遥感影像及统计分析

遥感影像及统计分析遥感影像及统计分析第1页第二讲遥感影像及其统计分析

《遥感数字图像处理》教程遥感影像及统计分析第2页教学提要一、遥感成像过程

二、遥感数字影像数据

三、遥感影像其它数据

四、遥感影像信息内容

五、遥感影像特征统计分析

退出遥感影像及统计分析第3页一、遥感成像过程遥感影像及统计分析第4页返回遥感影像及统计分析第5页二、遥感数字影像数据（一）四种数据源（二）影像数据格式（三）影像数据分辨率（四）影像数据辅助信息遥感影像及统计分析第6页（一）四种数据源（1）多光谱数据源光谱分辨率在λ/10数量级范围称为多光谱(Multispectral)，这么遥感器在可见光和近红外光谱区只有几个波段，如美国LandsatMSS，TM，法国SPOT等。遥感影像及统计分析第7页（一）四种数据源（2）高光谱数据源

光谱分辨率在λ/100遥感信息称之为高光谱遥感(Hyperspectral);伴随遥感光谱分辨率深入提升，在到达λ/1000时，遥感即进入超高光谱(Ultraspeetral)阶段。遥感影像及统计分析第8页（一）四种数据源（3）全色波段数据源全色波段，普通指使用0.5微米到0.75微米左右单波段，即从绿色往后可见光波段。因为是单波段，在图上显示是灰度图片。全色遥感影象普通空间分辨率高，但无法显示地物色彩。实际操作中，咱们经常将之与波段影象融合处理，得到现有全色影象高分辨率，又有多波段影象彩色信息影象。

遥感影像及统计分析第9页（一）四种数据源（4）SAR数据源合成孔径雷达数据源，航天飞机也可载合成孔径雷达。返回遥感影像及统计分析第10页（二）影像数据格式

存放形式：灰度值矩阵遥感影像及统计分析第11页（二）影像数据格式

存放形式：灰度值矩阵遥感影像及统计分析第12页（二）影像数据格式

存放形式：灰度值矩阵遥感影像及统计分析第13页（二）影像数据格式

存放形式：灰度值矩阵遥感影像及统计分析第14页（二）影像数据格式

存放形式：灰度值矩阵遥感影像及统计分析第15页（二）影像数据格式

存放文件格式：遥感影像及统计分析第16页（二）影像数据格式

（1）BSQ方式(bandsequential)

各波段二维影像数据按波段次序排列。(((像元号次序)，行号次序)，波段次序)遥感影像及统计分析第17页（二）影像数据格式

(2)BIL方式(bandinterleavedbyline)

对每一行中代表一个波段光谱值进行排列，然后按波段次序排列该行，最终对各行进行重复。(((像元号次序)，波段次序)，行号次序)遥感影像及统计分析第18页（二）影像数据格式

(3)BIP方式(bandinterleavedbypixel)

在一行中，每个像元按光谱波段次序进行排列，然后对该行全部像元进行这种波段次序排列，最终对各行进行重复。((波段次序，像元号次序)，行号次序)返回遥感影像及统计分析第19页（三）影像数据分辨率

分辨率是用于统计数据最小度量单位。广义上普通用来描述在显示设备上所能够显示点数量(行、列)，或在影像中一个像元点所表示面积。在描述遥感数据时，存在四种类型分辨率：遥感影像及统计分析第20页（1）光谱分辨率光谱分辨率指成像波段范围，分得愈细，波段愈多，光谱分辨率就愈高，反之光谱分辨率越粗糙。现在技术能够到达5~6nm（纳米）量级，400多个波段。细分光谱能够提升自动区分和识别目标性质和组成成份能力。

（三）影像数据分辨率

遥感影像及统计分析第21页（2）空间分辨率是指遥感器所能分辨最小目标大小，或指影像中一个像元点所表示地面面积。空间分辨率越高，则目标和面积值越小。（三）影像数据分辨率

遥感影像及统计分析第22页（2）空间分辨率（三）影像数据分辨率

30Meter10Meter1Meter遥感影像及统计分析第23页（2）空间分辨率（三）影像数据分辨率

遥感影像及统计分析第24页（3）辐射分辨率又称亮度阈值，是指在一个波段中所统计代表地物反射电磁波强度(表现为亮度或灰度)全部可能数值。在影像中表现为影像灰度级。（三）影像数据分辨率

遥感影像及统计分析第25页（3）辐射分辨率辐射分辨率计算公式：RL=（Rmax-Rmin）/D其中Rmax为最大辐射量值，Rmin为最小辐射量值，D为量化级。

（三）影像数据分辨率

遥感影像及统计分析第26页（4）时间分辨率是指对同一地域进行重复观察频率。比如，是每16天还是每3天重复一次。（三）影像数据分辨率

返回遥感影像及统计分析第27页（四）影像数据辅助信息返回遥感影像及统计分析第28页三、遥感影像其它数据返回（一）定标、验证数据（二）地面实况调查（三）地面定位数据（四）地图数据（五）数字地形数据遥感影像及统计分析第29页（一）定标、验证数据定标(calibration)是把所得到测量值变换成绝对亮度，或指定与地表反射率及表面温度等物理量相关处理过程。遥感影像及统计分析第30页（一）定标、验证数据遥感影像及统计分析第31页（一）定标、验证数据遥感影像及统计分析第32页（一）定标、验证数据因为大气散射影响，必须对观察数据进行验证，经常见基于地面实况数据进行验证方法。这些地面数据被称为验证数据。遥感影像及统计分析第33页（一）定标、验证数据返回遥感影像及统计分析第34页（二）地面实况调查地面实况调查(groundtruth)是指为了检验遥感数据与观察目标物对应关系而对地面实况信息进行观察、测量、搜集工作。返回遥感影像及统计分析第35页（三）地面定位数据在进行遥感影像几何精校正时，必须要有地面控制点。适于作为地面控制点是能够在影像上识别出一点和它所对应地面上相同一点，而且能够正确知道该点在影像上位置(像元号、行号)和在地图上位置(纬度、经度、高度)。遥感影像及统计分析第36页（三）地面定位数据定位方法有：（1）地形图法：简单，但不适于缺乏高精度地形图地域。（2）GPS定位法：GlobalPositioningSystem：返回遥感影像及统计分析第37页（四）地图数据

地图信息能够提供以下功效：①调查区域概查：②几何校正控制点设置：③辅助性地面实况数据获取及判读参考：④分析、判读结果整理与表示：遥感影像及统计分析第38页（四）地图数据

常见地图数据：遥感影像及统计分析第39页（四）地图数据

数字高程模型（DigitalElevationModel简称DEM）是在高斯投影平面上规则格网点平面坐标（x,y）及其高程（z）数据集。Dem水平间隔可随地貌类型不一样而改变。依据不一样高程精度，可分为不一样等级产品。遥感影像及统计分析第40页（四）地图数据

数字正射影像图（DigitalOrthophotoMap简称DOM）是利用数字高程模型对扫描处理数字化航空相片/遥感相片（单色/彩色），经逐一象元进行投影差更正，再按影像镶嵌，依据图幅范围剪裁生成影像数据.普通带有公里格网、图廓内/外整饰和注记平面图。遥感影像及统计分析第41页（四）地图数据

数字线划地图（DigitalLineGraphic简称DLG）是现有地形图上基础地理要素矢量数据集，且保留要素间空间关系和相关属性信息。遥感影像及统计分析第42页（四）地图数据

（DigitalRasterGraphic简称DRG）是纸质地形图数字化产品。每幅图经扫描、纠正、图幅处理及数据压缩处理后，形成在内容、几何精度和色彩上与地形图保持一致栅格文件。返回遥感影像及统计分析第43页（五）数字地形数据

数字地形数据是表示地形形状数据，也叫数字地形模型(DTM：digitalterrainmodelorDEM：digitalelevationmodel)。遥感影像及统计分析第44页（五）数字地形数据

地形形状(地表面形状)表示方法大致分为以下4种：①等高线表示法：用含有等间隔高度等高线集合表示地形方法。遥感影像及统计分析第45页（五）数字地形数据

②网格点表示法：经过在水平面上布置格点(网格点)标高数据表示地形形状方法。格点以外地点标高由周围格点标高数据内插求出。遥感影像及统计分析第46页（五）数字地形数据

③随机点表示法：经过在水平面上随机布置点水平位置坐标和标高数据表示地形形状方法。近似地表示地表面形状方法叫TIN(triangulatedirregularnetwork：不规则三角形网络)。该方法只有按地形起伏自由变更标高点密度优点，对高速检索周围随机点必须加以尤其考虑。遥感影像及统计分析第47页（五）数字地形数据

④函数表示法：经过曲线函数等用曲面表示地表面方法。返回遥感影像及统计分析第48页四、遥感影像信息内容返回（一）遥感影像波谱信息 （二）遥感影像空间信息（三）遥感影像时间信息遥感影像及统计分析第49页（一）遥感影像波谱信息遥感影像中每个像元亮度值代表是该像元中地物辐射值，随地物成份、纹理、状态、表面特征及所使用电磁波段不一样而改变，这种特征称为地物波谱特征。不一样地物之间亮度值差异以及同一地物在不一样波段上亮度值差异组成了地物波谱信息。返回遥感影像及统计分析第50页（一）遥感影像波谱信息遥感影像及统计分析第51页（二）遥感影像空间信息包含空间频率信息、边缘和线性信息、结构或纹理信息以及几何信息等。影响遥感影像空间信息主要原因有成像遥感器空间分辨率、影像投影性质、百分比尺、几何畸变等。返回遥感影像及统计分析第52页（三）遥感影像时间信息是指不一样时相遥感影像光谱信息与空间信息差异。是研究对象所处时态，所以要充分利用多时相影像，不能以一个瞬时信息来包罗它整个发展过程。返回遥感影像及统计分析第53页五、遥感影像特征

统计分析返回（一）单波段统计特征

（二）多波段间统计特征

（三）卷积（四）纹理遥感影像及统计分析第54页（一）单波段统计特征遥感影像及统计分析第55页（一）单波段统计特征（1）影像灰度均值均值指是一幅影像中全部像元灰度值算术平均值，它反应是影像中地物平均反射强度，大小由一级波谱信息决定。

遥感影像及统计分析第56页（一）单波段统计特征（2）影像灰度中值指影像全部灰度级中处于中间值。当灰度级数为偶数时，则取中间两灰度值平均值。因为普通遥感影像灰度级都是连续改变，因而中间值可经过最大灰度值和最小灰度值取得。

遥感影像及统计分析第57页（一）单波段统计特征（3）影像灰度众数众数是影像中出现最屡次数灰度值。它是一幅影像中分布较广地物类型反射能量反应。遥感影像及统计分析第58页（一）基础统计分析量（4）影像灰度方差方差反应各像元灰度值与影像平均灰度值总离散程度。它是衡量一幅影像信息量大小主要度量，是影像统计分析中最主要统计量。

遥感影像及统计分析第59页（一）基础统计分析量（5）影像灰度数值域(range)

它是影像最大灰度值和最小灰度值差值，它反应了影像灰度值改变程度，从而间接地反应了影像信息量。

遥感影像及统计分析第60页（一）单波段统计特征（6）影像灰度反差反差能够反应影像显示效果和可分辨性。上述三种形式反差定义中，C3最合理，其它两种定义受极端情况影响较大。遥感影像及统计分析第61页（一）单波段统计特征集中趋势离散趋势遥感影像及统计分析第62页（一）单波段统计特征返回遥感影像及统计分析第63页（一）单波段统计特征（7）影像直方图直方图是指影像中全部灰度值概率分布。横坐标表示影像灰度级改变，纵坐标表示影像中各个灰度级像元数占整幅影像像元数百分比。遥感影像数据经常服从或靠近于正态分布。遥感影像及统计分析第64页（一）单波段统计特征（7）影像直方图遥感影像及统计分析第65页（一）单波段统计特征（7）影像直方图

遥感影像及统计分析第66页（一）单波段统计特征（8）直方图描述量实际上，遥感影像数据并不能完全服从正态分布，往往存在直方图偏斜。其详细表现为影像灰度均值与众数和中值显著不一致。偏斜程度可用下面量来表示：返回遥感影像及统计分析第67页（二）多波段间统计特征

（1）协方差设f（i，j）和g（i，j）是大小为M×N两幅影像，则它们之间协方差计算公式为：

遥感影像及统计分析第68页（二）多波段间统计特征

（1）协方差将N个波段相互间协方差排列在一起所组成矩阵称为协方差矩阵遥感影像及统计分析第69页（二）多波段统计特征（2）相关系数相关系数是描述波段影像间相关程度统计量，反应了两个波段影像所包含信息重合程度。即

遥感影像及统计分析第70页（二）多波段统计特征（2）相关系数将N个波段相互间相关系数排列在一起所组成矩阵称为相关矩阵返回遥感影像及统计分析第71页（三）卷积（1）窗口和邻域

对于图像中任一像素(x,y),以此为中心，按上下左右对称所设定范围成为窗口。如3×3窗口、5×5窗口。遥感影像及统计分析第72页（三）卷积中心像素周围行列称为该像素邻域，4邻域与8邻域以下：遥感影像及统计分析第73页（三）卷积（2）卷积运算卷积运算是空间域上针对特定窗口进行运算。设窗口大小为m×n，（i，j）是中心像素，f(x,y)是图像像素值，h（x，y）是窗口模板（或卷积核），g(x,y)是运算结果，那么卷积运算公式定义为：遥感影像及统计分析第74页（三）卷积（2）卷积运算

遥感影像及统计分析第75页（四）纹理

直观印象结构方法统计方法空间自相关函数灰度共生矩阵灰度级游程长滤波模板随机模型分形模型定性描述定量描述遥感影像及统计分析第76页（四）纹理

纹理分类：人工纹理：由自然背景上符号（点、线条、字母或数字等）排列组成自然纹理：含有重复排列现象自然景物（森林、草地等）遥感影像及统计分析第77页（四）纹理纹理分类：

人工纹理自然纹理遥感影像及统计分析第78页（四）纹理（1）空间自相关函数对物体粗糙程度进行描述，其定义以下：

粗纹理自相关函数随距离改变较为迟缓，而细纹理则改变比较快。假如距离固定，那个粗纹理含有较高自相关函数遥感影像及统计分析第79页（四）纹理（1）空间自相关函数TheUseofVariogramsinRemoteSensing，Woodcock，1988遥感影像及统计分析第80页（四）纹理（1）空间自相关函数空间变异函数对比遥感影像及统计分析第81页（四）纹理（1）空间自相关函数在二阶平稳情况下，空间变异函数r(h）和空间自相关函数满足：

r(h)=c(0)-c(h)遥感影像及统计分析第82页（四）纹理（2）灰度共生矩阵灰度共生矩阵描述了当图像中像素（i，j)处灰度为m，与（i,j)相距离位移为（a,b)且灰度为n概率。注释：当a=1，b=0时，像素对是水平，即0度扫描；当a=0，b=1时，像素对是垂直，即90度扫描；当a=1，b