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1、遥感图像解译,前言,遥感图像解译既是一门学科，又是图像处理的一个过程。作为一门学科，是为了从遥感图像上得到地物信息所进行的基础理论和实践方法的研究。作为一个过程，完成地物信息的传递并起到解释遥感图像内容的作用，目的是取得地物各组成部分和存在于其他地物的内涵的信息。遥感图像解译的基础是遥感数据。获取的数据不同，导致解译方式发生很大变化。,最初的遥感图像解译主要利用特定时段的遥感数据，利用简单技术手段（甚至主要利用人本身的功能）对观测目标作定性分析，或确定其空间分布规律。按照遥感对象的变化规律设计遥感探测周期作为生产管理和动态监测手段对象信息的传递为遥感图像解译增添许多新内容。目前认为，遥感图像解
2、译主要是对黑白和彩色遥感图像上目标的色和形信息进行分析。即影像要素或特征概括起来分“色”和“形”两大类。色：色调、颜色、阴影、反差；形：形状、大小、空间分布、纹理；任务是从图像上反映的各种各样的色、形信息推断观察目标电磁波特征的差异。反映了重要特性，但不是全部特性。光谱探测能力的提高、空间分辨率的提高遥感信息与观测目标联系起来，定量遥感变得现实。构成另外的特性：根据遥感图像对目标电磁波特性的差异作物理的和数量上的说明。,第一章 遥感图像解译的一般问题,1.1 信息传递与图像解译1.2 遥感图像解译的任务、实施与信息利用方式1.3 解译对象的划分1.4 遥感图像解译的质量要求,1.1信息传递与图
3、像解译,1、信息传递现象：讲话是一种信息传递过程；2、信息传递系统：收发电报是一种信息传递系统；3、遥感信息传递系统：一个最简单的信息传递结构是由信息源、传递信息的信道和接受信息的接受者所组成。,从信息传输的观点遥感过程可概括为：,有选择地观测地学环境,地物信息的传递是从数据获取开始的。数据获取实质上是由传感器代替人直接观测地学环境，通常情况下是围绕某项任务，有计划、有目的开展，因而也可叫有选择地观测地学环境。,图像信息与地物（实物或现象）的关系,由数据产生的局部概念模型,通过有选择性地观测地学环境，图像处理人员可以得到反映部分地学环境的数据。遥感提供的是一种综合的信息，不仅表现在它反映的地学
4、要素地质、地貌、水文、土壤、植被、社会生态等的综合，它是由互相关联的自然及社会现象所构成的；而且表现在遥感信息本身的综合，即它是不同空间分辨率、波谱分辨率、时间分辨率的遥感信息的综合。不同专业由于研究对象和研究任务不同，各自从不同的角度，运用不同的方法，从这一“综合信息”中各取所需，寻找与提取各自有关的专题信息，换句话说，在相同的图像数据下会形成图像处理人员各自理解的局部概念模型，产生图像处理人员脑中的信息内容。,将地物图像数据转变成图像信息,运用遥感方法来解决某些专题问题必须经历一个复杂的过程数学处理、物理处理、地学处理过程。也就是说，在局部概念模型的指导下，原始数据经过一系列处理过程，如纠
5、正、符号表示、语义生成等。图像处理人员的认识对其有着强烈的制约作用；越是缺乏经验的图像处理人员就越是难以控制数据转化为信息的过程。,图像信息的组织和管理,地物数据转变成图像信息后可能有多种存在形式，如图像、符号表示和语义描述等，后续的传递和使用也可能有多种形式，因此需要对其进行有效的组织和管理，它涉及到将图像处理、符号表示、语义生成的结果送入图像数据库,将图像信息在新的层次上还原为地物信息,新的层次上图像信息与地学信息的关系，由图像的几何和辐射信息得到地物的几何位置、属性、数量指标等信息，其中经过图像处理、符号表示、语义生成等过程。重要特征是图像处理人员的主导地位被地学信息处理人员所取代，更多
6、地用地学语言来描述被传递的地物信息。该阶段有两个重要的工作：一是把遥感图像上未体现的信息补充上去，即补充其它地学相关信息；二是依赖原有的图像信息以及与这些信息相关的地学信息，来分析推断出图像上未反映的信息。这些都需要地学知识的支持。,由地学信息产生的局部概念模型,当地学信息处理人员面对来自图像数据库的图像信息时，也会产生自己所理解的局部概念模型。只是这种局部概念模型的基础不是图像及其符号表示和语义描述，而是表述地物的几何位置、属性、数量指标等信息的点、线、面标记和关系表等。“同物异谱、异物同谱”现象，使解译结果不是唯一的，具有不确定性：联系区域环境，综合分析，探索目标的规律以及研究周围环境条件
7、，揭示目标的发生、发展和空间分布规律，找出事物的内在联系。同样的地物信息经过不同的地学信息处理人员传递，其效果是不一样的。,按照地学应用要求进行加工,经过多个传递环节的地物信息，其最终将会传递到需要使用这些信息的使用者手里。这些信息或者丰富了他们的知识和经验，或者变为他们实际活动的一部分；当然，也可以对这些地物信息进行进一步加工，以便在更深层次上加以利用。不管是上面那一种情形，有一点特别重要，就是地物信息的使用和加工必须适应具体地学应用的要求。,小结。遥感图像信息所反映的地学环境的综合性与复杂性，以及遥感信息本身的综合特点，决定了遥感信息单纯数学、物理处理结果具有不确定性或多解性。为了提高解译
8、结果的正确性与可靠性，地学知识的介入是必不可少的。实际上，地物遥感信息涉及面十分广泛，它与地学、生物、数学、物理、信息技术都有不同程度的关联。因而，地物信息与具体应用的结合会涉及到各种相关知识的运用。,1)地学方法的应用 遥感图像解译的对象主要是各类地物或地学现象，在解译时一般会有相关的专业人员配合，但作为解译者若想得到比较满意的解译结果，相关的地学知识在解译时应或多或少的知道一些。例如，解译与地质构造有关的空间对象，类似下图1.的知识可能需要知道一些。,2)物候学的应用 物候是比较特殊的地学现象，与时间和空间都有关系，并具有周期性。对于大多数生命现象，物候都有明显意义，因而解译与生命现象有关
9、的物体（包括动、植物）时，对物候的了解程度可能决定解译工作的好坏。例如，华中地区的遥感植被调查就需要知道如下几个关键时段，4月份,展叶期 5月份,开花期 78月份,茂盛期 1011月份 果熟期,叶变色期由此可知，解译56月份单季稻,可选56月份图像;判别湖泊藻类,可选89月份图像;调查植被可选115月份图像。,3)生物学知识的应用 农业、林业、海洋、生态等调查都与生物有关，在遥感信息方面也有重要的概念对应，如植被指数、热惯量等。其中，植被指数就是通过比较分析叶绿素与光谱反射率之间的关系得出的新的概念（见图）。可见，生物学方面的一些常识会给许多遥感应用提供便利。,4)物理方法的应用 遥感图像解译
10、的对象，特别是一些空间现象经常涉及到一些物理过程，其中有些比较简单，有些十分复杂，但都需要把物理方法与遥感信息的使用相结合，并形成独特的物理-遥感信息模型。例如：河床演变模型，土壤侵蚀模型，波浪运动模型等。图1.1.6是根据SAR图像，利用数学物理方法研究波浪运动特点的实例。,5)数学方法的应用 对于数字遥感图像,各种数学方法的使用是其显著的特点。除了自动分类属于典型的统计计算外，色谱直方图也是有力的统计工具；各类算子可以用来完成图像增强，密度分割则可通过设置阈值轻易完成；目前，边界、区域、关系描述也部分可以通过算法实现。此外，数学物理方法也被用于一些特殊的遥感图像解译问题。对于多光谱或多源数
11、据，数学方法也是有力的融合和分析手段，例如，TM图像具有较多的波段，SPOT图像有较高的空间分辨率，可以用数学方法把二者结合在一起，使其既具有较好的光谱特性，又具有较好的空间特性。又如，可利用小波算法作为多光谱或多源数据的融合和分析工具。,6)各种可视化方法的应用 遥感图像解译的过程和成果大多与图表、图形或图像有关，因而各种可视化方法对其有重要作用，例如各种3维图、专题图（见图1.1.7）、光谱曲线等都是各类对象解译过程中常用的可视化表达方式。,图像解译与一般的问题求解过程基本一致，即根据所要求解的问题（如解释图像），结合信息源与已有数据的状态对信息进行组织（必要的话，还要对问题进行描述），再
12、运用解译人员所具有的专业知识和经验，对问题进行分析，最后得出解决问题的方法（见图1.1.8）。,从整个遥感处理应用的信息传输过程可以看出以下几个方面的进展是其基础。1.新一代传感器的研制 多波段扫描仪，从第一代四波段的MSS，第二代七波段的专题制图仪TM，到第三代推扫式CCD多波段扫描仪，已发展到现在的多线阵立体扫描仪，空间分辨率不断提高（80米-30米-20米-10米-1米），并能获取三维空间数据。成像雷达也从第一代星载Seasat，到第二代航天飞机成像雷达SIR-A，B，发展到现在的多频、多视觉和多极化的SAR，如Envisat。此外，开拓新的工作波段、研制新的传感器和遥感平台，如成像光谱
13、仪、激光雷达、智能传感器，以及发展小卫星等。这些使遥感数据的质量有很大的提高。,2.地理信息系统的支持,地理信息系统不仅可以科学地管理空间数据（包括不同时相的多种遥感信息，尤其是非遥感手段所能获得的环境背景信息），为遥感提供动态分析、综合分析的基础，而且可以根据不同应用目的，选择不同层次的信息，避免单一光谱信息分类的不足，通过有效的信息复合处理，把所要的信息提取出来进行应用分析。当然，遥感反过来也成为地理信息系统的一个重要的信息源。此外，地理信息系统向智能化专家系统的方向发展，把不同的专业知识与方法，通过计算机系统介入图像分析处理与辅助决策过程。这些都是提高遥感图像处理和解译速度、精度与水平的
14、重要条件。,3.遥感应用模型的深化 这取决于应用研究人员对地学规律、图像特征及其成像机理这三者的深刻认识和有机的结合。努力做到从单一传感器遥感数据分析，到多种来源数据的综合分析应用；从定性、定位解译和调查制图，到定量统计分析；从资源与环境的静态分布，到动态过程分析；从各种事物和过程的表面现象描述，到内在规律性探求。,按照应用领域，遥感图像解译的目的和任务主要分为两种：普通地学解译和专业解译。普通地学解译主要为了取得一定地球圈层范围内的综合性的信息，常见的是地理基础信息解译和景观解译。地理基础信息一般由地形信息、居民地、道路、水系、独立地物、植被、地貌和土质等构成。景观主要指多个地学要素有规律的
15、地域结合。专业解译主要是为了解决各部门的任务，用于提取特定要素或概念的信息，主要包括地质、林业、农业、军事等。,1.2.1 图像解译的任务,1.2 遥感图像解译的任务、方式与实施,根据应用范围划分：各种遥感目的对空间分辨率的要求不同，因此遥感图像解译的任务又可分为巨型地物与现象、大型地物与现象、中型地物与现象、小型地物与现象等一些类型的解译。,辐射能量:电磁辐射的能量辐射通量:单位时间通过一定面积的辐射能量辐射通量密度：单位时间内通过单位面积的辐射能辐照度：被辐射的物体表面单位面积的辐射能空间分辨率：指像素所代表的地面范围的大小,即扫描仪的瞬时视场,或地面物体能分辨的最小单元。每个像元对应空间
16、的大小.波谱分辨率：指传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间隔愈小,分辨率越高。辐射分辨率：传感器接收波谱信号时,能够分辨的最小辐射度差。在遥感图像上表现为每一个像元的辐射量化级。区分光谱信号强度差异的能力.时间分辨率：对同一地点进行遥感采样的时间间隔,即采样的时间频率,也称重访周期。对同一地区遥感影像重复覆盖的时间.,多种遥感目的：（1）为制定国民经济发展计划提供资源与环境动态基础数据。(2）为国家重大的资源、环境突发性事件提供及时准确的监测评估数据，保证国家对这些重大问题作出正确、快速的反应。（3）生物量估测。包括农作物产量、产草量、水面初级生产力预估和评价。（4）为国家的重
17、要经济领域提供信息服务。,各种遥感目的对空间分辨率的要求,遥感平台地球同步轨道卫星（36,000 km）太阳同步轨道卫星（500-1,000 km）航天飞机（240-350 km）高高度航空飞机（10,000-12,000 m）中低高度航空飞机（500-8000 m）直升飞机（100-2,000 m）低空载体（800 m 以下）地面车辆（0-30 m）,各种遥感目的对空间分辨率的要求,遥感平台,遥感平台:搭载传感器的工具统称为遥感平台。按平台距地面的高度大致上可分为三类：地面平台、航空平台、航天平台。地面遥感平台指用于安置遥感器的三脚架、遥感塔、遥感车等，高度在100米以下。在上面放置地物波谱
18、仪、辐射仪等，可以测定各类地物的波谱特性。主要目的：对地物进行波谱测量；航空平台:100米以上,100公里以下，用于各种资源调查、空中侦察、摄影测量的平台。,遥感吊车和遥感飞机,双水獭遥感飞机,伊尔-14遥感飞机,遥感飞机,航天平台：一般指高度在240公里以上的航天飞机和卫星等，其中高度最高的要数气象卫星GMS所代表的静止卫星，它位于赤道上空36000公里的高度上，Landsat、spot、MOS等地球卫星高度也在700900公里之间。遥感平台种类还可以按其它方式分，如航天的还可分为载人的（宇宙飞船、空间站、航天飞机）和非载人的（一般的卫星）；从重量来分，有小卫星和其他卫星。,遥感平台,遥感平
19、台总表,可包括如下一些类型。1.巨型地物与现象 2.大型地物与现象 3.中型地物与现象 4.小型地物与现象,各种遥感目的对空间分辨率的要求,1.巨型地物与现象：要求的图像空间分辨率很低，但涉及的范围很大，通常会牵扯到多个国家，有些会是世界范围，这一类遥感任务，一般需要在国际组织协调下进行。地壳 10km成矿带 2km大陆架 2km洋流 5km自然地带 2km生长季节 2km,各种遥感目的对空间分辨率的要求,中国自然地带,2.大型地物与现象：涉及的范围也比较大，对图像空间分辨率的要求也不是很高，主要用于较大范围内的区域调查。地热资源 1km冰与雪 1km大气(水蒸气)1km土壤水分 150 m海
20、洋资源 100m环境质量评价 100m区域覆盖类型 400m 沙尘暴监测 400m,各种遥感目的对空间分辨率的要求,EOS AM-1卫星外观-MODIS数据,MODIS数据是全世界均可免费接收的唯一的中分辨率成像光谱仪数据，共有36个光谱波段，光谱范围从0.4m14.4m，辐射分辨率达12bits，包含三级空间分辨率：250m、500m和1000m，带宽2330km，可每两天覆盖全球一次。这些特性使之成为研究地球科学最佳的首选数据源。MODIS数据可以广泛应用于陆地科学、海洋科学和大气科学。,沙尘暴监测,3.中型地物与现象：与人们的生产、生活已经比较密切，特别是与各种资源调查关系密切，因而对图
21、像空间分辨率的要求也较高。作物估产 50 m植物群落 50m洪水灾害 50m水库（湖泊）监测 50m污染监测 50m森林火灾监测 50m港湾悬浮物质调查 50m,各种遥感目的对空间分辨率的要求,主要耕地分类,4.小型地物与现象：通常会涉及到各种人工地物或较小的人类活动区域，因而对图像空间分辨率的要求很高，这一方面的遥感观测与调查其商业用途也比较广泛。交通设施 1 m建筑物 1 m道路 1 m土地利用 5m污染物识别 10m港口工程 10m,各种遥感目的对空间分辨率的要求,1.2.2 图像解译的实施,按照遥感解译的组织方法,可分为四种方式：1.野外解译 影像野外解译直接在实地完成。该结果可以揭示
22、所有指定的地物，其中包括影像上没有显示的地物。2.飞行器目视解译通常是由飞机上或直升飞机上识别地物的影像。3.室内解译是一种无需去野外，只需要研究遥感影像性质，以便识别地物并取得地物的特性的方法。4.综合解译。以上两种或以上方式的结合。所有的解译方式无例外地都需要至少采用三种完成工作的方法之一：目视法、机器法（自动法）和人机交互法。遥感影像解译的目视方法的特点是人工作业。当前，这是主要的解译方法。在目视解译中，影像信息的认识和处理，是由执行者-解译员的眼睛和大脑来完成。遥感影像解译的机器（自动）方法是借助专门的设备完成所有的步骤。这是一种正在发展着的影像解译方法。,1.3 解译对象的划分,多种
23、不同的解译对象划分方法 1、基于解译对象的专题特性划分：把解译过程分成地理基础信息的提取与专题信息的提取两大部分；2、按地物的形成状态划分：自然形成地物、人工构成地物；3、基于地物的线性尺寸的绝对值和相对比 划分：密集（点状）的、线状的（延伸的）和面状的。4、根据地物要素的组成和复杂程度分类：简单地物和复杂地物 5、按照电磁波谱特性的划分：可见光、近红外、热红外和微波等 6、按照地物存在的持续期和它们的特点的划分：它们分成运动的和固定的地物。,1.4 遥感图像解译的质量要求,四个标准 1、解译的完整性 2、解译可靠性 3、解译的及时性 4、解译结果的明显性,解译的完整性,解译的完整性标志着所得
24、出的结果与给定任务的符合程度。它提供关于在解译当中得到的地物特性细节的概念，例如，所描绘复杂地物要素的数量、要素状态的描述深度、细节的特性等。与对解译完整性的要求有关，地物应分为一定的类型、类、亚类或种。对分类要求的水平（完整性）越高，图像就应该有越多的信息性能。对解译完整性的评价一般以质量指标来表示，即所获得的信息是否满足给定的任务。在个别情况下，也会进行数量的评价，即所获信息占完整信息的多大百分比。此时应该求出已揭示细部数量与总数量的比值。很明显，被揭示的地物性质是已知时，这种比值才能找到。,解译可靠性,解译可靠性指出，解译结果与实际的符合程度。对可靠性的评价要借助于质量和数量的指标来完成
25、。数量指标是主要的。解译可靠性决定于正确的地物数量与它们的总数量的比值关系。因此，识别地物就成为解译的最重要的一个步骤。,混淆矩阵（像元数）混淆矩阵是通过将每个地表真实像元的位置和分类与分类图像中的相应位置和分类相比较计算的。混淆矩阵的每一栏代表了一个地表真实分类，并且每一栏中的数值与地表真实像元中分类图像的标签相对应。例如，看前面的地表真实（像元）表中，森林类的地表真实栏里。在这一类地表真实值显示5877像元。分类能将4096个像元适当进行分类，但是有40个像元是未参加分类的，1740被归为草地。混淆矩阵（百分比）地表真实（百分比）表显示了每个地表真实分类中类分布的百分比。数值通过每个地表真
26、实栏里的像元数除以一个给定地表真实类中的像元总数得到。例如，在森林类里，被准确分类的像元数占的百分比是 4,096/5,877=.697 或 69.7%.,Producer Accuracy(发生器精度)发生器精度是指假定地表真实为 A 类，分类器能将一幅图像的像元归为 A 类的可能性。在混淆矩阵例子里，草地类共有109484个地表真实像元，其中 64516 个像元是正确分类得到的。生产者精度是 64,516/109,484=58.9%.User Accuracy(用户精度)用户精度是指假定分类器将像元归到A类，则相应的地表真实类别是 A 的可能性。在混淆矩阵例子中，分类器将 102421 个
27、像元归到草地一类中，但是只有 64516 个像元是正确归类的。用户精度是 64,516/102,421=63.0%.混淆矩阵:TM(640 x400 x1)总体精度=(131003/256000)51.1730%Kappa 系数=0.2648,解译的及时性,解译的及时性包括：图像资料的及时使用。如果被获取的图像数据长期不能交付解译使用，实地地物与图像之间变化太多会造成数据的浪费。另一方面，解译的及时性是说在指定的期限内工作的完成的情况。这对于所有种类的解译都是重要的，而对于气象、农业、灾害调查及其它一些部门的解译来讲尤为重要。,解译结果的明显性,解译结果的明显性是指解译出来的成果，应当根据任务
28、的目标，用相应的符号、线划清晰地绘出来，或者使成果尽可能可视化，以便于人们理解和应用。,第二章 遥感图像解译过程及影响因素,2.1图像解译过程 2.2遥感图像的信息性能 2.3遥感图像的量测性能与几何分辨率 2.4辐射信息与辐射分辨力 2.5彩色与多光谱图像及光谱分辨率 2.6遥感中的时间因素与时间分辨率 2.7遥感图像的成像性能,遥感中的信息传输与相关的装置构成如下的技术系统：所代表的过程是一个从地表实体原型到遥感信息模型的过程，也就是成像的过程,2.1图像解译过程,遥感图像解译过程将会受到多种因素的影响，包括传输性能与信息量、空间特性与比例尺、地物辐射性能、地物光谱性能、时间特性以及成像性
29、能等。,图像识别、分析和解译的联系与区别,图象识别：对图象信息进行处理、分辨、检测，确定图象上物体的属性或特征，对图象进行识别或分类。它也可以体现为遥感数据在不同空间的转换。,图象分析：指在图象识别过程中，进一步对图象中各种结构和关系进行分析和描述。图象解译：指在图象分析的基础上，对图象的属性、类别和关系作系统的解释，并进一步说明各种地物在时空中的变异规律，及与图象的对应关系。,图像信息、图像特征和分类,从图像信息到图像特征是图像解译过程中的重要一环，既关系到减少数据集和压缩数据量，也涉及到突出地物图像之间的差别。1.分辨和检测图象信息分辨和检测图象信息与以下几方面内容有关。1）遥感信息的属性
30、 2）目标特性及其检测和分辨能力2.确定图象上物体的属性或特征包括解译标志、特征表及相关的数据的量表系统 1）特征表(1)解译标志：指记录在图象上的各种物体的形状、大小等几何因素，并以反映物体的物理特征的不同的色调表现出来，包括：形状、大小、图案、阴影、位置、纹理、色调，相互关系等。,(2)构造目标特征表：将标准目标与其解译标志相对应，并列成表。,2）数据的量表系统量表指度量事物的方法，地物信息的量表系统可以按数据的精度划分的。分为：(1)定名量表：用文字或字符描述地理事物的种类或质量的差别，不反映任何数的概念。例如，水田、旱地、果林等。(2)顺序量表：表示的是地理事物的顺序，它根据某种质量标
31、志排序，也可以根据数据概念简化为顺序量表。例如土地的一级、二级等。(3)间隔量表：间隔量表是一种定量数据形式，它需要在顺序量表中赋予单位和距离信息。例如，地面坡度的间隔量表的表示为：0-10，10-20，20-30。(4)比率量表 把间隔量表数据精确化，构成具有固定意义的精确概念的数据。例如，5米，53%等。,3.根据图象上物体的属性或特征进行分类,确立分类系统、图班处理及对图像上关系的描述,既是图像信息有效组织和管理的需要，也是将图像信息转变为地物信息的重要处理环节，包括以下一些步骤：1.确立分类系统分类系统提供关于在解译当中得到的地物特性细节的概念，例如，所描绘复杂地物要素的数量、要素状态
32、的描述深度、细节的特性等。分类系统与对解译完整性的要求有关，地物应分为一定的类型、类、亚类或种。对分类要求的水平（完整性）越高，图像就应该有越多的信息性能。,土地利用现状分类示意图,与 SPOT彩色合成图像相一致的分类系统片段,2.图班处理图班处理指对图象上各种物体特征进行综合、选取、分析、比较、推理和判断，并依据分类系统对地物类别进行调整。它可能包括以下一些内容。要素、物体的取舍：主要是在图像上决定它们的选取资格，以保证最重要的物体被选取,化简：简化线划和轮廓范围的形状，改变数量指标 及合并相近的类别,图像的符号描述。包括从栅格格式到矢量或“线”格式的过程：(1)连通性，由像素阵列形成图像符
33、号描述的基本步骤之一：确定同类像素的几何关系或连通性。(2)骨骼化，目的在于减小某一给定参数集的像素连通性。(3)线描述，主要指图像中景物边界检测点之间的关系（如数学关系）。(4)形状描述，对具有整体性的结构，如矩形、三角形等可以用它们的形状属性加以描述（如面积、周长、形状系数等）。,3.描述图象上各种关系 包括点、线、面关系，聚集关系、树结构等，也包括各种类型地物波谱曲线在不同坐标系中的分布关系；不同地学要素之间的关系，如水系、地形、地表覆盖物之间关系；各类地物在时间和空间上的变化和联系。,点状地物与线状地物之间的关系,对图象上的属性、类别和关系作系统解释,从系统的地学观点对图象上的属性、类
34、别和关系作解释，是将图像信息真正转变为地物信息不可缺少的环节，至此才能将图像信息融入到地学信息中。其中，比较重要的是根据地学知识对各类地物做综合分析，得出规律性的认识以及有价值的结论。,2.2遥感图像的信息性能,1.基本概念2.遥感通道的通过能力的计算3.遥感图像的量测性能4.遥感图像的信息容量,1.基本概念,对于遥感通道要求它能无误差地传递出相应于不同目的的地面信息（如用于研究土壤结构等）。因此，作为信息载体的图像的性质（信息性能）在很大程度上决定着整个遥感通道的可能性。图像的信息性能可理解为图像的一种能力，这种能力是指在可理解的形式中反映地物和现象的详尽程度，而这个详尽程度是识别自然现象、
35、识别地球物理成因、识别静止和运动状态中的自然和人工地物所必须的。图像的信息性能反映着所传递的这些地面信息的质量和数量，并且图像的信息性能将遥感图像的成像能力、量测能力和信息容量等三个特性统一在一起。,信息性能这个概念不应与遥感图像的“解译性能”相对立。前者完全包括后者，并且以更一般的形式体现图像的性能。成像能力是指由遥感图像上能够取得什么样的地物数据，是指能够取得这些地物的那些质量方面特性的数据。图像的量测能力是指传递地面几何参数的可能性。遥感图像的信息容量是指为了解决一定的任务所能获得的有关空间范围的情报数量。这个指标被用来比较各种传感器的能力，也用来比较在不同条件下取得的同一种遥感方式的图
36、像信息。,2.遥感通道的通过能力的计算,不同比例尺图像的成像能力,有干扰的通道的通过能力决定于,根据成像能力数据能以很大的可靠性解决相反的任务，即求出用该比例尺的图像所编制的地形图的完整性。,3.遥感图像的量测性能,用均方根做为表达量测能力的数学基础。,不同比例尺的图像量测能力,4.遥感图像的信息容量,一定空间范围内的遥感图像的信息容量，与通道的成像能力和量测能力有关，也与图像上成像地物的数量有关。图像上成像地物的数量取决于地物的密度、像幅大小和图像比例尺。,遥感图像信息容量,成像容量的最大值和量测容量的最大值错开,2.3遥感图像的量测性能与几何分辨率,1.对确定地物几何尺寸有影响的因素2.图
37、像比例尺与成图完整性3.数字图像与几何分辨率4.图像比例尺与几何分辨率的关系,遥感图像量测性能表征着对地物细部和在其上的各个物体之间几何关系的再现能力。了解被研究地物的几何尺寸，是顺利完成解译所必须的条件。,有很多因素对确定地物几何尺寸的精度有影响。图2.3.1展现了这些因素的一部分。在解译过程中，常常量测尺寸不大的线段。在这种情形下，特别影响解译的是图像的不清晰度。也就是说，在量测小线段时，其它影响量测精度的各种因素的影响不很大。例如，在水平图像边缘上4cm长的线段，最大误差也就0.1mm.。,实际上，真正对遥感图像量测性能及其上地物细部的再现能力有决定性作用的是图像的比例尺。不同比例尺的图
38、像对成图完整性有重要影响。影响地物识别概率的图像比例尺要考虑许多因素才能加以确定：测图比例尺，解译和测量工艺，对地图内容完整性的要求，已有的处理和量测设备，以及经济方面的考虑等。,对于遥感图像而言，主要是数字图像，决定其图像量测性能及其上地物细部的再现能力的主要是几何分辨率。传感器瞬时视场内所观察到的地面的大小称空间分辨率。如Landsat MSS 图像的空间分辨率（即每个像元在地面的大小）57m79m；TM图像为30m30m；SPOT图像，多光谱的为20m20m；全色的为10m10m。空间分辨率的大小并不等于解译图像时能可靠地观察到像元尺寸的地物，这与传感器瞬时视场跟地物的相对位置有关。,空
39、间分辨率的大小并不等于解译图像时能可靠地观察到像元尺寸的地物，这与传感器瞬时视场跟地物的相对位置有关。假设地面上有一个地物，大小和形状正好与一个像元一样，并且正好落在扫描时的瞬时视场内，则在图像上能很好地解译出它的形状及辐射特性。但实际上这种情况相当少见，大多数地物跨在两个像元中，由于传感器中的探测器对瞬时视场内的辐射量是取其积分值（平均值），这样地物与两个像元都有关系，也就是说，图像上地物的形状和辐射量都发生了改变，这就无法确切地解译出该地物的形状和辐射特性。当地物增大到一定程度时，地物面积可能等于两个像元的大小，那么至少有一个像元能正确反映地物的辐射量，解译时能较正确地确定该种地物的辐射特
40、性（可作为标准像元）。再则地物不一定恰好在扫描线上，也可能跨两条扫描线，因此只有地物大于两个像元时才能从图像上正确分辨出来。假定像元的宽度为a，则地物宽度在3a或至少在 时，才能被分辨出来，这个大小称为图像的几何分辨力。,2.4 辐射信息与辐射分辨力,光谱亮度系数 2.波谱辐射特征3.辐射传输方程4.辐射分辨率,辐射传输方程,一般来说，传感器从高空探测地面物体时，所接收到的的电磁波能量包括：1.太阳经大气衰减后照射地面，经地物反射后，又经大气第二次衰减进入传感器的能量；2.地面物体本身辐射的能量经大气后进入传感器；3.大气散射和辐射的能量等。综合起来可以用以下的函数式表达。,2-bit 与 8
41、-bit 影像的比较,辐射分辨力,2.5 彩色与多光谱图像及光谱分辨率,1.摄影类型图像2.扫描成像类型图像3.微波成像类型图像4.光谱分辨率,彩色图像能给出地面的彩色反差，这是因为它们由几个不同的分色图像通过色彩原理合成而成。从光谱的角度讲，每一个分色图像都是一个光谱段，当它们单独成像时与黑白图像相仿。彩色图像的解译性能要比黑白图像好，这主要有两个原因，其一是人眼对分解颜色有较高的敏感性，再就是彩色图像通常由多个波段组成，具有更丰富的信息。由此也可以看出，彩色图像实际上是多波段遥感数据的一种特殊表现形式。过去的航空摄影图像一般采用一个综合波段（如全色或彩色红外）。卫星遥感开始了多波段的利用。
42、从综合波段记录电磁波信息，到分波段分别记录电磁波的强度，这样可以把地物波谱的微弱差异区分并记录下来，使遥感应用范围逐步扩大。对于多波段遥感数据我们至少要关注三个方面的问题，一，对图像解译有重要作用的波段范围；二，它们的组合形式；三，探测特定波谱辐射能量的最小波长间隔。,1)黑白全色图像（波长在0.40.7范围）,与人眼感受的密度差不多。对于光学图像，解译方法有:单目分析;立体分析;密度（灰度）测量分析以及几何学方面的量测技术等。2)黑白红外图像（波长在0.71.3范围）,物体红外反射的结果，成像过程与黑白图像相仿。解译方法也类似于黑白全色图像，但需结合红外反射的特点。3)真彩色图像（波长在0.
43、40.7范围），接近实际景色的色彩。除了黑白图像的解译方法以外，与实际地物相近的色彩是重要的解译标志，也就是说可以给出地物的彩色反差。彩色图像的解译性要比黑白图像好些，这是因为人眼对分解颜色有较高的敏感性。,黑白与彩色,真彩色影像,假彩色影像,This image of a building with a tree and grass shows how Chlorophyll in plants reflect near infrared waves along with visible light waves.Even though we cant see the infrared wav
44、es,they are always there.The visible light waves drawn on this picture are green,and the infrared ones are pale red.,This image was taken with special film that can detect invisible infrared waves.This is a false-color image,just like the one of the cat.False-color infrared images of the Earth frequ
45、ently use a color scheme like the one shown here,where infrared light is mapped to the visible color of red.This means that everything in this image that appears red is giving off or reflecting infrared light.This makes vegetation like grasa and trees appear to be red.The visible light waves drawn o
46、n this picture are green,and the infrared ones are darker red.,彩红外图像（波长在0.61.1范围），其彩色不代表实际地物的色彩，与红外反射或辐射有关，也可以给出地物的彩色反差，但与真彩色图像意义不同。,多波段图像（波长在0.3514范围内的若干个波长区间）。由于存在多个不同波长范围的地物辐射信息，因此可采用不同波段比较、假彩色合成等方式进行分析和解译。例如，在0.81.1波段上（中小比例尺）单波段图像上，草地、沥青、土壤、水泥难分，但通过假彩色合成，可较好区分草地、沥青、土壤、水泥等。多波段图像的组合与合成可以包括可见光波段之间的
47、合成，可见光与近红外波段合成，近红外与热红外波段合成等。,TM1,TM3,TM5,TM6,True Color View,TM Band 4=red TM Band 3=green TM Band 2=blue,TM Band 7=green TM Band 4=blue TM Band 1=red,TM Band 6=red TM Band 7=green TM Band 5=blue,热红外图像（波长在2.015范围内的某个波长区间），其色调与辐射功率有关，或者说主要反映了温度的差别，如可以产生“热影”或“冷影”。某些小而热的目标，由于热物体的“耀斑”效应，可以在热图像上显示出来（按照同样
48、的比例尺在其他图像上难以显示）。另外，热红外图像上的地物信息及相互关系随昼夜等时间因素会发生变化，如房屋与草地在白天和晚上的热红外图像上差别很大。,Next,we will examine Band 6-the emitted thermal band(10.5-12.5 m).Remember that the spatial resolution for this band is 4 times coarser-120 m compared with 30 m-than the other bands.The effect of this reduced resolution is imm
49、ediately evident in viewing the subscene in that many details discernible in the other bands tend to be smeared out in this one.Yet the main elements you have come to know from bands already scanned are still readily recognized.,Day vs.Night Thermal IR Images-compare the roofs and the grass in the p
50、ark,Kilauea Volcano Panchromatic Photo,Kilauea Volcano Thermal Infrared Image,微波图像，其波长范围在1mm1m.，广义上讲应该属于热红外的范围。微波遥感一般分为被动和主动微波遥感两类。被动微波遥感是用仪器接受自然物体和人工物体自身所发射的微波。不同的物质，它们所发射的微波是不一样的，可以根据它们的特征来识别物体的性质。主动微波遥感是用人工方法向目标物发射某一波长的微波讯号，用仪器接收目标物反射的回波，然后根据它们反射回来的微波特征识别物体。主动微波遥感，通常称为雷达。这类微波遥感有许多种，在资源遥感工作中，最常见的是
