.,第六章遙感圖像的計(jì)算機(jī)解譯,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),.,計(jì)算機(jī)解譯：又稱(chēng)遙感圖像理解(RemoteSensingImgeryUnderstanding)，它以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為支撐環(huán)境，利用模式識(shí)別技術(shù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合，根據(jù)遙感圖像中目標(biāo)地物的各種影像特征(顏色、形狀、紋理與空間位置)，結(jié)合專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)中目標(biāo)地物的解譯經(jīng)驗(yàn)和成像規(guī)律等知識(shí)進(jìn)行分析和推理，實(shí)現(xiàn)對(duì)遙感圖像的理解，完成對(duì)遙感圖像的解譯。,.,計(jì)算機(jī)解譯遙感影像的困難,目標(biāo)信息不完全且?guī)в性肼曅畔⒘窟^(guò)于豐富，造成相互影響和干擾地域性、季節(jié)性和不同成像方式,.,數(shù)字圖像的性質(zhì)和特點(diǎn),遙感數(shù)字圖像是以數(shù)字表示的遙感圖像,其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：一個(gè)像素只包含一種地物的像素混合像素：像素內(nèi)包含兩種或兩種以上的地物,.,數(shù)字圖像的性質(zhì)和特點(diǎn),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),.,遙感數(shù)字圖像的表示方法,以二維數(shù)組來(lái)表示的,.,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)字圖像的三種數(shù)據(jù)格式BSQ格式(Bandsequential)BIP格式(Bandinterleavedbypixel)BIL格式(Bandinterleavedbyline),遙感數(shù)字圖像的表示方法,.,遙感圖像的計(jì)算機(jī)分類(lèi),.,遙感圖像的計(jì)算機(jī)分類(lèi),.,遙感圖像的計(jì)算機(jī)分類(lèi),分類(lèi)原理不同的地物有不同的光譜特征，同類(lèi)地物具有相同或相似的光譜特征。基于數(shù)字圖像中反映的同類(lèi)地物的光譜相似性和異類(lèi)地物的光譜差異性進(jìn)行分類(lèi)。圖像分類(lèi)的總目標(biāo)：將圖像中所有的像元自動(dòng)地進(jìn)行土地覆蓋類(lèi)型或土地覆蓋專(zhuān)題的分類(lèi)。需要注意的問(wèn)題：同物異譜；同譜異物,.,遙感圖像的計(jì)算機(jī)分類(lèi),.,遙感圖像的計(jì)算機(jī)分類(lèi),幾個(gè)基本概念模式(pattern)：在多波段圖像中，每個(gè)像元都具有一組對(duì)應(yīng)取值，稱(chēng)為像元模式特征(feature)：在多波段圖像中，每個(gè)波段都可看作一個(gè)變量，稱(chēng)為特征變量特征提取(featureextraction)：通過(guò)變換找出最能反映地物類(lèi)別差異的特征變量用于分類(lèi)的過(guò)程特征選擇(featureselection)：直接從原始波段數(shù)據(jù)中選擇,.,遙感圖像的計(jì)算機(jī)分類(lèi),目視解譯的依據(jù)：影像的色調(diào)和幾何特征遙感圖像分類(lèi)的依據(jù)：地物的光譜特征遙感圖像計(jì)算機(jī)分類(lèi)的依據(jù)：像素的相似度,.,遙感圖像的計(jì)算機(jī)分類(lèi),遙感圖像計(jì)算機(jī)分類(lèi)的依據(jù)：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。距離衡量相似度時(shí)，距離越小相似度越大。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。,.,遙感圖像的計(jì)算機(jī)分類(lèi),一般步驟：分類(lèi)預(yù)處理特征選取分類(lèi)分類(lèi)后處理專(zhuān)題圖制作,.,遙感圖像計(jì)算機(jī)分類(lèi)方法,監(jiān)督分類(lèi)法：選擇具有代表性的典型實(shí)驗(yàn)區(qū)或訓(xùn)練區(qū)，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。,.,一、分類(lèi)原理與基本過(guò)程,遙感數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)分類(lèi)基本過(guò)程根據(jù)圖像分類(lèi)目的選取特定區(qū)域的遙感數(shù)字圖像，需考慮圖像的空間分辨率、光譜分辨率、成像時(shí)間、圖像質(zhì)量等。根據(jù)研究區(qū)域，收集與分析地面參考信息與有關(guān)數(shù)據(jù)。根據(jù)分類(lèi)要求和圖像數(shù)據(jù)的特征，選擇合適的圖像分類(lèi)方法和算法。制定分類(lèi)系統(tǒng)，確定分類(lèi)類(lèi)別。找出代表這些類(lèi)別的統(tǒng)計(jì)特征,.,一、分類(lèi)原理與基本過(guò)程,遙感數(shù)字圖像計(jì)算機(jī)分類(lèi)基本過(guò)程為了測(cè)定總體特征，在監(jiān)督分類(lèi)中可選擇具有代表性的訓(xùn)練場(chǎng)地進(jìn)行采樣，測(cè)定其特征。在非監(jiān)督分類(lèi)中，可用聚類(lèi)等方法對(duì)特征相似的像素進(jìn)行歸類(lèi)，測(cè)定其特征。對(duì)遙感圖像中各像素進(jìn)行分類(lèi)。分類(lèi)精度檢查。對(duì)判別分析的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。,.,二、圖像分類(lèi)方法,1.監(jiān)督分類(lèi),（1）最小距離分類(lèi)法,Step2foreachunclassifiedpixel,calculatethedistancetoaverageforeachtrainingarea,.,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NearestNeighbour。,DefinesatypicalpixelforeachclassAssignspixelsonthebasisofspectraldistanceCanseparatediverseclassesBoundaryproblemsremainunresolved,.,二、圖像分類(lèi)方法,1、監(jiān)督分類(lèi),（2）、多級(jí)切割分類(lèi)法通過(guò)設(shè)定在各軸上的一系列分割點(diǎn)，將多維特征空間劃分成分別對(duì)應(yīng)不同分類(lèi)類(lèi)別的互不重疊的特征字空間的分類(lèi)方法。對(duì)于一個(gè)未知類(lèi)別的像素來(lái)說(shuō)，它的分類(lèi)取決于它落入哪個(gè)類(lèi)別特征字空間中。,.,二、圖像分類(lèi)方法,1、監(jiān)督分類(lèi),（3）、特征曲線(xiàn)窗口分類(lèi)法特征曲線(xiàn)是地物光譜特征曲線(xiàn)參數(shù)構(gòu)成的曲線(xiàn)。以特征曲線(xiàn)為中心取一個(gè)條帶，構(gòu)造一個(gè)窗口，凡是落在此窗口內(nèi)的地物即被認(rèn)為是一類(lèi)，反之，則不屬于該類(lèi)。,.,二、圖像分類(lèi)方法,1、監(jiān)督分類(lèi),（4）、最大似然比分類(lèi)法(MaximumLikelihood)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。假定訓(xùn)練區(qū)地物的光譜特征和自然界大部分隨機(jī)現(xiàn)象一樣，近似服從正態(tài)分布。,.,二、圖像分類(lèi)方法,1、監(jiān)督分類(lèi),（4）、最大似然比分類(lèi)法(MaximumLikelihood),.,二、圖像分類(lèi)方法,1、監(jiān)督分類(lèi),（4）、最大似然比分類(lèi)法(MaximumLikelihood),.,二、圖像分類(lèi)方法,1、監(jiān)督分類(lèi),（4）、最大似然比分類(lèi)法(MaximumLikelihood),.,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。,分級(jí)集群方法的特點(diǎn),是分級(jí)進(jìn)行的，可能導(dǎo)致對(duì)一個(gè)像元的操作次序不同，得到不同的分類(lèi)結(jié)果。這是該方法的缺點(diǎn)。,.,二、圖像分類(lèi)方法,2、非監(jiān)督分類(lèi),（2）、動(dòng)態(tài)聚類(lèi)法在初始狀態(tài)給出圖像粗糙的分類(lèi)，然后基于一定原則在類(lèi)別間重新組合樣本，直到分類(lèi)比較合理為止。,.,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,根本區(qū)別在于是否利用訓(xùn)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。,.,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).水體的分類(lèi).,.,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。,.,3、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)裝地物信息檢測(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,.,3、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,.,4、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)理計(jì)算機(jī)解譯的主要技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),.,4、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)。,.,4、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)。,.,4、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),.,4、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,.,4、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)地物采用地、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。,.,4、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),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。,.,4、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),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)。,.,4、遙感圖像專(zhuān)家解譯系統(tǒng),五、計(jì)算