参考材料1-遥感图像目视解译-武大

1、遥感图像的目视解译 第一节 遥感图像解译概述一、遥感图像解译（Imagery Interpretation）的概念遥感图像是地物电磁波特性的实时记录。遥感图像能够提供给解译者的信息有：目标的光谱特征信息 主要由地物的类别、性质的差异决定目标的空间位置特征 目标随时间的动态信息不同的目标，在上述性质和特征上是不同的所以，遥感图像解译定义为：根据遥感图像所提供的影像特征及其对应目标的特点进行推理和判断将目标识别出来，并进行定性、定量分析的工作就称为遥感图像解译（判读）一、遥感图像解译（Imagery Interpretation）的概念遥感图像解译（判读）的本质就是：利用遥感图像提供的各种数据，再

2、结合解译者的学识和经验，确定空间什么位置（Where-Position）有什么目标（What-Qualitative）有多少(How-Quantitative）但是，遥感图像上的信息并非直接呈现出来，而是通过图像上复杂形式的色调、结构及它们的变化表现出来，因此要正确的认识它们必须具备相应的知识10m Resolution False Color Composite of SPOT-Multispectral Imagery(Nanjing,2002年11月7日) 二、图像解译的背景知识1专业知识 指需要熟悉所解译的学科及相关学科的知识。包括对地物成因联系、空间分布规律、时相变化以及地物与其他环

3、境要素间的联系等知识。比如遥感地质探矿，首先需具备地层、构造、蚀变带等与找矿直接相关的地质知识和经验，还需要了解植物分布、土壤等相关知识。2地理区域知识 指区域特点、人文自然景观等。每个区域有其独特的区域特征，即地域性，它影响到图像的图型结构等，它能直接帮助识别地物和现象3遥感系统知识 解译者必须了解每一图像是怎样生成的；不同遥感器是如何描述景观特征的，它使用的何种电磁波段，空间分辨率是多少等等，怎样从图像中获得有用的信息等 二、图像解译的背景知识遥感图像解译与日常目视观察有3点不同：A 遥感图像通常为“顶视-鸟瞰”，而不同于日常生活中的透视B 遥感图像常用可见光以外的电磁波段，而大多数我们熟

4、悉的特征是在可见光谱段，可以表现得十分不同C 遥感图像常用一种不熟悉或变化的比例和分辨率描述地球表面因此，对于初学者需要多对照地形图、实地或熟悉地物观测，以增强立体感和和景深印象，纠正视觉误差，积累图像判读经验遥感图像的解译过程是地面目标成像过程的逆过程，即从地面实况的模拟影像中提取遥感信息、反演地面原型的过程三、遥感图像解译的两种方式目视解译（Visual Interpretation） 借助人眼的观察和人的智能，结合一些量测工具（测微尺、放大镜、立体镜等）来识别图像中的目标。特点：解译者的学识和经验在判读中起主要作用，精度高，但难以对海量空间信息的定量化分析2 计算机图像理解（Comput

5、er Imagery Understanding）以计算机软硬件为支撑，利用模式识别技术（Pattern Recognition）和人工智能（Artificial Intelligence）技术，建立图像解译专家系统（Experts System)从而让计算机模拟人工解译过程，“读取遥感图像上的特征”，进而确定图像上的目标。 特点：速度快，处理方式灵活多样，整个处理过程通常是以人机交互方式进行，对计算机技术和算法要求较高，识别的精度通常不及目视解译一、目标地物的特征1 色：指目标地物在遥感影像上的颜色，包括色调、颜色和阴影。2 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。3

6、 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。第二节 遥感图像目视解译标志二、解译标志的概念解译标志（Interpretation Mark）：遥感图像上能帮助人们识别不同目标的那些影像特征。直接解译标志：能在遥感影像上直接看到可供判读的影像特征称为直接判读标志，如形状、大小、阴影、纹理、色调等；间接解译标志：指运用某些直接解译标志，根据地物的相关属性等地学知识，间接推断出的影像标志，如根据道路与河流相交处的特殊影像特征，可以判断渡口；根据植被、地貌与土壤的关系，来识别土壤类型和分布（如温带针叶林区多为灰化土）三、常用的解译标志1 色调/颜色（Tone/col

7、or） 指地物反射、辐射电磁波的性质和能量强弱在影像上的表现 全色遥感图像中从白到黑的密度比例叫色调 是彩色图像中目标地物识别的基本标志说明两点：a 解译者必须了解该解译图像中影像色调的支配因素 如可见光和近红外图像均反映地物“反射”波谱特征的差异，涉及地物的物质组成、水分含量等；而热红外图像则反映地物“发射”波谱特征的差异，是地物温度差异的记录； b 影像色调受到多种因素的影响 除了受目标本身的波谱特征因时因地、因环境变化而变化外，还受到成像高度、成像时间（光照角度、强度）、遥感器、观察角度、成像后处理等多种因素的影响，因此使用色调标志时要特别小心影响影像色调变化的因素：（1）地物本身的颜色

8、（2）地物表面的结构 表面结构不一致，其光滑程度有差异 a 光滑表面（镜面反射 Specular Reflection）若传感器照射方向与太阳入射方向一致，此时影像呈暗色调；若传感器照射方向逆着镜面反射的方向，则影像呈亮色调 b 无光泽表面（粗糙表面，漫反射Diffuse Reflection） 各方向上光线被均匀散射开来，因此无论哪个方向得到的影像色调均一 c 起伏不平的表面 阳坡（ Adret-Sunny Slope）影像色调亮 阴坡（Ubac-Shady Slope）影像色调暗（3）地物本身的反光能力（4）湿度的大小 通常湿度越大则影像色调越暗 利用此特征可以监测土壤湿度（5）摄影季节的

9、不同 春季植物色调浅，夏季色调深2阴影（Shadow） 指因倾斜照射，地物自身遮挡光源而造成影像上的暗色调阴影分为本影和投落阴影，前者是地物背光面在影像上呈现的暗色调构像，有助于获得目标的立体感；后者是地物背光方向地物投射到地面的暗斑在影像上的构像，它反映地物的侧面形态，可以根据侧影的长度及照射角度反算地物的高度，但是，因为阴影的遮盖会掩盖一些信息，给解译工作带来不便3大小（Size）指地物长、宽、高、面积、体积等在影像上的记录,地物影像的大小不仅能求得地物的数量特征，而且对判读地物的性质也有帮助。例如，单轨铁路和双轨铁路从形状上往往不易区分，但通过量算其宽度则很容易区分地物影像的大小取决于影

10、像的比例尺大小。因此，解译前要获得影像的比例尺4形状（Shape）是目标物的外形、轮廓 a 遥感图像记录的是目标物的顶面形状，不同于地面看的侧面形状 b 自然形成物往往形状复杂，不规则，轮廓边界呈现较圆滑自然的曲线 如河曲冲击扇、火山锥等；人为活动的产物一般具有规则的几何形状，拐角明显呈一定角度，如田块、果园、城镇建筑物等 c 影像的比例尺和分辨率对形状影响较大，小比例尺时，往往呈现的是综合体的形状5纹理（Texture）是指具有不同色调和形状的细微影像按某种规则排列组合的集合，这种细微影像称为纹理基元。它往往是指图像上地物表面质感（平滑、粗糙、细腻等）如“花格子衬衫”（强调单个事物的重复规则

11、排列，如果园果树的株行距、集约化程度高的田块排列，贵州山区梯田的排列）6图案（Pattern），即图型结构，是指多个人工目标重复排列的空间形式，它反映地物目标的空间分布特征。如建筑物、道路、绿化带形成的住宅区的图案7位置（Site）即地理位置，它反映地物所处的地点与环境，地物与周边的关系，如菜地多分布于居民点周围与河流两侧；机场多在大城市郊区的平坦地；堤坝与道路（形色难分），堤在河流两侧并与之平行，道路与居民点相连；有的植物生长于高地，有些只能生长在湿地8组合（Association）指某些目标的特殊表现和空间组合关系，它不同于那种严格按图型结构显示的空间排列，而指物体间一定的位置关系和排列方

12、式，即空间配置和布局如砖场由高烟囱、取土坑、堆砖场等组合而成；军事目标可能有雷达站、军车、军营及周围的配套的军事设施等组合第三节 遥感图像的目视解译过程一、目视解译的原则1从应用的目的出发，总体观察，全面分析图像特征。坚持先易后难，由粗入细，由整体到局部的原则2应充分利用各种解译标志，包括直接标志和间接标志，相互补充，彼此验证3随着多光谱和多平台遥感技术的发展，应尽可能创造条件开展多波段、多时相、多类型遥感图像的对比分析1 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。 二、遥感目视解译的方法2 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3 信息复合

13、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。4 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。5 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。三、目视解译的基本过程1准备阶段 根据解译的目的和经费的支撑选择适当空间分辨率、时相、光谱分辨率的遥感数据并进行波段组合进行彩色增强；尽量收集到质量好、现势性较强的地形图及有关专业图件和文字资料；编写解译标志表及说明草稿（这是一编检索表的过程，工作量大

14、）；野外选择典型地区进行粗查，为建立合理的解译标志表打好基础。2室内图像解译阶段 按解译的基本原则进行，对无法解译或把握不大的区域应记录下来，有待野外验证3野外验证与补充解译阶段4成果整理与制图总结阶段四、遥感解译过程的复杂性（Complexity）1 遥感图像显示的是某一特定地理环境的综合体，这种综合表现在两个方面： a 地理要素的综合 它反映的是地质、地貌、水文、土壤、植被、社会生态等多种自然、人为要素的综合，这些因子是密切相关、交织在一起，往往难以区分 b 遥感信息本身的综合 遥感图像可以是不同时间、空间、光谱、辐射分辨率的综合遥感数据对应的地理环境又是一个复杂的、多要素的、多层次的、具

15、有动态结构和明显地域差异的开放巨系统，它在时间和空间上是不断变化的，因而遥感信息中的 诸要素是相互关联、复杂变化的 因此，遥感解译过程是复杂的，主要体现在：1 地物波谱特征是复杂的，它受多种因素控制，本身也因时因地而变化2 自然界存在着大量的“同物异谱”和“同谱异物”现象3 地物的时空属性和地学规律是错综复杂的，各要素、各类别之间的关系是多种类型的地带性规律：由于太阳辐射随纬度分布的规律性，造成沿纬度的水平地带性现象，由于温度、湿度等随地形高度分布的规律性造成沿高度的垂直地带性现象，植物从播种到成熟的季节性变化规律等；有的具有随机性、不确定性，如自然灾害；有的具有模糊性,存在过渡渐变关系，如气

16、候带、草场类型的变化等为了提高解译过程的正确性、可靠性，必须补充必要的辅助数据（Ancillary）和先验知识（Priori Knowledge）-指地学、生物学、物理学、数学等专业知识，在GIS的支持下，发展一系列相关的、多层次的、综合的应用分析方法，进行遥感与地学综合分析第四节 遥感图像的目视解译一 目视解译的步骤1、发现目标 根据图上显示的各种特征和地物的判读标志，先大后小，由易入难，由已知到未知，先反差大的目标后反差小的目标，先宏观观察，后微观分析等，并结合专业判读的目的去发现目标。在判读时还应注意除了应用上一节讲到的直接的判读标志外，有些地物或现象应通过使用间接判读标志的方法来识别。

17、2、描述目标对发现的目标，应从光谱特征、空间特征、时间特征等几个方面去描述。因为各种地物的这些特征都各不相同，通过描述，再与标准的目标特征比较，就能判读出来。当然如果有经验的话，一经描述（这种描述有时也往往在目视观察中用脑子进行）同时也就判读出来。可将描述的标准目标特征，分门别类地列记下来，形成如下表所示的一览表，即建立判读标志，作为判读的依据。判读目标特征判读目标特征3、识别和鉴定目标利用已有的资料、对描述的目标特征，结合判读员的经验，通过推理分析（包括必要的统计分析）将目标识别出来。判读出来的目标还应经过鉴定后才能确认。鉴定的方法中野外鉴定最重要和最可靠，应在野外选择一些试验场进行鉴定，或

18、用随机抽样方法鉴定。鉴定后要列出判读正确与错误的对照表，最后求出判读的可信度水平。也可以利用地形图或专用图在确认没有变化，图上可靠的区域对判读结果进行鉴定，还可以使用一些统计数据加以鉴定。4、清绘和评价目标图上各种目标识别并确认后应清绘成各种专题图。对清绘出的专题图可量算各类地物的面积，估算作物产量和清查资源等，经评价后提出管理、开发、规划等方面的方案。1、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

19、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。 二遥感摄影像片的判读直接判读标志形状：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

20、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2 可见光黑白像片和黑白红外像片解译 目标地物的形状和色调是二者识别地物的主要标志 可见光黑白像片解译规律:越大,I越大,呈淡白色调 越小,I越小,呈暗灰色调 黑白红外像片解译规律: 的高低决定了影

21、像色调的深浅，对植被、水体有强区分的效果。香港香港2 彩色像片与彩色红外像片解译 彩色像片：基本反映地物的天然色彩，地物间的细微差异可以通过色彩变化表现出来。 形状和色彩 彩色红外像片：比彩色像片信息量更大，调查森林及农作物的病虫害及识别伪装。目标物 彩色像片的色彩 红外像片的色彩 健康植物（阔、针叶） 绿色 红色（洋红、红褐、紫色） 枯萎植物 绿色（黄绿色） 暗红色（青紫色） 秋天叶片 红色至黄色 黄色至白色 清澈之水 蓝绿色 深蓝色至黑色 阴影 蓝色、细节可见 黑色、细节可见 红岩床 红色 黄色 回顾A 健康植被反射绿光在负片上形成黄色染料，到正片后为蓝色（黄色的补色）；同时健康植被强烈反

22、射红外，在负片上形成青色染料，在正片上为红色（青的补色）。因此，正片上就是红+蓝=品红，但由于健康植被反射红外的能力是反射绿光能力的35倍，因此正片上应是红占优势，所以，健康的绿色植被在彩红外片上应是 红 品红B 感病初期绿色植被从肉眼看还呈现绿色，但此时其光谱特性已经有了明显的变化，其反射绿光和红外的能力迅速下降，并且由于细胞结构的病变其反射红外的能力与绿光的能力基本一致，所以理论上正片应该是品红色调，但品红变淡，就是俗称“暗红”色调。C 濒临死亡的植被，肉眼检测呈现黄色并不再反射红外，因此在负片上为红色，到正片3热红外像片的解译 地物具有热辐射特性，各种地物热辐射强度不同，在像片上具有不同

23、的色调和形状，是识别红外像片地物类型的重要标志。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白天：水体， 具有热容量大，增温慢，呈暗色调。道路吸热快，很快转换为热辐射，呈浅灰至白色 夜晚反之。 森林呈灰至灰黑色，蒸腾作用降温所致，草地夜晚呈黑色或灰色调。 土壤色调与含水量有关，岩石夜晚呈灰色至灰白色。 1 1、常见遥感扫描影像的主要特点及其应用、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

24、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: 三 遥感扫描影像的判读TM影像主要应用范围TM波段序号 波段名称 主要应用XS-1 0.49-0.61um（绿） 是叶绿素反射的次高峰，区分植被类型和评估作物长势，对水体有一定的穿透深度，干净水域能穿透10至20米，区分人造地物类型 XS-2 0.61-0.68um（红） 是叶绿素反射的低谷区，据此可以识别农作物类别，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XS-3 0.78-0.89um（近红外）是叶绿素反射的高峰，检测作物长势，区分植被类型，绘制水体边界，探测土壤含

25、水量XS-4 1.58-1.75um（短波红外） 探测植物含水量及土壤湿度，区别云与雪PAN 0.49-0.69um（全色） 2.5m分辨率，城市土地利用现状调查、城市道路动态更新，识别大型建筑物SPOT应用范围SPOT 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。四 微波遥感的判读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

26、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。回波信号强,呈白色色调,回波信号弱,呈暗色色调（2）阴影：微波影像上出现的无回波区。 地形起伏是产生阴影的主要原因（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。（2）微波影像的判读方

27、法采用由已知到未知的方法；对微波影像进行投影纠正；对微波影响进行立体观察。SAR传感器合成孔径雷达合成孔径雷达(SAR)(Synthetic Aperture Radar) SAR是一套多波束合成孔径是一套多波束合成孔径雷达，工作频率为雷达，工作频率为 5.3 GHz，属属C频段频段.白宫第五节 遥感制图一一 遥感影像地图遥感影像地图1 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，分为航空摄影影像地图.扫描影像地图和雷达影像地图.Windows Live Local（微软地图/ M

28、S Virtual Earth），也是一个基于地理信息服务的地图查询系统。新版的微软地图美化了界面，显得比以前漂亮了不少，另外，地图界面也显得更加详实，清晰。目前的Virtual Earth仍然属于试用版。打开MS Virtual Earth的默认主界面图（矢量道路层）.据有关介绍，微软的这个地图不仅仅是卫星图片，还增加了鸟瞰的功能，图片数据据说来源于高清晰航拍照片（如下图），这样微软地球就能够提供比Google Earth更高解析度和更高品质的图像。用户可以把图像放的更大，可以旋转视图从东西南北4各不同方向观看地貌。这些航空照片品质非常高，分辨率小于0.1米，视角高度距地面最小近约23米（，

29、也就如同站在20多米的楼顶看地面的效果，立体感的效果是卫星照片无法比拟的。几种地图服务软件或系统中的遥感影像地图介绍 MS Virtual Earth上的纽约街区图（航片）GoogleEarth上有部分影像采用的quickBird的0.61m的数据. 在中国,高分辨率的影像尚只局限于城市区(北京、上海等)和某些具有重要战略意义的区域。在高分辨率影像的城市中,道路中的斑马线已基本可见其轮廓NASA World Wind是NASA出的免费的影像地图服务软件。WorldWind功能和GoogleEarth差不多，是NASA作的全球三维GIS显示程序。WorldWind可以把与气象有关的最新数据显示出

30、来。除了显示地球上的信息外，WorldWind还可以提供火星和月球的相关信息、MODIS灾害性事件监视和全球气温变化。World Wind的最高解析度可以达到每像素代表15米，影像多数为Land Sat 7卫星数据。在美国地区，城市地区的图像分辨率与GOOLGE EARTH相一致，基本为QuickBird级遥感影像。比如美国的五角大楼，在NASA World Wind显示的很清晰。2 2 遥感影像地图的特点遥感影像地图的特点丰富的信息量:没有信息空白区域,信息量远远超过线划地图直观形象性:直观地反映地势起伏,河流蜿蜒曲折的形态,增加了 影像地图的可读性具有一定的数学基础:经过投影校正和几何校正

31、处理后的影像地 图,每个像元点都有自的坐标,根据比例尺与坐标网进行量测现势性强:获取信息快,成图周期短,能反映制图区域当前状况3 3 遥感影像地图的发展趋势遥感影像地图的发展趋势电子影像地图:以数字形式存贮,可以电子计算机的输出设备(显示屏)恢复为影像地图多媒体影像地图：是电子影像地图的发展,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。利用一定设备,可以看到立体全息影像 二二 常规制作遥感影像图常规制作遥感影像图影像地图的设计:根据用图要求选择影像地图内容,探讨表示方法,制图材料分析和数据处理,图面配置,生产流程、生产技术措施等遥感影像的选择、处理和识别：是制图质量和精度的保证，时相和波段的选择是重要的，同时进行增强处理和除噪，并进行目视解译地理基础底图的选取:一般选地形图作为地理基础底图。 基础底图比例尺和遥感制图比例尺一致。影像几何纠正：采用地面控制点或利用地理基础底图进行纠正制作线划注记版：在遥感影像图上套合地图基本要素，利用摄影仪进行摄影遥感影象地图的制印： 三 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