遙感數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)解譯(105)課件

1、第六章 遙感數(shù)字圖像的計(jì)算機(jī)解譯本章要點(diǎn)遙感數(shù)字圖像的性質(zhì)與特點(diǎn)遙感數(shù)字圖像的自動(dòng)分類(lèi)遙感圖像多種特征的抽取遙感圖像解譯專(zhuān)家系統(tǒng)遙感原理1遙感數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)解譯以遙感數(shù)字圖像為研究對(duì)象,在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持下,綜合運(yùn)用地學(xué)分析、遙感圖像處理、模式識(shí)別人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地學(xué)專(zhuān)題信息的智能化獲取。 是將人工目視解譯遙感圖像發(fā)展為計(jì)算機(jī)支持下的遙感圖像理解。遙感原理2計(jì)算機(jī)解譯難度大：高空成像，噪聲大，需盡可能準(zhǔn)確地從場(chǎng)景中獲取目標(biāo)物；信息“擁擠”不同地物間的干擾大；遙感地域性季節(jié)性和不同的成像方式增加了遙感解譯的難度。遙感原理31、數(shù)字圖像的性質(zhì)和特點(diǎn)遙感數(shù)字圖像遙感數(shù)字圖像是以數(shù)字表示的遙感圖像,其

2、最基本的單元是像素.像素是成像過(guò)程的采樣點(diǎn),也是計(jì)算機(jī)處理圖像的最小單元. 像素具有空間特征和屬性特征.像素的屬性特征采用亮度值來(lái)表達(dá).正像素、混合像素遙感原理41、數(shù)字圖像的性質(zhì)和特點(diǎn) 二、遙感數(shù)字圖像的特點(diǎn)便于計(jì)算機(jī)處理與分析圖像信息損失少抽象性強(qiáng)遙感原理51、數(shù)字圖像的性質(zhì)和特點(diǎn) 三 .遙感數(shù)字圖像的表示方法遙感數(shù)字圖像是以二維數(shù)組來(lái)表示的.遙感原理61、數(shù)字圖像的性質(zhì)和特點(diǎn)遙感圖像按照波段數(shù)量分為:單波段數(shù)字圖像:SPOT 的全色波段.多波段數(shù)字圖像:TM的7個(gè)波段數(shù)據(jù).多波段數(shù)字圖像的存儲(chǔ)和分發(fā)，常采用三種數(shù)據(jù)格式BSQ格式(Band sequential)BIP格式(Band in

3、terleaved by pixel)BIL格式(Band interleaved by line)遙感原理7BSQ數(shù)據(jù)格式：是一種按波段順序依次排列的數(shù)據(jù)格式。遵循以下規(guī)律：第一波段位居第一，第二波段位居第二.第一波段中，數(shù)據(jù)依據(jù)行號(hào)順序依次排列，每一行內(nèi)，數(shù)據(jù)按像素號(hào)順序排列；遙感原理8遙感原理9BIP 數(shù)據(jù)格式：每個(gè)像元按波段次序交叉排列。遵循以下規(guī)律：第一波段第一行第一個(gè)像素位居第一位，第二波段第一行第一個(gè)像素位居第二，第三波段第一行第一個(gè)像素位居第三，第n波段第一行第一個(gè)像素位居第n位；然后，為第一波段第一行第二個(gè)像素為居第n+1位，第二波段第一行第二個(gè)像素，位居第二位，其余數(shù)據(jù)排列

4、位置依次類(lèi)推。遙感原理10遙感原理11BIL數(shù)據(jù)格式：是逐行按波段次序排列的格式。 遵循以下規(guī)律：第一波段第一行第一個(gè)像素位居第一位，第一波段第一行第二個(gè)像素位居第二位，第一波段第一行第三個(gè)像素位居第三位，第一波段第一行第n個(gè)像素位居第n位，第二波段第一行第一個(gè)像素，它位居第n+1位，第二波段第一行第二個(gè)像素，它位居第n+2位。依次類(lèi)推。 遙感原理12遙感原理131、數(shù)字圖像的性質(zhì)和特點(diǎn)四.航空像片的數(shù)字化空間采樣：將航空像片具有的連續(xù)灰度信息轉(zhuǎn)化為每行有m個(gè)單元，每列有n個(gè)單元的像素組合。屬性量化：可得到每個(gè)像元的數(shù)字模擬量，與航空像片中對(duì)應(yīng)位置上的灰度相對(duì)應(yīng)。遙感原理142、遙感圖像的計(jì)算

5、機(jī)分類(lèi)遙感原理15一、分類(lèi)原理與基本過(guò)程是模式識(shí)別技術(shù)在遙感領(lǐng)域中的具體應(yīng)用.遙感圖像分類(lèi)的依據(jù)：是地物的光譜特征.分類(lèi)是對(duì)圖像上每個(gè)像素按照亮度接近程度給出對(duì)應(yīng)類(lèi)別，以達(dá)到大致區(qū)分遙感圖像中多種地物的目的。遙感圖像計(jì)算機(jī)分類(lèi)遙感圖像像素的相似度。常使用距離和相關(guān)系數(shù)來(lái)衡量相似度。采用距離衡量相似度時(shí)，距離越小相似度越大。采用相關(guān)系數(shù)衡量相似度時(shí)，相關(guān)程度越大，相似度越大。見(jiàn)P194-195遙感原理16遙感圖像計(jì)算機(jī)分類(lèi)方法監(jiān)督分類(lèi)法：選擇具有代表性的訓(xùn)練場(chǎng)地作為樣本. 用訓(xùn)練區(qū)中已知地面各類(lèi)地物樣本的光譜特性來(lái)“訓(xùn)練”計(jì)算機(jī)，獲得識(shí)別各類(lèi)地物的判別函數(shù)或模式，并以此對(duì)未知地區(qū)的像元進(jìn)行分類(lèi)處

6、理，分別歸入到已知的類(lèi)別中。非監(jiān)督分類(lèi)：是在沒(méi)有先驗(yàn)類(lèi)別（訓(xùn)練場(chǎng)地）作為樣本的條件下，即事先不知道類(lèi)別特征，主要根據(jù)像元間相似度的大小進(jìn)行歸類(lèi)合并（即相似度的像元?dú)w為一類(lèi)）的方法。遙感原理17與監(jiān)督分類(lèi)相比，非監(jiān)督分類(lèi)具有下列優(yōu)點(diǎn)：不需要對(duì)被研究的地區(qū)有事先的了解，對(duì)分類(lèi)的結(jié)果與精度要求相同的條件下，在時(shí)間和成本上較為節(jié)省,但實(shí)際上,非監(jiān)督分類(lèi)不如監(jiān)督分類(lèi)的精度高，所以監(jiān)督分類(lèi)使用的更為廣泛。遙感原理18二、圖像分類(lèi)方法 1、監(jiān)督分類(lèi) （1）、最小距離分類(lèi)法Step 2 for eachunclassified pixel,calculate the distance toaverage fo

7、r each trainingarea遙感原理19二、圖像分類(lèi)方法 1、監(jiān)督分類(lèi) （1）、最小距離分類(lèi)法 最近鄰域分類(lèi)法 Nearest Neighbour Defines a typical pixel for each classAssigns pixels on the basis of spectral distanceCan separate diverse classesBoundary problems remain unresolved遙感原理20二、圖像分類(lèi)方法 1、監(jiān)督分類(lèi)最小距離法沒(méi)有考慮到各類(lèi)別在不同波段的內(nèi)部方差，以及不同類(lèi)別其直方圖重疊部分的頻率分布。 （2）、最大

8、似然比分類(lèi)法(Maximum Likelihood) 通過(guò)求出每個(gè)像素對(duì)于各類(lèi)別的歸屬概率，把該像素分到歸屬概率最大的類(lèi)別中去的方法。遙感原理21二、圖像分類(lèi)方法 1、監(jiān)督分類(lèi) （3）、最大似然比分類(lèi)法(Maximum Likelihood)遙感原理22二、圖像分類(lèi)方法 2、非監(jiān)督分類(lèi) （1）、分級(jí)集群法確定評(píng)價(jià)各樣本相似程度所采用的指標(biāo);初定分類(lèi)總數(shù)；計(jì)算樣本間的距離，據(jù)距離最近的原則判定樣本歸并到不同類(lèi)別；歸并后的類(lèi)別作為新類(lèi)，與剩余的類(lèi)別重新組合，然后再計(jì)算并改正其距離。直到所有像素都?xì)w入到各類(lèi)別中去遙感原理23二、圖像分類(lèi)方法3、監(jiān)督分類(lèi)與非監(jiān)督分類(lèi)方法比較1).根本區(qū)別在于是否利用訓(xùn)

9、練場(chǎng)地來(lái)獲取先驗(yàn)的類(lèi)別知識(shí)監(jiān)督分類(lèi)的關(guān)鍵是選擇訓(xùn)練場(chǎng)地。訓(xùn)練場(chǎng)地要有代表性，樣本數(shù)目要能夠滿(mǎn)足分類(lèi)要求。此為監(jiān)督分類(lèi)的不足之處。非監(jiān)督分類(lèi)不需要更多的先驗(yàn)知識(shí)，據(jù)地物的光譜統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行分類(lèi)。當(dāng)兩地物類(lèi)型對(duì)應(yīng)的光譜特征差異很小時(shí)，分類(lèi)效果不如監(jiān)督分類(lèi)效果好。2)、監(jiān)督分類(lèi)先確認(rèn)類(lèi)別，后訓(xùn)練、分類(lèi)；非監(jiān)督分類(lèi)先訓(xùn)練、分類(lèi)，再確認(rèn)類(lèi)別。遙感原理24三、圖像分類(lèi)中的有關(guān)問(wèn)題 1、未充分利用遙感圖像提供的多種信息 只考慮多光譜特征，沒(méi)有利用到地物空間關(guān)系、圖像中提供的形狀和空間位置特征等方面的信息。 統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別以像素為識(shí)別的基本單元,未能利用圖像中提供的形狀和空間位置特征,其本質(zhì)是地物光譜特征分類(lèi).水

10、體的分類(lèi). 遙感原理25遙感原理26三、圖像分類(lèi)中的有關(guān)問(wèn)題2、提高遙感圖像分類(lèi)精度受到限制大氣狀況的影響：吸收、散射。下墊面的影響：下墊面的覆蓋類(lèi)型和起伏狀態(tài)對(duì)分類(lèi)具有一定的影響。其他因素的影響：云朵覆蓋；不同時(shí)相的光照條件不同，同一地物的電磁輻射能量不同；地物邊界的多樣性。遙感原理273、遙感圖像多種特征的抽取一、地物邊界跟蹤法點(diǎn)狀地物與面狀地物的邊界跟蹤線(xiàn)狀地物信息檢測(cè)與跟蹤二、形狀特征描述與提取地物形狀特征的描述地物形態(tài)特征的提取遙感原理283、遙感圖像多種特征的抽取 三、地物空間關(guān)系特征描述與提取不同地物之間的空間關(guān)系：方位關(guān)系、包含關(guān)系、相鄰關(guān)系、相交關(guān)系、相貫關(guān)系?？臻g關(guān)系特征提

11、取與描述（1）方位關(guān)系的提?。?）包含關(guān)系特征提取與描述（3）相鄰關(guān)系特征抽?。?）相交關(guān)系特征抽?。?）相關(guān)關(guān)系特征的提取遙感原理294、遙感圖像專(zhuān)家解譯系統(tǒng) 專(zhuān)家系統(tǒng)：把某一特定領(lǐng)域的專(zhuān)家知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)形式化后輸入到計(jì)算機(jī)中，由計(jì)算機(jī)模仿專(zhuān)家思考問(wèn)題與解決問(wèn)題，是代替專(zhuān)家解決專(zhuān)業(yè)問(wèn)題的技術(shù)系統(tǒng)。遙感圖像解譯專(zhuān)家系統(tǒng)的組成：圖像處理與特征提取子系統(tǒng)遙感圖像解譯知識(shí)獲取子系統(tǒng)遙感圖像解譯專(zhuān)家系統(tǒng)的機(jī)理遙感原理304、遙感圖像專(zhuān)家解譯系統(tǒng)一、遙感圖像解譯專(zhuān)家系統(tǒng)的組成1、圖像處理與特征提取子系統(tǒng)：包括圖像處理、地形圖數(shù)字化、精糾正、特征提取，結(jié)果存貯在遙感數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。2、遙感圖像解譯知識(shí)獲取系統(tǒng)：獲取

12、遙感圖像解譯專(zhuān)家知識(shí)，并把專(zhuān)家知識(shí)形式化表示，存貯在知識(shí)庫(kù)中。3、狹義的遙感圖像解譯專(zhuān)家系統(tǒng)遙感原理314、遙感圖像專(zhuān)家解譯系統(tǒng)二、圖像處理與特征提取子系統(tǒng)1、圖像處理：圖像濾波可消除圖像的噪聲；圖像增強(qiáng)可突出目標(biāo)物體與背景的差異；大氣糾正可消除大氣散射、霧霽等影響；幾何精校正后的數(shù)字影像可與專(zhuān)題圖精確復(fù)合；2、分類(lèi)與特征提取子系統(tǒng) 從圖像中抽取光譜特征、圖像特征和空間特征，為專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行推理、判斷及分析提供依據(jù)。 遙感原理324、遙感圖像專(zhuān)家解譯系統(tǒng)三、遙感圖像解譯知識(shí)獲取子系統(tǒng)1、遙感圖像解譯知識(shí)獲取系統(tǒng)的主要功能是知識(shí)獲取.2、知識(shí)獲取有三個(gè)層次:增加遙感解譯新知識(shí)發(fā)現(xiàn)原有錯(cuò)誤知識(shí),修改

13、或補(bǔ)充新知識(shí)根據(jù)解譯結(jié)果,自動(dòng)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，修改錯(cuò)誤知識(shí),增加新知識(shí).4、遙感圖像解譯描述性知識(shí)可以采用框架式方法表示框架知識(shí)表示方法的特點(diǎn)5、過(guò)程性知識(shí)采用產(chǎn)生式規(guī)則知識(shí)表示方法產(chǎn)生式規(guī)則的特點(diǎn)遙感原理334、遙感圖像專(zhuān)家解譯系統(tǒng)四、遙感圖像解譯專(zhuān)家系統(tǒng)的機(jī)理1、遙感圖像數(shù)據(jù)庫(kù)包括遙感圖像數(shù)據(jù)和每個(gè)地物單元的不同特征，由數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)管理。2、解譯知識(shí)庫(kù)包括專(zhuān)家解譯知識(shí)和背景知識(shí)，由知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)管理。3、推理機(jī)采用正向推理和反向推理相結(jié)合的方式進(jìn)行遙感圖像解譯。 推理機(jī)具有兩種運(yùn)行形式 咨詢(xún)式：用戶(hù)和系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話(huà)，解譯系統(tǒng)根據(jù)用戶(hù)提供的區(qū)域信息和任務(wù)要求，完成遙感圖像解譯。隱蔽式：解譯過(guò)程中

14、圖像數(shù)據(jù)同解譯知識(shí)的結(jié)合在專(zhuān)家系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行。數(shù)據(jù)的傳遞、知識(shí)的調(diào)用都在系統(tǒng)內(nèi)部獨(dú)立完成遙感原理344、遙感圖像專(zhuān)家解譯系統(tǒng)五、計(jì)算機(jī)解譯的主要技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)1、抽取遙感圖像多種特征對(duì)高分辨率衛(wèi)星圖像的自動(dòng)解譯來(lái)說(shuō)，一般分別對(duì)目標(biāo)地物采用低、中、高三個(gè)層次進(jìn)行特征抽取和表達(dá)。 低層次的對(duì)象是像素，每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的 數(shù)值是該地物波譜特征的表征； 中層次主要抽取和描述目標(biāo)的形態(tài)、紋理等空間特征； 高層次主要抽取和描述識(shí)別目標(biāo)與相鄰地物之間的空間關(guān)系。遙感原理354、遙感圖像專(zhuān)家解譯系統(tǒng)2、逐步完成GIS各種專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，利用GIS數(shù)據(jù)減少自動(dòng)解譯中的不確定性 GIS數(shù)據(jù)庫(kù)在計(jì)算機(jī)自動(dòng)解譯中發(fā)揮以下重要作用：（1）對(duì)遙感圖像進(jìn)行輻射校正，消除或降低地形差異的影響；（2）作為解譯的直接證據(jù)，增加遙感圖像的信息量；（3）作為解譯的輔助證據(jù)，減少自動(dòng)解譯中的不確定性；（4）作為解譯結(jié)果的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，降低誤判率。遙感原理364、遙感圖像專(zhuān)家解譯系統(tǒng)3、建立適用于遙感圖像自動(dòng)解譯的專(zhuān)家系統(tǒng)，提高自動(dòng)解譯的靈活性 需要從以下兩方面開(kāi)展工作：建立解譯知識(shí)庫(kù)和背景知識(shí)庫(kù)。 解譯知識(shí)庫(kù)是遙感圖像解譯認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)經(jīng)形式化后記錄在貯存 介質(zhì)上的。背景知識(shí)庫(kù)是有關(guān)遙感解譯背景知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的集合，以地學(xué)知識(shí)為主。 根據(jù)遙感圖像解譯的特點(diǎn)來(lái)構(gòu)造專(zhuān)家系統(tǒng)。遙感原理374、遙感圖像專(zhuān)家解