[理学]遥感图像理解一遥感概要

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1、遥感遥感图像理解与应用图像理解与应用武汉大学资源与环境学院 刘吉平武汉大学资源与环境学院 刘吉平 L（地理类专业研究生必修课程）（地理类专业研究生必修课程）遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院1课时课时： 学分学分：2 适用专业适用专业：GIS、自然地理、人文地理 目的目的：培养学生掌握遥感图像目标识别及理解 的高级分析技术，并具有运用其解决地学问 题的实际能力。 要求要求：通过本课程的学习，较深刻地掌握遥感 图像分析、理解及其应用的过程、途径和重 要方法，了解其研究方向和前沿发展动态， 能够结合各相关专业应用领域的实际问题进 行研究。 考试方式考试方式：读书报告+实验报告。遥感图像理解与

2、应用武汉大学资源与环境学院2教材教材：本讲义。 参考书籍参考书籍： 王润生编著，图像理解，国防科大出版社； SergiosTheodoridisetc, Pattern Recognition (second edition),(模式识别)电子工业出版社。 边肇祺等，模式识别，清华大学出版社。 章毓晋，图像工程(下册)：图像理解与计算机视觉，清华 大学出版社。 赵南元，认知科学与广义进化论，清华大学出版社。 史忠植，高级人工智能，科学出版社。 赵英时,遥感应用分析原理与方法，科学出版社。 周成虎等,遥感图像地学理解与分析,科学出版社。 马建文等，遥感信息智能分析，科学出版社。遥感图像理解与应用

3、武汉大学资源与环境学院3先修课程先修课程遥感概论 数字图像处理 地理信息系统等遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院4内容安排： 一、遥感概要(4)： 二、遥感图像目标及其特征(4) 三、图像目标检测(6) 四、图像目标理解(4) 五、实例(24)一、遥感概要(4)： 二、遥感图像目标及其特征(4) 三、图像目标检测(6) 四、图像目标理解(4) 五、实例(24) 六、文献阅读(4) 七、遥感图像理解实验(8) 八、报告编写(4)六、文献阅读(4) 七、遥感图像理解实验(8) 八、报告编写(4) 一五一五：讲课内容讲课内容；六八六八：作业内容作业内容。遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院

4、5报告内容： 一、遥感图像理解与应用读书报告： 一、遥感图像理解与应用读书报告 对遥感图像理解的基本内容和方法的认识以及它在你的 学科领域中的意义等。11.5千字以上。要求有包括2 篇外文文献在内的4篇以上阅读文献。 二、遥感图像理解与应用实验报告二、遥感图像理解与应用实验报告 由老师提供遥感图像数据，独立完成：图像目标(建筑 物、水体或其他)检测，统计方法分类，人工智能 分类，共3种实验，描述实验过程和总结实验结果。人 文地理专业学生(包括土管专业)可任选其中2种实验。 图、表要求分别统一编号，图表和引用文献在正文中 要有引用标注。补充：分类的地类包括水体、建筑 物、道路、林(绿)地等，不能

5、少于上述4类。 提交PDF格式电子文档，不要设置安全保护，或只设置成 允许注记的安全保护(因为老师要批改打分)。评分标准：人文、土管：评分标准：人文、土管：40/60(30,30)。GIS、自然：、自然：40/60(20,20,20) 读书报告：有综述、有专述且较深入，读书报告：有综述、有专述且较深入，35-40分。实验报告：原理正确、步骤完整、过 程清楚、图表清晰，分。实验报告：原理正确、步骤完整、过 程清楚、图表清晰，50-55分；实验结果很好，分；实验结果很好，55-60分分.遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院6报告格式要求： 报告封面： 遥感图像理解与应用 读书报告和实验报告读书

6、报告和实验报告 学院_ 专业_ 姓名_ 学号_ 教师_ 日期_一 遥感概要一 遥感概要1.遥感遥感 2.遥感图像遥感图像遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院8第一部分：遥感 1.遥感的定义遥感的定义 遥感是基于电磁辐射理论和地物电磁辐射特 性的一门科学技术，在学科属性上它同时 具有科学和技术的属性，而且还具有综合 性学科的特点。遥感是通过仪器远距离、无接触地探测并记 录目标的电磁辐射属性信息，通过分析这 一属性以估计目标的其他属性信息(物理、 化学、几何等的属性信息) ，进而对目标进 行识别的科学和技术。遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院92.遥感的基本物理理论遥感的基本物理理论 ?

7、温度大于0K的任何物体都产生电磁辐射 ?物体的电磁辐射波谱与其物质成分、结构、表 面状态和所处环境条件有内在联系 ?电磁辐射与物质存在相互作用，最重要的表现 是吸收、反射或散射、透射和发射 ?遥感探测的基本量是辐射亮度L 遥感中的基本物理规律物理规律是： ?普朗克定律 ?基尔霍夫定律 上述定律有其适用条件，遥感对象只近似满足遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院103.遥感探测技术遥感探测技术 探测器的物理原理： ?光化学效应 ?光电效应 ?电磁感应 探测的波长范围： ?紫外-可见光-红外（光学波段） ?微波 探测方式： ?主动方式：雷达（微波雷达、激光雷达） ?被动方式：光学成像、微波辐射

8、计等遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院114.遥感信息处理与分析遥感信息处理与分析 遥感的主要目的目的是远距离获取目标的各种信息。 获取目标的信息需要经过遥感信息处理和分析 的过程。遥感信息处理包括： ?辐射定标 ?辐射校正（大气校正、地形校正） ?几何校正 ?图像增强遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院12遥感信息分析包括： ?目视解译：又称判读判读，是指专业人员直接或借 助仪器观察遥感图像，通过大脑的判断获取目 标地物的有关信息。 ?计算机解译：又称图像识别图像识别，计算机按照专业 人员设计的算法从遥感图像中自动识别出目标 地物的有关信息。它主要依靠模式识别模式识别技术和 人工智

9、能人工智能技术。 ?遥感反演：基于辐射传输的物理模型或经验模 型或统计模型或它们的组合模型，反求地物的 属性信息。 可见，遥感是一种获取信息的手段遥感是一种获取信息的手段。它与人的感 觉系统之一视觉系统获取信息的方式有很多 相同之处，可以说遥感就是人的视觉功能的延 长。遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院13人眼如何感受客观世界？1.光刺激2.光采集器3.光探测器遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院14大脑如何感知客观世界？遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院15遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院165.遥感扩展了人的视觉功能5.遥感扩展了人的视觉功能观察距离观察距离的扩展：

10、遥感将人眼几千米数的视距扩 展到数百至数千公里以至更远。 电磁波范围电磁波范围的扩展：遥感探测的电磁辐射不再局 限在可见光，它利用了所有电磁波波段，但目前 主要为可见光、红外、微波。 观察方式观察方式的扩展：遥感将人眼观察目标的方式扩 展为多种多样，如既可以被动地接收电磁波，也 可以主动地发射电磁波而后接收目标的回波，既 可以在地面观察，也可以在太空观察，既可以瞬 时地静态观察也可以连续地动态观察，既可以白 天观察也可以夜间观察。遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院17观察目标观察目标的扩展：遥感将观察的目标从可视目 标扩展到非可视目标，从直接目标扩展到被掩 盖的目标(利用某些电磁波段对某

11、些地物具有 较强的穿透力)。 观察精度观察精度的扩展：遥感将人眼对目标属性的观 察精度（如亮度）从几百分之一扩展到几百万 分之一。 认知方式认知方式的扩展：遥感将人对目标的单一生物 认知功能扩展到生物认知加计算机数据计算分 析功能，提高了对目标的识别能力。遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院18TargetEnergy SourceSatComProcessing StationAnalysisApplicationSensor6.遥感全过程概略示意图遥感全过程概略示意图遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院197.对地遥感可能推知的地物属性7.对地遥感可能推知的地物属性举例(直接或 间

12、接、潜在可能性)：?物质成分构成?物质结构?温度、湿度?生物参数?地应力?三维几何形态?三维空间位置等?地表现象变化过程。遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院208.遥感中的主要问题8.遥感中的主要问题?辐射校正问题：大气校正中当时大气状态的 获取较难，地形校正中地形因子不能保证准 确得到。?混合像元问题：如何从遥感图像像元中分解 出地面单元的端元组分，对于提取地表弱信 息至关重要。?尺度效应问题：不同尺度（分辨率）下遥感 信息的转换机理。?非同温问题（非热平衡）：不同温的地面单 元如何应用基尔霍夫定律，其中的误差等。?非朗伯地表辐射问题。遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院21大气影

13、响遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院22大气影响校正遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院23局部入射角DEM遥感影像地形校正实例-TM（清江）遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院24原图第3波段地形校正后遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院25尺度问题是遥感中的一个根本性问题尺度问题是遥感中的一个根本性问题 尺度效应：在不同的尺度层次上，物体的各种属 性以及关于这些属性的规律、定理可能发生质 的变化，这一性质称为尺度效应。 不同细节(粒度)层次(如树叶、树冠)对应不同对象 层次(如植株、林类) 。许多学者对此进行了深 入研究。张钹等从商空间结构研究不同层次的 问题求解理论(张

14、钹,张铃：问题求解理论及应 用，1990)，李小文等从尺度转换研究遥感定量 反演理论(李小文等，973项目：地球表面时空 多变要素的定量遥感理论及应用，多角度与热 红外对地遥感 )。遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院26尺度对遥感图像中观察目标的层次的影响：遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院27普通图像中不同尺度下的不同视觉认知遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院28尺度变化引起混合光谱效应变化(组分和表面结构 不同)： （1）对点或均一表面适应的基本物理定律、定 理、概念，当直接用于以遥感像元为尺度的表 面时，存在适应性问题，即尺度效应。(李小文 等) 1) 像元的漫反射问题

15、。 2) 赫姆霍兹(Helmholtz)互易原理(辐射源与遥感器) 在不同尺度上存在适应性问题。 3) 普朗克(Planck)定律在一定尺度上(非同温、具 有表面结构)可能需要修正。遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院29（2）遥感数据是像元内电磁辐射的面积分，而 由于存在辐射量的空间变异 ，从不同尺度的 像元得到的信息就存在统计特性(如平稳性)的 差异。 由于不同尺度之间存在显著的性质差异，故在 处理不同尺度的遥感数据时需要做尺度转 换，即各种物理量及其函数关系在不同尺度 之间的对应关系。上述问题除了影响光谱特征从而影响遥感定量 反演外，也必然影响到地理客体的图像特 征。遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院30不同分辨率下的城市影像-武汉市：TM，30m遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院31不同分辨率下的城市影像-武汉市：SPOT，10m遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院32不同分辨率下的城市影像-武汉市：QUICKBIRD，0.6m遥感图像理解与应用武汉大学资源与环境学院33时间因素对遥感图像也有影响时间因素对遥感图像也有影响： 不同时间里，地面环境和大气环境不同引起地物 辐射特征的不同。 传感器接收辐射的积分时间与地面采集数据的积 分时间的差异，在数据对比时的问题，如热量 平衡各分量在遥感中的瞬时值与地面的日总量 之间的对比。