理、图案等。对比分析法:同类地物对比分析、空间对比分析、时相动态对比法。信息复合法:利用透明专题图或透明地形图与遥感图像复合,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。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。根据遥感影像目视判读标志,直接确定目标地物属性与范围的一种方法。影像特征明显的地物,直接观察其形状、大小、色调、组合图案等,即可判读。1.直接判定法：（1）同类地物对比分析法（2）空间对比分析法（3）时相动态对比法同类地物对比分析法:在同一景遥感图像上，由已知地物推出未知目标地物的方法。如,居民点判读2.对比分析法根据判读区域的特点,选择另一个熟悉（已知）的与遥感图像区域特征类似的影像,将两个影像互相对比分析,由已知影像为依据判读未知影像的一种方法。利用同一地区不同时间成像的遥感影像对比分析,了解同一目标地物动态变化的一种解译方法。如,河流在洪水季节与枯水季节中的变化判读,对比分析,可进行洪水淹没损失评估。空间对比分析法:时相动态对比法:如,植被、土壤、岩石的判读将透明的专题图或地形图与遥感图像符合,根据专题图或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。如,利用TM影像图解译土壤类型,可以利用植物类型图TM影像图复合,增加植物类型辅助信息,根据植被类型与土壤类型有一定的对应关系,判读土壤类型。热带雨林和亚热带雨林——砖红壤性红壤亚热带常绿阔叶林——红壤或黄壤森林草原——黑钙土,草原——栗钙土,荒漠草原——灰钙土、综钙土。使用信息复合法的关键是遥感影像图必须与等高线图严格配准,才能保证地物边界的精度。3.信息复合法：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。如,铁路延伸到大山脚下,突然中断4.综合推理法公路与铁路区别大路与小路区别铁路隧道通过山中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。5.地理相关分析法如,泉眼呈线状分布隐伏断层2.目视解译步骤：准备工作初步解译与判读区的野外考察室内详细判读野外验证与补判目视解译成果转绘与制图1.资料准备（1）收集研究区域的多时相、多波段的航片；（2）收集航片的说明资料:航高、焦距、季节、时间等（3）收集判读区的地形图、地理图、有关专题地图、地理文献等。2.工具准备反光立体镜、放大镜、透明纸等；计算机、图像处理、判读软件。3.圈定航片的使用面积、制作像片图A.像片镶辑图、B.像片略图、C.像片平面图4.熟悉地理概况5.建立判读标志准备工作（1）综合解译,综合分析（2）统筹规划,分区判读,由表及里,循序渐进,去伪存真,静心解译。2.地理要素判读顺序（1）从已知到未知（2）先清晰后模糊（3）先山地后平原（4）先构造后岩性（5）先断裂,后褶皱,先线性构造,后环形构造（6）先岩浆岩,后沉积岩,在变质岩（7）先地表,后深部,先显露,后隐伏（8）先水体,后陆地（9）先道路,后周围地面（10）先大城市,再中小城市,再镇,最后村（11）先植被,后土壤,后岩石先森林,后灌丛,后草地1.原则室内详细判读3.具体操作先观察像片略图，掌握全区要素分布特点，再单张像片判读:（1）用透明纸蒙在航片上,勾绘影像明显地物的轮廓,并用编码注记。（2）用反光立体镜、放大镜观察细小、有疑问的影像,再勾绘。（3）对重要地物、现象、有疑问的影像作注记,以方便在野外校核时重点进行考察、验证。（4）拟定野外验证的计划确定观察路线、观察点；如何实现；时间安排；准备工作等。例11.图斑内容是否正确2.图斑界线是否定位准确3.疑难问题的补判到疑难问题地点观察和调查,确定其地物属性,建立新的判读标志,再次解译。野外验证与补判转绘成专题图的方法:1.解译成果手工转绘到具有精确地理基础控制的信息的聚脂薄膜上，绘制图框、图例和比例尺等，对专题图进行整饰。2.解译成果采用转绘仪转绘到具有精确几何基础的地理地图上，绘制专题图图框、图例和比例尺等，对专题图进行整饰。3.解译成果数字化后与数字底图复合，制作专题地图。目视解译成果转绘与制图第三节遥感制图遥感影像地图概念:遥感影像地图是一种以遥感影像和一定的地图符号来表现制图对象地理空间分布和环境状况的地图。按照内容分为普通遥感影像地图与专题遥感影像地图。按照传感器不同，分为航空摄影影象地图.扫描影象地图和雷达影象地图.遥感影像地图遥感影像地图的特点丰富的信息量直观形象性具有一定的数学基础现势性强遥感影像地图的发展趋势电子影像地图多媒体影像地图:直观、形象的影像信息再配以生动的声音解说等。立体全息影像地图:是利用从不同角度摄影获取的区域重叠的两张影像，构成像对。常规制作遥感影像图影像地图的设计遥感影像的选择、处理和识别地理基础底图的选取:一般选地形图作为地理基础底图。影像几何纠正制作线划注记版遥感影象地图的制印

3.计算机辅助遥感制图计算机辅助制图是在计算机系统支持下,根据地图制图原理,应用数字图像处理技术和数字地图编辑加工技术,实现遥感影像地图制作和成果表现的技术方法。1.遥感影像信息选取与数字化选取合适时相、恰当波段与指定地区的遥感图像。对航空像片与影像胶片需要数字化。2.地理基础底图的选取与数字化底图数字化前的准备工作:1)图面质量检查:地图变形情况、图面的清晰程度；2)按类别进行分要素标描，以免漏掉要素。3)多幅相邻底