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    遙感影像目視解譯原理

    遙感影像目視解譯原理

    在遙感影像上,不同的地物有不同的特徵,這些影像特徵是判讀識別各種地物的依據,這些都稱為判讀或解譯標誌。解譯標誌包括直接和間接解譯標誌:

    1 直接判讀標誌

    (1)形狀

    影像的形狀是指物體的一般形式或在輪廓上的反映。各種物體都具有一定的形狀和特有的輻射特性。同種物體在圖象上有相同的灰度特徵,這些同灰度的畫素在圖象上的分佈就構成與物體相似的形狀。隨著影象比例尺的變化,“形狀”的含義也不相同,一般情況下,大比例尺影象上所代表的是物體本身的幾何形狀,而小比例尺圖象上則表示同類物體的分佈形狀。有些物體的形狀非常特殊,其平面圖形是該物體的結構、組成和功能的生要標誌,有時甚至是關鍵,所以“形狀”是判讀的重要工具。

    (2)大小

    物體在影象上的大小也是判讀標誌之一。“大小”的含義隨影象比例尺的變化而不同:大比例尺影象上,量測的是單個物體的大小,而小比例尺影象上,只能量測同類物體分佈範圍的大小。

    (3)顏色和色調

    顏色一般指彩色影象而言,當彩色攝影和假彩色合成技術發展起來之後,顏色的差別可以進一步反映了地物間的細小差別,為判讀人員提供更多的資訊。人眼對彩色的分辨能力遠比對黑白色調差的解析度能力強,因而顏色可作為彩色影象判讀的標誌。對多波段彩色合成影象的判讀,往往可依據顏色的差別來確定地物與地物間或地物與背景間的邊緣線,從而區分出各類物體。

    色調是人眼對影象灰度大小的生理感受。人眼不能確切地分辨出灰度值,但能感受到灰度大小的變化,灰度大者色調深,灰度小者色調淺。

    影象色調的深與淺,與物體的輻射特性是緊密相關的。一般情況下,反射率高的物體,接收的能量大,影象的色調就淺;反之則深。因此同一環境條件下的影象上色調的差異即是不同物體在影象上的反映。

    (4)陰影

    陰影的形式與物體輻射能量的方向有關,對反射輻射能來說與方向反射因子有關。在匯出輻射傳輸方程式時,是把地表當作朗伯反射體看;而實際上地表的坡向和坡度都嚴重影響感測器方向的反射能量大小,以及物體之間的相互遮擋,都使影象上產生陰影。陰影有本影和落影之分。本影是象片上地物未被Sunny直接照射到的陰暗部分;落影是在地物背光方向地物投射到地面的陰影在象片上的構象。

    陰影會對目視判讀產生相互矛盾的影響。一方面,人們可以利用陰影的立體感,判讀地形地貌特徵,大比例尺影象上,還可利用陰影判讀物體的側檢視形,按落影的長和成像時間的太陽高度角量測物體的高度、單株樹木的幹粗等。另一方面,陰影區中的物體不易判讀甚至根本無法判讀。

    (5)位置

    自然界的物體之間往往存在一定的聯絡,有時甚至是相互依存的。例如橋樑與道路和水系,居民地與道路,土質與植被,地貌與地質等。因此物體所處的位置也是幫助判讀人員確定物體屬性的重要標誌之一。

    (6)結構(圖案)

    指自然界與人文特徵重複出現的排列格式,如農業複合體(農田與果園),地形特徵,建築物佈局等組成一定的格式。

    (7)紋理

    紋理指微色調的變化,紋理特徵有光滑的、波紋形的、斑紋形的、線性的和不規則的等多種形態。利用紋理特徵可以區分色調總體相同的兩類物體,紋理也可以作為分類影象再細分的基本準則。

    (8)解析度

    分辯率比其他許多影象特徵(標誌),更取決於遙感系統本身,而與物體的特性關係則小些。感測器本身因素包括效能、設計要求和遙感過程中的環境條件、以及獲取資料以後的處理等。當影象上的物體小於影象解析度時,則不能進行判讀。

    (9)立體外貌

    對有一定重疊度影象,可以進行立體觀察。各物體的立體外貌,在立體模型中的顯示與真實情況相似。當其他標誌都相同或相近時,立體外貌則是很好的判讀標誌。

    以上這些直接判讀標誌,雖然在影象上都可以直接判讀出來,即能直接確定物體的屬性。但對於不同的影象型別,不同的影象比例尺和不同的分析研究目的,各直接判讀標誌的重要性也有所不同。例如,假彩色影象比其他影象更強調色調(顏色)的差別,因為同一幅影象上顏色的微小差別,即代表不同的物體特徵;細微分類比粗略分類更強調紋理特徵;進行高差判讀時則以陰影為主要標誌等。

    2 間接判讀標誌

    各判讀標誌都隨影象比例尺縮小而逐漸失去其直接性。有許多判讀目的不能根據影象的直接判讀標誌判讀出來,例如城市人口數判讀,某一社會階層的經濟狀況等。這些專題的判讀,可以按下述間接標誌為依據:

    (1)水系

    水系的型別和結構受地形和基岩型別的控制,基岩的巖性、走向決定了地形地貌的結構和走向,因而也就決定了水系型別和結構。反言之,水系的型別結構也就指示出基岩巖性和地貌特徵。

    水系密度大,表示地表徑流發育、支流多,土壤和岩石的透水性差,顆粒細,易於被流水侵蝕。密度小,表示地表徑流不發育,土壤的透水效能好,水系稀疏,水土流失少。

    水系分佈均勻時,表示巖性均勻一致。巖性複雜地區水系的流水方向常急轉彎,河流縱斷面高差突變多形成瀑布、跌水等河段。

    各種水系結構、型別都表示基岩的不同特性及地質構造,氣候條件、地貌型別、植被覆蓋密度和人工活動等。

    水系在遙感影象上反映最明顯,最易判讀。在水系判讀的基礎上,可以根據水系的特徵分析推斷出其它地表特徵。

    (2)地貌

    各種地貌形態由不同的巖性、造山運動、風蝕和水蝕作用形成。巖性不同抵抗風、水等外等侵蝕的能力也不同,一般抗外力能力強的岩石形成陡峻山地地貌,抗外力弱的岩石則形成平緩的丘陵或平地。

    地貌形態特徵決定了水系的型別,植被子的分佈、土壤的特性等。因此,在影象上判讀出了地貌形態後,可按其他要素與地貌的關係,推斷出影象上無直接標誌的特徵。如植被子型別、土壤型別甚至植物種類等。

    遙感影象上地貌型別的顯示和水系一樣明顯,由於遙感影象一般是低太陽高度角成像,地形起伏產生的陰影十分明顯,按陰影的長度和色調的深淺,能確定坡度和比高、進而確定地貌型別——山地、丘陵、平地等。

    (3)土質

    土質包括各類土壤、裸露岩石、戈壁、沙漠等,各種土質所處的自然環境不同其水分、鹽分、鹼分和腐殖質含量亦不相同。土壤的成因不同,又有不同的顏色——黑土、褐土、黃土、紅壤等,這些區別都造成不同的輻射特性。

    另外,土質和植被是緊密相關的,一定型別的土質,生長一定型別的植被。反之,植被的生長髮育又影響到土質的組成成分。

    土質在遙感影象上的表徵除大片沙漠、戈壁和裸露岩石外,不是很明顯的,要判斷出土壤型別需根據土壤與其他易判讀要素之間的聯絡來分析判斷。

    (4)植被

    植被的種類、生長狀況、分佈規律,在一定程度上受巖性、地貌、土質、氣候等因素的控制。不同種類的植物要在一定的自然環境中才能生長,一般而言,受氣候條件的影響最大,但由於基岩的分佈以及沉積物的成分、粒度、含水性、礦化度、鹽鹼度及有害元素等的影響,使植物群落的外貌、種屬、生長狀態等都發生了一些生態變化。

    植物在遙感影象上的反映也是相當明顯的,用植物的特徵來分析判斷與之有關的其他要素,效果很好。反之,也可以按其他影響植物發育的自然地理因素的分佈規律,來判斷植物群落的分佈、型別和種類等。

    大比例尺影象判讀,植被往往是一種有害因素,茂密的森林往往掩蓋大量地形特徵,尤其對立體觀測的影響較大。

    (5)氣候

    地球上氣候變化很有規律性,人們按其變化規律分成各類氣候帶:由赤道向兩極,由沿海向內陸分成水平氣候帶;由山下向山頭分成垂直氣候帶。

    氣候條件控制植物生長特徵,水系發育特徵,地貌土質發育特徵等。這些要素反過來又影響氣候條件,形成區域氣候。

    氣候條件在遙感影象上毫無特徵標誌,但人們根據自然地理位置可以瞭解其氣候變化情況,進而分析判斷受氣候條件控制的各要素的特徵,諸如植物種屬、密度;地貌特徵;土壤性質;水第結構等。

    (6)人文活動

    人文活動往往區域性地改變自然環境,使其有利於人類社會的發展。但計劃的開發自然資源,往往又會造成生態平衡嚴重破壞,使自然地理要素的內在聯絡遭到破壞。

    遙感影象反映人文活動的痕跡,大部分能在大比例尺影象上判讀出來,小比例尺影象上只能反映大型人文活動的痕跡,如鐵路建築、堤壩工程、圍湖造田、防護林帶、城市發展、工礦設施及農業活動等。

    人類活動對環境生態的破壞,用多時相影象對比分析,也是顯而易見的。

    上述各類判讀標誌中,在航空遙感影象判讀時,直接判讀中起主導作用;但在航天遙感影象判讀中,間接判讀標誌與直接判讀標誌起著同等重要的作用。

    四 遙感影像目視解譯的原則和方法

    1 遙感影像目視解譯原則

    遙感影像目視解譯的原則是先“宏觀”後“微觀”;先“整體”後“區域性”;先“已知”後“未知”;先“易”後“難”等。一般判讀順序為,在中小比例尺象片上通常首先判讀水系,確定水系的位置和流向,再根據水系確定分水嶺的位置,區分流域範圍,然後再判讀大片農田的位置、居民點的分佈和交通道路。在此基礎上,再進行地質、地貌等專門要素的判讀。

    2 遙感影像目視解譯方法

    (1)總體觀察

    觀察影象特徵,分析影象對判讀目的任務的可判讀性和各判讀目標間的內在聯絡。觀察各種直接判讀標誌在影象上的反映,從而可以把影象分成大類別以及其他易於識別的地面特徵。

    (2)對比分析

    對比分析包括多波段、多時域影象、多型別影象的對比分析和各判讀標誌的對比分析。多波段影象對比有利於識別在某一波段影象上灰度相近但在其它波段影象上灰度差別較大的物體;多時域影象對比分析主要用於物體的變化繁衍情況監測;而多各個型別影象對比分析則包括不同成像方式、不同光源成像、不同比例尺影象等之間的對比。

    各種直接判讀標誌之間的對比分析,可以識別標誌相同(如色調、形狀),而另一些標識不同(紋理、結構)的物體。對比分析可以增加不同物體在影象上的差別,以達到識別目的。

    (3)綜合分析

    綜合分析主要應用間接判讀標誌、已有的判讀資料、統計資料,對影象上表現得很不明顯,或毫無表現的物體、現象進行判讀。間接判讀標誌之間相互制約、相互依存。根據這一特點,可作更加深入細緻的判讀。如對已知判讀為農作物的影像範圍,按農作物與氣候、地貌、土質的依賴關係,可以進一步區別出作物的種屬;河口泥沙沉積的速度、數量與河流匯水區域的土質、地貌、植被等因素有關,長江、黃河河口泥沙沉積情況不同,正是因為流域內的自然環境不同所至。

    地圖資料和統計資料是前人勞動的可靠結果,在判讀中起著重要的參考作用,但必須結合現有影象進行綜合分析,才能取得滿意的結果。實地調查資料,限於某些地區或某些類別的抽樣,不一定完全代表整個判讀範圍的全部特徵。只有在綜合分析的基礎上,才能恰當應用、正確判讀。

    (4)引數分析

    引數分析是在空間遙感的同時,測定遙感區域內一些典型物體(樣本)的輻射特性資料、大氣透過率和遙感器響應率等資料,然後對這些資料進行分析,達到區分物體的目的。

    大氣透過率的測定可同時在空間和地面測定太陽輻射照度,按簡單比值確定。儀器響應率由實驗室或飛行定標獲取。

    利用這些資料判定未知物體屬性可從兩個方面進行。其一,用樣本在影象上的灰度與其他影像塊比較,凡灰度與某樣本灰度值相同者,則與該樣本同屬性;其二,由地面大量測定各種物體的反射特性或發射特性,然後把它們轉化成灰度。然後根據遙感區域內各種物體的灰度,比較影象上的灰度,即可確定各類物體的分佈範圍。

    第二部分

    【正文快照】:

    圖象紋理分析已在許多學科得到廣泛的應用。如細胞圖象、金相圖象等均具有明顯的紋理特徵,分析它們的紋理結構,可以得到鑑別細胞性質的資訊及反映金相結構的物理資訊〔1〕。氣象衛星雲圖大多也是紋理型的。由於生成雲的大氣環流、雲內氣流、水汽含量等的差異,導致雲的形態、密度、雲頂高度的不同,在雲圖上反映出色調、分佈及紋理的多樣性。正確判別衛星雲圖中的雲類特徵可為人類提供豐富的天氣資訊,應用於天氣分析、降水預報等領域,因而十分重要。鬱凡等〔2〕曾作過這方面的工作。本文根據數字化衛星雲圖的灰度分佈,抽取紋理特徵量…

    解析度是用於記錄資料的最小度量單位,一般用來描述在顯示裝置上所能夠顯示的點的數量(行、列),或在影像中一個像元點所表示的面積。

    因為遙感拍攝的像片是由位於不同高度,裝在不同載體(如飛機、衛星等)上的不同清晰度(解析度)照相裝置,以不同的照相(採集)方式,獲取的遙感像片(影象、資料、影像等),這些遙感影象是具有不同清晰度、不同解析度的照片。類似我們在生活中用135 照相機拍攝一棵樹,從汽車上拍一張,然後再從飛機上拍一張,兩張135底片在放大同一棵樹時,其放大效果是不一樣的。肯定是高度低的135照片放大後的效果最清晰,也就是說解析度最高。

    遙感衛星的飛行高度一般在4000km~600 km之間,影象解析度一般從1 km~1m之間。影象解析度是什麼意思呢?可以這樣理解,一個像元,代表地面的面積是多少。像元是什麼意思呢?像元相當於電視螢幕上的一個點(電視是由若干個點組成的影象畫面),相當於計算機顯示螢幕上的一個象素,相當於一群舉著不同色板拼成畫圖的人中的一個。合肥市五里飛虹衛星遙感影像.jpg

    當解析度為1km時,一個像元代表地面1kmX1km的面積,即1km2;當解析度為30m時,一個像元代表地面30m×30m的面積;當解析度為1m時,也就是說,影象上的一個像元相當於地面1m x 1m的面積,即1m2。

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