第5章遥感数据的信息提取

1、第五章 遥感数据的信息提取 1 1 信息提取的原理和方法信息提取的原理和方法 2 2 航空像片的信息提取航空像片的信息提取 3 3 卫星像片的信息提取卫星像片的信息提取 4 4 遥感影像地图遥感影像地图1 1 信息提取的原理和方法信息提取的原理和方法n遥感图像中目标地物的特征是地物电磁波的辐射差异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。在遥感影像上的反映。n依据遥感图像上的地物特征，识别地物类型、性质、依据遥感图像上的地物特征，识别地物类型、性质、空间位置、形状、大小等属性的过程叫信息提取。空间位置、形状、大小等属性的过程叫信息提取。n信息提取的方法有：信息提取的方法

2、有：v目视判读法：是目前常用的方法。目视判读法：是目前常用的方法。v计算机分类法：有监督分类、非监督分类、模式识计算机分类法：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。能等数据挖掘技术方法。遥感图象的解译特征遥感图象的解译特征判读标志判读标志：又称解译标志，它是指：又称解译标志，它是指能够反映目标地物信息的遥感影像的能够反映目标地物信息的遥感影像的各种特征，这些特征能帮助判读者识各种特征，这些特征能帮助判读者识别遥感影像上目标地物或现象别遥感影像上目标地物或现象。直接判读标志直接判读标志：指能够直

3、接反映和表指能够直接反映和表现目标地物信息的遥感影像的各种特征。现目标地物信息的遥感影像的各种特征。如目标地物的大小、形状、色调、如目标地物的大小、形状、色调、 阴影、阴影、纹理、图型、位置及与周围的关系。纹理、图型、位置及与周围的关系。间接判读标志：间接判读标志：指能够间接反映和表现指能够间接反映和表现目标地物信息的遥感影像的各种特征，借目标地物信息的遥感影像的各种特征，借助它可以推断与目标的属性相关的其他现助它可以推断与目标的属性相关的其他现象。象。直接判读标志直接判读标志 ：v色调色调/色彩：判读前通过反差调整和彩色增强后，成为色彩：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

4、。目视判读的重要标志。v形状：是目视判读最直观的标志。形状：是目视判读最直观的标志。v大小：根据地物间的相对大小，区分地物。大小：根据地物间的相对大小，区分地物。v阴影：可判读地物的高度，但也遮挡部分地物信息。阴影：可判读地物的高度，但也遮挡部分地物信息。v组合图案：当地物较小时，在影像上表现为纹理，即某组合图案：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。种地物类型有规律的重复出现。如农田、森林。 Tone 色调 Shape形状 Size 大小Texture 纹理 Shadow阴影阴影 目视判读的方法目视判读的方法 v直接判读法：依据判读标志，直接识别地物

5、属性。直接判读法：依据判读标志，直接识别地物属性。v对比分析法：与该地区已知的资料对比，或与实地对比对比分析法：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。相的对比分析，识别地物的性质和发展变化规律。v逻辑推理法：根据地学规律，分析地物之间的内在必然逻辑推理法：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。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，根据建筑密度可判如由植被类型可推断出土

6、壤的类型，根据建筑密度可判断人口规模等。断人口规模等。目 视 解 译 一 般 程 序类 型 转 绘 与 制 图详 细 解 译地 面 实 况 调 查预 解 译建 立 解 译 标 志分 析 已 知 专 业 资 料了 解 影 像 的 辅 助 信 息(1)(1)了解影像的辅助信息：了解影像的辅助信息：即即熟悉获取影像的平台、遥感器，熟悉获取影像的平台、遥感器，成像方式，成像日期、季节，成像方式，成像日期、季节，影像的比例尺，空间分辨率，影像的比例尺，空间分辨率，彩色合成方案等。彩色合成方案等。 2)2)分析已知专业资料：分析已知专业资料：目视解目视解译的最基本方法是从译的最基本方法是从“已知已知”到到

7、“未知未知”，所谓，所谓“已知已知”就就是已有相关资料或解译者已掌是已有相关资料或解译者已掌握的地面实况，将这些地面实握的地面实况，将这些地面实况资料与影像对应分析，以确况资料与影像对应分析，以确认二者之间的关系。认二者之间的关系。 (3)(3)建立解译标志：建立解译标志：根据影像根据影像特征，即形状、大小、阴影、特征，即形状、大小、阴影、色调、颜色、纹理、图案、位色调、颜色、纹理、图案、位置和布局建立起影像和实地目置和布局建立起影像和实地目标物之间的对应关系。标物之间的对应关系。 目视判读的步骤目视判读的步骤2 2 航空像片的信息提取航空像片的信息提取n航空像片一般用摄影的方法获得，航高在航

8、空像片一般用摄影的方法获得，航高在10km以内的以内的对流层。对流层。n目前常用的航空像片类型为彩色红外像片。目前常用的航空像片类型为彩色红外像片。n航空像片的比例尺大、分辨率高，常用直接判读法和对航空像片的比例尺大、分辨率高，常用直接判读法和对比分析法。比分析法。n一般依据航片上地物的形状和色彩就可判读地物属性。一般依据航片上地物的形状和色彩就可判读地物属性。n航空像片主要应用在城市遥感中。航空像片主要应用在城市遥感中。一、判读标志一、判读标志n航片判读：根据像片上反映的地物影像识别地物的性质航片判读：根据像片上反映的地物影像识别地物的性质和数量特征，并研究其分布和发生发展的规律。和数量特征

9、，并研究其分布和发生发展的规律。n判读的标志：判读的标志： 形状；形状； 大小；大小； 色调色调/颜色；颜色； 影阴；影阴； 组合图案组合图案/纹理结构。纹理结构。2 2 航空像片的信息提取航空像片的信息提取二、居民地和道路的判读二、居民地和道路的判读n城市居民地的判读特点：房屋稠密，面积较大，建筑物城市居民地的判读特点：房屋稠密，面积较大，建筑物排列整齐，能判读建筑物的形状、高度和周边环境。排列整齐，能判读建筑物的形状、高度和周边环境。n农村居民地的判读特点：小而分散，有农田包围，能判农村居民地的判读特点：小而分散，有农田包围，能判读居民地的外形和面积及通向居民地的道路。读居民地的外形和面积

10、及通向居民地的道路。道路的判读特点：线状分布，色调较亮。道路的判读特点：线状分布，色调较亮。2 2 航空像片的信息提取航空像片的信息提取三、水体的判读三、水体的判读n河流判读：界线明显、弯曲自然、宽窄不一的条带状。河流判读：界线明显、弯曲自然、宽窄不一的条带状。能判读流向、河宽、流速、桥梁、码头等附属物。能判读流向、河宽、流速、桥梁、码头等附属物。n湖泊的判读：轮廓明显的形状、色调较暗。能判读其形湖泊的判读：轮廓明显的形状、色调较暗。能判读其形状、面积。状、面积。海域的判读：能清晰地判读出海岸线、潮侵地带、高潮、海域的判读：能清晰地判读出海岸线、潮侵地带、高潮、低潮位置。低潮位置。2 2 航空

11、像片的信息提取航空像片的信息提取 四、四、 地貌的判读地貌的判读 利用航片能判读地貌的类型、形态。如流水地貌、利用航片能判读地貌的类型、形态。如流水地貌、冰川地貌、风沙地貌、黄土地貌、火山地貌等。冰川地貌、风沙地貌、黄土地貌、火山地貌等。五、植被的判读五、植被的判读n判读标志为：色调判读标志为：色调/色彩和纹理结构。色彩和纹理结构。n纹理结构：细小地物在影像上构成的组合图案。地物的纹理结构：细小地物在影像上构成的组合图案。地物的性质不同，组合图案也不同，以此来判读地物群体的性性质不同，组合图案也不同，以此来判读地物群体的性质。质。n以判读植物群落为主。以判读植物群落为主。2 2 航空像片的信息

12、提取航空像片的信息提取 内容：内容： 按判读标志解译所给的航片，区分出居民地、农田按判读标志解译所给的航片，区分出居民地、农田类型、河流、流向、道路等地表覆盖类型，理解判读标类型、河流、流向、道路等地表覆盖类型，理解判读标志的含义，初步掌握图像识别的方法。志的含义，初步掌握图像识别的方法。3 3 卫星图像的信息提取卫星图像的信息提取q卫星遥感以多波段为主，判读前先进行彩色增强处理，卫星遥感以多波段为主，判读前先进行彩色增强处理，提高目视判读的分辨率。提高目视判读的分辨率。q判读方法主要是对比分析和地物纹理特征。判读方法主要是对比分析和地物纹理特征。q高分辨率的卫星遥感图像彩色合成后，与航空像片

13、的判高分辨率的卫星遥感图像彩色合成后，与航空像片的判读方法类似。如读方法类似。如IKONOS，QuickBird。一、一、LandsatLandsat卫星图像特征卫星图像特征光谱特性：由于各种地物组成的物质成分、结构、理化光谱特性：由于各种地物组成的物质成分、结构、理化性质的差异，导致不同的地物对电磁波的反射存在着差性质的差异，导致不同的地物对电磁波的反射存在着差异，并且致使地物的热辐射性质也不完全相同。同一地异，并且致使地物的热辐射性质也不完全相同。同一地物在不同的波谱段，其反射的电磁波与热辐射也有差异。物在不同的波谱段，其反射的电磁波与热辐射也有差异。反映在图像上为：相同地物在不同波谱段的

14、图像上色调反映在图像上为：相同地物在不同波谱段的图像上色调会不同。这叫做地物的光谱效应。会不同。这叫做地物的光谱效应。nMSS的光谱效应。的光谱效应。vMSS4：0.50.6m，对水体有一定的透视能力，能，对水体有一定的透视能力，能判读出水下地形。判读出水下地形。3 3 卫星像片的信息提取卫星像片的信息提取vMSS5：0.60.7m，对水体有一定的透视能力，对，对水体有一定的透视能力，对海水中的泥沙流、河流中的悬浮物有明显的反映；能区海水中的泥沙流、河流中的悬浮物有明显的反映；能区分死树和活树，活树色调较深。分死树和活树，活树色调较深。vMSS6：0.70.8m，水体为暗色，对地物的湿度有，水

15、体为暗色，对地物的湿度有明显反映；能反映植物的健康状况。明显反映；能反映植物的健康状况。vMSS7：0.81.1m，与，与MSS6相似，但水体更黑，相似，但水体更黑，湿地色调更黑；能明显区分植物的健康状况。湿地色调更黑；能明显区分植物的健康状况。vMSS8：10.412.6m，反映地物的热辐射性质。地，反映地物的热辐射性质。地表温度高，热辐射就强，色调就浅。表温度高，热辐射就强，色调就浅。TM的光谱效应的光谱效应nTM1对水体有较强的透视能力。对水体有较强的透视能力。nTM2-TM4与与MSS4-MSS6相似。相似。nTM5，TM7属于近红外波段，对岩石有明显的区分能属于近红外波段，对岩石有明

16、显的区分能力，对植物也有明显的反映，属于反射峰值。力，对植物也有明显的反映，属于反射峰值。nTM6与与MSS8相同。相同。ETM+的光谱特性的光谱特性q除除PAN波段外，其余与波段外，其余与TM相同。相同。空间分辨率空间分辨率n空间分辨率：是指陆地卫星成像时的地面采样大小，在空间分辨率：是指陆地卫星成像时的地面采样大小，在图像上就称为像元，是图像的最小成像单元。图像上就称为像元，是图像的最小成像单元。n MSS4-MSS7 79 mn MSS8 240 mn TM1-TM5，TM7 30 mn TM6 120 mn ETM6 60 mn PAN 15 m二、水体判读二、水体判读n水体在卫星图像

17、上要较其他地物容易判读。水体在卫星图像上要较其他地物容易判读。n尤其在近红外波段的影像上，由于水体对近红外的强烈尤其在近红外波段的影像上，由于水体对近红外的强烈吸收，水体为黑色，与周围地物的界限很清楚。吸收，水体为黑色，与周围地物的界限很清楚。n湖、河、海以其外部形态，很容易区别。湖、河、海以其外部形态，很容易区别。n水中的泥沙含量等状况，在可见光短波影像上有显示。水中的泥沙含量等状况，在可见光短波影像上有显示。一般水浅或含沙量大的色调浅。一般水浅或含沙量大的色调浅。水体明显易判的特点，常作为其他地物定点定位的标志。水体明显易判的特点，常作为其他地物定点定位的标志。3 3 卫星像片的信息提取卫

18、星像片的信息提取三、地貌的判读三、地貌的判读n地貌在卫星图像判读时是较为直观的要素。地貌在卫星图像判读时是较为直观的要素。n卫星图像的比例尺小，能反映大的地貌形态特征，如平卫星图像的比例尺小，能反映大的地貌形态特征，如平原、山地、丘陵。原、山地、丘陵。n能判读主要的地貌类型及范围，如风沙地貌、黄土地貌、能判读主要的地貌类型及范围，如风沙地貌、黄土地貌、冰川地貌、火山地貌、流水地貌等。冰川地貌、火山地貌、流水地貌等。3 3 卫星像片的信息提取卫星像片的信息提取四、植被的判读四、植被的判读n卫星图像上，植被是群体的特征，不能反映个体的形态，卫星图像上，植被是群体的特征，不能反映个体的形态，只能判读

19、出植被的类型、生长状况、分布范围。只能判读出植被的类型、生长状况、分布范围。n植被类型的判读要依据纹理结构和色调，并要有该地植植被类型的判读要依据纹理结构和色调，并要有该地植物群落组成和植被分类图等资料，要经过实地调查和验物群落组成和植被分类图等资料，要经过实地调查和验证。证。植被的判读一般要用多波段合成的图像，如标准假彩色植被的判读一般要用多波段合成的图像，如标准假彩色合成图像。在该图像上植被为红色。合成图像。在该图像上植被为红色。五、城镇与道路的判读五、城镇与道路的判读n城镇的光谱是建筑物和水泥下垫面的综合反映，与周围城镇的光谱是建筑物和水泥下垫面的综合反映，与周围环境的反差较大，能判读出

20、城镇的外形和面积。环境的反差较大，能判读出城镇的外形和面积。n城镇的内部结构的判读，取决于图像的分辨率。城镇的内部结构的判读，取决于图像的分辨率。道路呈长条状，故提高了分辨率，一般能判读出形态和道路呈长条状，故提高了分辨率，一般能判读出形态和长度，区分道路的等级。长度，区分道路的等级。3 3 卫星像片的信息提取卫星像片的信息提取六、土地覆盖与土地利用的判读六、土地覆盖与土地利用的判读n土地覆盖与土地利用的含义大同小异。土地覆盖与土地利用的含义大同小异。n图像反映出来的是地表覆盖状况，该状况的类型根据土图像反映出来的是地表覆盖状况，该状况的类型根据土地分类标准而定。地分类标准而定。n我国土地分类

21、：一级大类统一，二级各地确定。我国土地分类：一级大类统一，二级各地确定。n一级类型：耕地一级类型：耕地林地林地草地草地园地园地居住用地居住用地工矿工矿用地用地交通用地交通用地水域水域特殊用地特殊用地难利用地。难利用地。3 3 卫星像片的信息提取卫星像片的信息提取遥感图像的计算机解译遥感图像的计算机解译n4.1 4.1 分类的原理和步骤分类的原理和步骤n4.2 4.2 非监督分类非监督分类n4.3 4.3 监督分类监督分类n4.4 4.4 图像分类的有关问题图像分类的有关问题 目视判读分类所依据的是影像色调和目视判读分类所依据的是影像色调和几何特征等解译标志几何特征等解译标志, ,而计算机分类的

22、对而计算机分类的对象是数字图像象是数字图像, ,地物的所有特征都是通过地物的所有特征都是通过数字化的灰度值反映出来的数字化的灰度值反映出来的, ,因此因此, , 计算计算机分类是建立在对图像像元灰度值的统机分类是建立在对图像像元灰度值的统计、运算、对比和归纳基础上进行的。计、运算、对比和归纳基础上进行的。 遥感图像计算机分类是基于数字图遥感图像计算机分类是基于数字图像中所反映的同类地物的光谱相似性和像中所反映的同类地物的光谱相似性和异类地物的光谱差异性进行的。异类地物的光谱差异性进行的。 分类原理分类原理: :( (一一) )分类预处理分类预处理( (二二) ) 特征选择特征选择( (三三)

23、) 分类分类( (四四) ) 分类后处理分类后处理( (五五) ) 专题图制作专题图制作分类步骤分类步骤: : 4.2 4.2非监督分类非监督分类1 1、非监督分类的概念：、非监督分类的概念：非监督分类的前提非监督分类的前提是假定遥感影像上的同是假定遥感影像上的同类物体在同样条件下具有相同的光谱信息特征。类物体在同样条件下具有相同的光谱信息特征。非监督分类方法不必对影像地物获取先验知识非监督分类方法不必对影像地物获取先验知识, ,仅依靠影像上不同类地物光谱信息仅依靠影像上不同类地物光谱信息( (或纹理信息或纹理信息) )进行特征提取进行特征提取, ,再统计特征的差别来达到分类的再统计特征的差别

24、来达到分类的目的目的, ,最后对巳分出的各个类别的实际属性进行最后对巳分出的各个类别的实际属性进行确认确认。2 2、非监督分类方法：、非监督分类方法：主要采用聚类分析方法主要采用聚类分析方法, ,聚类是把一聚类是把一组像素按照相似性归成若干类别组像素按照相似性归成若干类别, ,即即“物物以类聚以类聚”。它的目的是使得属于同一类别。它的目的是使得属于同一类别的像素之间的距离尽可能的小而不同类别的像素之间的距离尽可能的小而不同类别上的像素间的距离尽可能的大。其常用方上的像素间的距离尽可能的大。其常用方法如下法如下: :(1) (1) 分级集群法分级集群法(Hierarchical clusteri

25、ng) (Hierarchical clustering) (2) (2) 动态聚类法动态聚类法ISODATAISODATA方法在动态聚类法中具有代表性。方法在动态聚类法中具有代表性。 4.3 .3 监督分类监督分类1 1、监督分类的概念：、监督分类的概念： 首先需要从研究区域选取有代表性的训练场首先需要从研究区域选取有代表性的训练场地作为样本。根据已知训练区提供的样本地作为样本。根据已知训练区提供的样本, ,通过通过选择特征参数选择特征参数( (如像素亮度均值、差等如像素亮度均值、差等),),建立判建立判别函数别函数, ,据此对样本像元进行分类据此对样本像元进行分类, ,依据样本类别依据样本

26、类别的特征来识别非样本像元的归属类别。的特征来识别非样本像元的归属类别。 监督分类包括利用训练区样本建立判别函数的监督分类包括利用训练区样本建立判别函数的“学习学习”过程和把待分像元代入判别函数进行判过程和把待分像元代入判别函数进行判别的过程。别的过程。监督分类对训练场地的选取具有一定要求监督分类对训练场地的选取具有一定要求: : 训练场地所包含的样本在种类上要与待分区训练场地所包含的样本在种类上要与待分区域的类别一致。训练样本应在各类目标地物面积域的类别一致。训练样本应在各类目标地物面积较大的中心选取较大的中心选取, , 这样才有代表性。如果采用最这样才有代表性。如果采用最大似然法大似然法,

27、 ,分类要求各变量正态分布分类要求各变量正态分布, , 因此训练因此训练样本应尽量满足这一要求。样本应尽量满足这一要求。 2 2、监督分类中常用的具体分类方法、监督分类中常用的具体分类方法: (1)(1) 最小距离分类法最小距离分类法 (2) (2) 多级切割分类法多级切割分类法 (3) (3) 特征曲线窗口法特征曲线窗口法 (4) (4) 最大似然比分类法最大似然比分类法3. 监督分类和非监督分类方法比较监督分类和非监督分类方法比较监督分类和非监督分类的监督分类和非监督分类的根本区别点在于根本区别点在于是否利用训练是否利用训练场地来获取先验的类别知识场地来获取先验的类别知识, ,监督分类根据训练场提供的监督分类根据训练场提供的样本选择特征参数样本选择特征参数, ,建立判别函数建立判别函数, ,对待分类点进行分类。对待分类点进行分类。因此因此, ,训练场地选择是监督分类的关键。由于训练场地要训练场地选择是监督分类的关键。由于训练场地要求有代表性求有代表性, , 训练样本的选择要考虑到地物光谱特征训练样本的选择要考虑到地物光谱特征, ,样样本数目要能满足分类的要求本数目要能满足分类的要求, ,有时这些