遥感图像处理多特征提取

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1、遥感图像多特征提取和解译专家系统遥感图像多特征提取和解译专家系统目目 录录1、 遥感图像解译概念；遥感图像解译概念；2 、遥感图像多特征提取；、遥感图像多特征提取；遥感图像多特征提取的概念；地球表面物体分布特征；地物边界跟踪法；形状特征描述与提取；地物空间关系特征描述与提取；3 、遥感图像解译专家系统、遥感图像解译专家系统遥感图像解译专家系统的组成图像处理与特征提取子系统遥感图像解译知识获取子系统遥感图像解译专家系统的机理计算机解译的主要技术发展趋势1、遥感图像解译、遥感图像解译-概念概念当人们或是计算机系统能够从遥感图像数当人们或是计算机系统能够从遥感图像数据中发现或者挖掘出信息，并将此信息

2、分据中发现或者挖掘出信息，并将此信息分析、整理、传递给他人的时候，就是在进析、整理、传递给他人的时候，就是在进行图像解译。行图像解译。图像解译的表达形式有：图像分类、专题图像解译的表达形式有：图像分类、专题信息提取和模式识别等。信息提取和模式识别等。2 、遥感图像多特征提取遥感图像多特征提取1 1遥感图像多特征提取的概念；遥感图像多特征提取的概念；2 2地球表面物体分布特征；地球表面物体分布特征；3 3地物边界跟踪法；地物边界跟踪法；4 4形状特征描述与提取；形状特征描述与提取；5 5地物空间关系特征描述与提取；地物空间关系特征描述与提取；一、遥感图像多特征提取一、遥感图像多特征提取- -概念

3、概念 遥感图像解译，除了利用地物的光谱特征遥感图像解译，除了利用地物的光谱特征外，还需利用地物的形状特征和空间关系特征，外，还需利用地物的形状特征和空间关系特征，因此需要提取图像的其他特征。对于高分辨率遥因此需要提取图像的其他特征。对于高分辨率遥感图像，可以清楚地观察到丰富的结构信息，如感图像，可以清楚地观察到丰富的结构信息，如城市是由许多街区组成的，每个街区又由多个矩城市是由许多街区组成的，每个街区又由多个矩形楼房构成，其中人造地物具有明显的形状和结形楼房构成，其中人造地物具有明显的形状和结构特征，如建筑物、厂房、农田田埂，因此可以构特征，如建筑物、厂房、农田田埂，因此可以设法去提取这类地物

4、的形状特征及其空间关系特设法去提取这类地物的形状特征及其空间关系特征，以作为结构模式识别的依据。征，以作为结构模式识别的依据。 结构模式识别也叫句法模式识别，它可以提取结构模式识别也叫句法模式识别，它可以提取地物的形状特征和空间关系特征，在此基础上识地物的形状特征和空间关系特征，在此基础上识别遥感影像上的目标地物。别遥感影像上的目标地物。 二、地球表面物体分布特征二、地球表面物体分布特征 地球表面的物体，从其分布特征来看，地球表面的物体，从其分布特征来看，主要表现为三种形式，主要表现为三种形式，点状地物点状地物线状地物线状地物面状地物面状地物 从信息论的观点看，一个图像颜色（地从信息论的观点看

5、，一个图像颜色（地物光谱）特征均一的地物单元，其边界物光谱）特征均一的地物单元，其边界信息最丰富，地物形状特征是通过边界信息最丰富，地物形状特征是通过边界信息表现出来的。信息表现出来的。 三、地物边界跟踪法三、地物边界跟踪法1.1.地物边界跟踪法地物边界跟踪法- -分类；分类；2.2.点状地物与面状地物的边界跟踪；点状地物与面状地物的边界跟踪；3.3.面状地物的边界跟踪法；面状地物的边界跟踪法；4.4.线状地物信息检测与跟踪；线状地物信息检测与跟踪；1 1、地物边界跟踪法、地物边界跟踪法- -分类分类 对地物边界跟踪，是获取地物形态特对地物边界跟踪，是获取地物形态特征的前提。针对不同地物分布特

6、点，征的前提。针对不同地物分布特点，地物边界跟踪方法不同。地物边界跟踪方法不同。 第一种方法以图像像元作为跟踪的第一种方法以图像像元作为跟踪的落脚点，跟踪点的连线作为地物的落脚点，跟踪点的连线作为地物的界线。这种跟踪方法适用于线状物界线。这种跟踪方法适用于线状物体的跟踪。体的跟踪。第二种方法认为地物的界线在相邻第二种方法认为地物的界线在相邻地物之间，因此边界跟踪的路径应地物之间，因此边界跟踪的路径应该从两个相邻地物边界的像元中间该从两个相邻地物边界的像元中间穿过，这种方法适用于点状地物与穿过，这种方法适用于点状地物与面状地物的跟踪。面状地物的跟踪。 44| |44444 4333 333| |

7、332 2、点状地物与面状地物的边界跟踪、点状地物与面状地物的边界跟踪 随着遥感影像空间分辨率的变化，相同随着遥感影像空间分辨率的变化，相同地物的分布特征是可变的。例如，一种地地物的分布特征是可变的。例如，一种地物在高分辨率图像上表现为面状地物，但物在高分辨率图像上表现为面状地物，但在低分辨率图像上可能表现为点状地物。在低分辨率图像上可能表现为点状地物。反之，点状地物在高分辨率图像上也可以反之，点状地物在高分辨率图像上也可以表现为面状地物。表现为面状地物。点状地物是用一个像素或几个相邻像素表点状地物是用一个像素或几个相邻像素表示的地物，因一个像素对应地表一定的面示的地物，因一个像素对应地表一定

8、的面积，因此点状地物可视为缩小的面状地物。积，因此点状地物可视为缩小的面状地物。面状地物边界跟踪法同样适用于点状地物。面状地物边界跟踪法同样适用于点状地物。3 3、面状地物的边界跟踪法、面状地物的边界跟踪法面状地物边界跟踪是在遥感图像分类基础面状地物边界跟踪是在遥感图像分类基础上进行的。遥感数字图像分类实际上是根据上进行的。遥感数字图像分类实际上是根据地物物理特性对像素的重新组合与归并。经地物物理特性对像素的重新组合与归并。经过分类后的图像，每个地物单元内部是均一过分类后的图像，每个地物单元内部是均一的，与其他地物的差异主要通过地物单元的的，与其他地物的差异主要通过地物单元的边界来表现。据此可

9、以认为，边界来表现。据此可以认为，特征均一的地特征均一的地物单元（区域）的空间是由边界所确定的，物单元（区域）的空间是由边界所确定的，边界由一个或多个孤段所构成，弧段是具有边界由一个或多个孤段所构成，弧段是具有方向性的线段，线段由有限个有序的边界点方向性的线段，线段由有限个有序的边界点所构成。所构成。3 3、面状地物的边界跟踪法、面状地物的边界跟踪法 设设G G1 1为图像中第一种地物类型，为图像中第一种地物类型，G G2 2为图像中第二种地物为图像中第二种地物类型，像元类型，像元A A0 0，A A1 1，A A2 2，A A3 3在二维图像空间分布中具有在二维图像空间分布中具有如下：如下：

10、 若若A A G G1 1或或A A G G2 2 A=AA=A0 0，A A1 1，A A2 2，A A3 3 则称则称 4 4个个 像元在像元在 2*22*2图像窗口的中间点为内部点，图像窗口的中间点为内部点， 若存在若存在A Ai i G G1 1,A,Aj j G G2 2,i,i j,j,则称则称4 4个像元在个像元在2*22*2图像窗口的中间点为边界点，地物单元边界跟踪法是：图像窗口的中间点为边界点，地物单元边界跟踪法是：起始点的确定：设图像数据具有起始点的确定：设图像数据具有m m行和行和n n列，分别在图像四周各增列，分别在图像四周各增加一行或一列数据，增加的像元赋值为加一行或

11、一列数据，增加的像元赋值为-1-1，构成（，构成（m m2 2）* *（n n2 2）的数字图像，经过上述处理，图像周边的像元都成为边界点。）的数字图像，经过上述处理，图像周边的像元都成为边界点。我们规定，第一个地物单元的边界点在图像坐标原点，将坐标原我们规定，第一个地物单元的边界点在图像坐标原点，将坐标原点作为起始点，开始跟踪时，记下起始点的坐标，顺序扫描图像，点作为起始点，开始跟踪时，记下起始点的坐标，顺序扫描图像，查找边界点。查找边界点。 举例举例A A0 0A A1 1 A A2 2A A3 33 3、面状地物的边界跟踪法、面状地物的边界跟踪法下一个跟踪点的确定：查找下一个跟踪点，关键

12、下一个跟踪点的确定：查找下一个跟踪点，关键是确定下一个跟踪点的方向。通过对地物单元边是确定下一个跟踪点的方向。通过对地物单元边界点在图像窗口各种可能出现状态的分析，发现界点在图像窗口各种可能出现状态的分析，发现在逆（或顺）时针方向查找时，当前区域的下一在逆（或顺）时针方向查找时，当前区域的下一个边界点是唯一的，寻找当前区域的下一个边界个边界点是唯一的，寻找当前区域的下一个边界点的方向依赖于当前点的位置和图像窗口内相邻点的方向依赖于当前点的位置和图像窗口内相邻像元的分布位置。利用已知的方向作指引，可以像元的分布位置。利用已知的方向作指引，可以方便地查找到当前区域的下一个边界点。方便地查找到当前区

13、域的下一个边界点。举例举例1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 * * * * * 1 1 1 1 2 1 1 2 2 2 上一点位置上一点位置查找下一边界点的方向查找下一边界点的方向当前点位置当前点位置3 3、面状地物的边界跟踪法、面状地物的边界跟踪法利用方向指引，寻找到下一个边界点后，要利用方向指引，寻找到下一个边界点后，要求判别该点的坐标是否与起始点相同。不同求判别该点的坐标是否与起始点相同。不同时，继续寻找当前地物单元下一个边界点，时，继续寻找当前地物单元下一个边界点，相同时，记录下跟踪过程中边界点的各种信相同时，记录下跟踪过程中边界点的各种信息，产生一个地物单元数据记录，然后利用息

14、，产生一个地物单元数据记录，然后利用同样跟踪方法，开始下一个地物单元边界的同样跟踪方法，开始下一个地物单元边界的跟踪，一直到图像中所有地物单元跟踪完毕。跟踪，一直到图像中所有地物单元跟踪完毕。上述跟踪方法可以拓广到多个地物类型的图上述跟踪方法可以拓广到多个地物类型的图像区域。像区域。 举例举例4 4、线状地物信息检测与跟踪、线状地物信息检测与跟踪 线状地物检测是对线状地物像素的亮度与方向特线状地物检测是对线状地物像素的亮度与方向特性进行检测，找出可能的线状地物点的算法。性进行检测，找出可能的线状地物点的算法。 线状地物检测的方法较多，简单的有阈值技术，线状地物检测的方法较多，简单的有阈值技术，

15、复杂的有诸如假说检验程序等。线状地物检测的复杂的有诸如假说检验程序等。线状地物检测的输出结果是线状地物种子点。输出结果是线状地物种子点。线状地物信息检测首先对数字图像进行增强处理，然后线状地物信息检测首先对数字图像进行增强处理，然后对图像进行二值化处理，图像的二值化方法一般是通过对图像进行二值化处理，图像的二值化方法一般是通过设定某个阈值，并以该阈值为门限，把具有灰度级的图设定某个阈值，并以该阈值为门限，把具有灰度级的图像变换为二值的黑白图像。通过二值化处理，将图像中像变换为二值的黑白图像。通过二值化处理，将图像中的像元分为线状地物与背景，在此基础上进行噪声消除，的像元分为线状地物与背景，在此

16、基础上进行噪声消除，从而获得较为正确的线状地物片断，作为下一步线状地从而获得较为正确的线状地物片断，作为下一步线状地物扩展与连接的起始点。数据经过以上处理后，得到一物扩展与连接的起始点。数据经过以上处理后，得到一幅初始的线状地物图。幅初始的线状地物图。 4 4、线状地物信息检测与跟踪、线状地物信息检测与跟踪 理想状态下，数字图像中代表线状地物的理想状态下，数字图像中代表线状地物的像素是连续的，这时可以采用逐行扫描的方像素是连续的，这时可以采用逐行扫描的方法在二值图像上寻找每一行上代表线状地物法在二值图像上寻找每一行上代表线状地物的像素，根据像素的多寡计算出线状地物的的像素，根据像素的多寡计算出

17、线状地物的宽度。在保证连通性的前提下对构成线段的宽度。在保证连通性的前提下对构成线段的像素进行剥皮细化，留下骨干像素，然后对像素进行剥皮细化，留下骨干像素，然后对下一行进行处理，寻找代表线状地物的像素，下一行进行处理，寻找代表线状地物的像素，应用同样的方法，对线状地物进行跟踪。应用同样的方法，对线状地物进行跟踪。 4 4、线状地物信息检测与跟踪、线状地物信息检测与跟踪 在实际遥感图像计算机解译中，遥感图像中线状在实际遥感图像计算机解译中，遥感图像中线状地物多以间断线状地物种子点形式出现，因此需地物多以间断线状地物种子点形式出现，因此需要利用相关信息或全局约束来扩展线状地物种子要利用相关信息或全

18、局约束来扩展线状地物种子点以形成线状地物片断。点以形成线状地物片断。 在此基础上，可以应用更多的全局信息及知识在此基础上，可以应用更多的全局信息及知识来进一步将线状地物片断扩展、连接成为更为完来进一步将线状地物片断扩展、连接成为更为完整的线状地物图。整的线状地物图。 四、地物形状体征的描述和提取四、地物形状体征的描述和提取1 1、形状特征描述、形状特征描述通过边界跟踪可以获得一系列有序的边界点，这通过边界跟踪可以获得一系列有序的边界点，这些边界点提供了地物单元形状特征的大量信息。些边界点提供了地物单元形状特征的大量信息。这里主要介绍采用链码来记录和描述边界点的方这里主要介绍采用链码来记录和描述

19、边界点的方法。法。 链链码码是是一一组组具具有有方方向向标标志志码码的的有有序序系系列列，A A=a a1 1，a a2 2，a a3 3，,a an n。它它是是由由中中心心像像素素指指向向其其8 8个个邻邻点点的的方方向向来来定定义义的的。方方向向标标志志码码可可按按逆逆（或或顺顺）时时针针方方向定义。向定义。01234567013457261 1、形状特征描述、形状特征描述链码值在链码值在0,70,7，采用链码方法记录地物边界线，采用链码方法记录地物边界线，在地物单元跟踪时方便实用，它既可用来表示一在地物单元跟踪时方便实用，它既可用来表示一条边界线相邻像素点之间的位置，又可以在边界条边界

20、线相邻像素点之间的位置，又可以在边界跟踪过程中控制各像素邻点的检测顺序。跟踪过程中控制各像素邻点的检测顺序。 为为便便于于链链码码与与地地理理坐坐标标间间的的转转换换，规规定定地地理理坐坐标标原原点点取取在在屏屏幕幕左左上上角角，即即X X轴轴由由左左向向右右，y y轴轴由由上上而而下下。对对一一个个连连通通的的像像素素序序列列来来说说，与与某某一一像像素素连连通通的的后后续续像像素素只只可可能能是是由由0 07 7中中的的任任一一个个方方向向码码。因因此此，对对图图像像边边界界来来说说，除除像像素素序序列列的的初初始始像像素素外外，任任一一后后续续像像素素位位置置均均可可用用0 07 7中中

21、的的一个数值来唯一地确定。一个数值来唯一地确定。 1 1、形状特征描述、形状特征描述链码到像元的坐标换算方法为：链码到像元的坐标换算方法为： x x0 0,y,y0 0为边界起始点的坐标；为边界起始点的坐标； x xn n,y,yn n为当前链码所指向的边界点坐标；为当前链码所指向的边界点坐标； a aj jx x，a aj jy y分别为分别为a aj j在在x x坐标和坐标和y y坐标的分量。坐标的分量。 1 1、形状特征描述、形状特征描述像元坐标到链码换算方法为：像元坐标到链码换算方法为： x x1 1,y,y1 1分别为当前点在分别为当前点在x x坐标和坐标和y坐标分量；坐标分量； x

22、 x0 0,y,y0 0分别为上一点在分别为上一点在x坐标和坐标和y坐标分量；坐标分量； F(aF(ai i) )为为在在不不同同状状态态时时的的对对应应函函数数值值，即即该该点点的的链链码码，这这里里的链码是采用逆时针方向定义的。的链码是采用逆时针方向定义的。利用链码可以有效地记录地物边界信息，描述地物形态特征。利用链码可以有效地记录地物边界信息，描述地物形态特征。 2 2、形状特征提取、形状特征提取地物单元周长地物单元周长P P：设相邻像素间采用链码表示的长度为：设相邻像素间采用链码表示的长度为：n=Mod(2,i),i=1,2,n=Mod(2,i),i=1,2,7,7，为链码的方向。，为

23、链码的方向。设设j j为为地地物物边边界界像像素素点点的的个个数数。将将所所有有链链码码段段的的长长度度相相加加，即即为为周周长长。运运用用计计算算周周长长的的方方法法，也也可可以以计计算算出出线线状状地地物的长度。物的长度。地地物物面面积积S S：可可以以利利用用边边界界点点上上的的地地理理坐坐标标求求算算面面积积，其其面面积积提提取取方方法法如如下下：首首先先计计算算出出面面状状地地物物每每一一行行的的面面积积S Sk k, ,像元地面分辨率像元地面分辨率xi,xj为同一行边界点的为同一行边界点的x地理坐标，地理坐标，m为地物总列数。为地物总列数。2 2、形状特征提取、形状特征提取地物形态

24、特征的提取地物形态特征的提取线状物体的曲率：线状物体的曲率：面状地物的形状系数面状地物的形状系数线段长度线段长度弦长弦长面状物体周长面状物体周长面状地物面积面状地物面积五、地物空间关系特征描述与提取五、地物空间关系特征描述与提取地物空间关系特征地物空间关系特征 这里所讲的地物空间关系是指遥感数字图这里所讲的地物空间关系是指遥感数字图像中两个地物或多个地物之间在空间上的相像中两个地物或多个地物之间在空间上的相互联系，这种联系是由地物的空间位置所决互联系，这种联系是由地物的空间位置所决定的。定的。 在二维空间，地物的空间关系主要表现为在二维空间，地物的空间关系主要表现为以下几种：以下几种：方位关系

25、：指两个地物之间方向与位置的相对方位关系：指两个地物之间方向与位置的相对关系。方位关系用来描述边界并不相互接触的关系。方位关系用来描述边界并不相互接触的两个物体。通常采用以一个物体为中心，描述两个物体。通常采用以一个物体为中心，描述另一个物体位于它的哪个方向上，距离它有多另一个物体位于它的哪个方向上，距离它有多远。远。1 1、地物空间关系特征描述、地物空间关系特征描述方位关系的描述包括以下内容：方位关系的描述包括以下内容： 距离关系：距离关系：即一个物体到另一个物体的直线距离。由于即一个物体到另一个物体的直线距离。由于空间分布的地物具有三种类型，因此，各种物体之间的距空间分布的地物具有三种类型

26、，因此，各种物体之间的距离关系定义也不相同。点状地物之间的距离则是两点间的离关系定义也不相同。点状地物之间的距离则是两点间的距离，点状地物到线状地物的距离是该点到该线上某一点距离，点状地物到线状地物的距离是该点到该线上某一点的最短直线距离。点状地物到面状地物的最短距离为该点的最短直线距离。点状地物到面状地物的最短距离为该点到面状地物边界的最短距离。线状地物到面状地物的最短到面状地物边界的最短距离。线状地物到面状地物的最短距离是线上一点到面状地物边界点的最短距离，面状地物距离是线上一点到面状地物边界点的最短距离，面状地物到面状地物的距离是两个面状地物边界点的最短距离。到面状地物的距离是两个面状地

27、物边界点的最短距离。 方向关系：方向关系：即一个物体相对于另一个物体的方向。方向即一个物体相对于另一个物体的方向。方向关系常用八个方向来描述，每个方向可以用方位角区间来关系常用八个方向来描述，每个方向可以用方位角区间来定量表示。定量表示。1 1、地物空间关系特征描述、地物空间关系特征描述不同地物之间的空间关系不同地物之间的空间关系不同地物类型之间的距离关系不同地物类型之间的距离关系1 1、地物空间关系特征描述、地物空间关系特征描述包含关系：一个物体位于另一个物体内部，并且包含关系：一个物体位于另一个物体内部，并且边界不相邻。包含关系具有三种情况：点包含在边界不相邻。包含关系具有三种情况：点包含

28、在面状地物内部，线状地物被包含在面状地物内部，面状地物内部，线状地物被包含在面状地物内部，一个小的面状物体被另一个大的面状物体所包围。一个小的面状物体被另一个大的面状物体所包围。相相邻邻关关系系：指指两两个个地地物物在在边边界界上上相相邻邻。两两个个面面状状物物体体的的相相邻邻关关系系，存存在在着着两两种种不不同同状状况况：外外接接邻邻域域，内内接接邻邻域域。点点与与面面相相邻邻是是指指点点状状地地物物位位于于面面状状地地物物的的边边界界，线线状状地地物物与与面面状状地地物物相相邻邻是是指指线线状地物上一点或多点位于面状地物边界。状地物上一点或多点位于面状地物边界。1 1、地物空间关系特征描述

29、、地物空间关系特征描述相相交交关关系系：两两个个地地物物在在一一点点上上交交汇汇，它它主主要要用用来来描描述述点点状状地地物物与与线线状状地地物物，线线状状地地物物与与线线状状地地物物的的空空间间关关系系。它它包包含含两两种种情情况况：点点状状地地物物位位于于线线状状地地物物的的某某一一点点，两两条线状地物相交一点或相交多点。条线状地物相交一点或相交多点。相相贯贯关关系系：一一个个线线状状物物体体通通过过面面状状物物体体的的内部，例如穿过林区的道路。内部，例如穿过林区的道路。 2 2、方位关系的提取、方位关系的提取计算距离计算距离D DA A、B B为空间上两点。为空间上两点。确确定定方方位位

30、：设设地地物物A A、B B分分布布在在二二维维图图像像空空间间内内，令令x x轴轴正正向向指指向向东东，y y轴轴正正向向指指向向北北，分分别别对对地地物物A A、B B作作x x与与y y方方向向正正交交投投影影，可可以以得得到到地地物物A A、B B在在X X轴轴上上的的坐坐标标和和在在Y Y轴轴向向的的坐坐标标，比比较较地地物物投投影影在在X X和和Y Y方方向向的的坐坐标标大大小小，可可以以获获得得地地物物A A相相对对于于地地物物B B的的方方位位关关系系，或或地地物物B B相相对对于于地地物物A A的方位关系。的方位关系。包含关系特征提取与描述包含关系特征提取与描述 提提取取点点

31、状状地地物物与与面面状状地地物物的的包包含含关关系系，关关键键是是判判明明点点状状地地物物是是否否为为面面状状地地物物所所包包含含，有有两两种种方方法法可以判断点状地物是否在区域内：可以判断点状地物是否在区域内：1.1.铅铅垂垂线线法法：设设一一个个多多边边形形F=F=（p1p1，p2p2，p3p3，pnpn）由由有有序序的的n n个个点点P1P1，P2P2，P3P3，PnPn联联接接构构成成其其多多边边形形边边界界。因因为为区区域域闭闭合合，有有p1=pn,p1=pn,设设一一个个点点状状地地物物为为p p，由由p p作作一一条条铅铅垂垂线线，如如果果铅铅垂垂线线与与多多边边形形相相交交的的

32、边边数数为为偶偶数数，则则该该点点在在多多边边形形之之外外，否否则则在在多多边边形形之之内内。使用铅垂线法需要注意点状地物与多边形边界相交的异常情况。使用铅垂线法需要注意点状地物与多边形边界相交的异常情况。2.2.射射线线法法：若若点点状状地地物物在在多多边边形形内内部部，由由该该点点向向任任意意方方向向作作射射线线，必必然然与与面面状状地地物物边边界界相相交交，据据此此可可以以判判断断点点状状地地物物在在多多边边形形内内部部，否否则点状地物不被该面状地物包含。则点状地物不被该面状地物包含。 包含关系特征提取包含关系特征提取 提提取取线线状状地地物物与与面面状状地地物物的的包包含含关关系系，关

33、关键键是是判判明明线线状状地地物物是是否否为为面面状状地地物物所所包包含含，假假设设线线状状地地物物为为面面状状地地物物所所包包含含，此此时时组组成成线线段段的的各各点点也也必必然然为为面面状状地地物物所所包包含含，这这样样可可以以将将提提取取线线状状地地物物与与面面状状地地物物的的包包含含关关系系的的运运算算简简化化，可可以以利利用用铅铅垂垂线线法法或或射射线线法法检检测测“线线”上的点是否在多边形内部。上的点是否在多边形内部。 包含关系特征提取包含关系特征提取 一一个个面面状状物物体体是是否否包包含含另另一一个个面面状状物物体体，只只需需要要判判明明这这个个面面状状物物体体的的边边界界是是

34、否否在在另另一一个个面面状状物物体体内内部部，此此时时把把一一个个面面状状物物体体是是否否包包含含另另一一个个面面状状物物体体的的问问题题简简化化为为线线状状地地物物与与面面状状地地物物的的包包含含关关系系，进进一一步步简简化化为为点点状状地地物物与与面面状状地地物物的的包包含含关关系系。这这仍仍然然可可以以采采用铅垂线法或射线法来检测。用铅垂线法或射线法来检测。 相邻关系特征提取相邻关系特征提取包括三种不同情况：包括三种不同情况：点点与与面面相相邻邻，这这可可以以通通过过检检测测“点点”是是否否在多边形的边界上来确认。在多边形的边界上来确认。线线状状地地物物与与面面状状地地物物相相邻邻，首首

35、先先需需要要了了解解线线状状地地物物与与面面状状地地物物边边界界是是否否相相交交，如如果果存存在在相相交交，那那么么以以相相交交点点为为裁裁剪剪点点，将将线线状状地地物物一一分分为为二二，分分别别检检测测这这两两个个线线段段是是否否同同时时在在面面状状地地物物的的外外部部或或在在面面状状地地物物的的内内部部。若若同同时时在在面面状状地地物物的的外外部部或或在在面面状状地地物物的的内内部部，说说明明线线状状地地物物与与面面状状地地物物相相邻，否则不是。邻，否则不是。 相邻关系特征提取相邻关系特征提取两两个个面面状状地地物物相相邻邻问问题题，可可以以采采取取更更为为简简单单的的方方法法。因因为为两

36、两个个相相邻邻多多边边形形（面面状状地地物物）共共用用一一条条边边界界，每每条条边边界界记记录录了了两两个个多多边边形形标标号号，其其标标号号中中一一个个是是该该边边对对应应的的当当前前多多边边形形，另另一一个个是是相相邻邻接接的的多多边边形形。通通过过检检索索一一个个多多边边形形边边界界，必必然然能能够够找找到到相相邻邻接接的的多多边边形形。可可以以利利用用弧弧段段建建立立多多边边形形与与边边界界的的关关系系。根根据据定定义义，弧弧段段是是一一条条规规定定了了起起点点和和终终点点的的线线段段，区区域域分分割割时时，一一组组弧弧形形形形成成的的封封闭闭曲曲线线确确定定了了多多边边形形（面面状状

37、地地物物）的的空空间间位位置置，一个弧段仅属于一个唯一的区域。一个弧段仅属于一个唯一的区域。相邻关系特征提取相邻关系特征提取两两个个相相邻邻的的区区域域，必必然然存存在在两两条条具具有有不不同同起起点点和和终终点点的的弧弧段段，但但是是两两条条弧弧段段具具有有方方向向相相反反，各各点点在在空空间间位位置置相相同同的的特特征征，利利用用这这个个特特性性，可可以以找找到到区区域域的的相相邻邻关关系系。设设A A区区域域上上存存在在弧弧段段A A0 0A An n，其其起起点点为为A A0 0，终终点点为为A An n，B B区区域域上上存存在在弧弧段段B B0 0B Bn n，其其起起点点为为B

38、B0 0，终终点点为为B Bn n，若若A A0 0=B=Bn n,A,An n=B=B0 0同同时时成成立立，则则说说明明A A区区域域与与B B区区域域相相邻邻，依依据据该该方方法法，可可以以查查询询到到一一个个特特定定面面状地物的所有邻域。状地物的所有邻域。 相交关系特征提取相交关系特征提取点与线的相交，主要判明点是否在线段上即可。点与线的相交，主要判明点是否在线段上即可。两两条条线线段段相相交交，可可以以利利用用两两条条直直线线求求交交点点公公式式。假假定定每每条条线线段段都都是是由由有有限限个个点点构构成成。设设第第一一条条线线段段上上相相邻邻两两点点的的坐坐标标为为（x xi i,

39、y,yi i）与与(x(xi+1i+1,y,yi+1i+1) )，第第二二条条线线段段的的相相邻邻两两点点坐坐标标分分别别为为（x xj j, ,y yj j）与与（x xj+1j+1,y,yj+1j+1) )，分分别别采采用用第第一一条条线线段段上上的的两两点点依依次次与与第第二二条条相相邻邻两两点点构构成成的的线线段段求求交交点点，设设两两直直线的方程为线的方程为(1),(1),如果存在交点，其交点坐标为（如果存在交点，其交点坐标为（2 2）。）。（1）（2）相贯关系特征的提取相贯关系特征的提取 其其方方法法类类似似于于提提取取线线状状地地物物与与面面状状地地物物相相邻邻关关系系，首首先先

40、需需要要了了解解线线状状地地物物是是否否与与面面状状地地物物边边界界相相交交，如如果果存存在在相相交交，那那么么以以相相交交点点为为裁裁剪剪点点，将将线线状状地地物物一一分分为为二二，分分别别检检测测这这两两个个线线段段是是否否一一个个在在面面状状地地物物的的外外部部，另另一一个个在在面面状状地地物物的的内内部部。若若成成立立，则则可可以以选选取取在在面面状状地地物物内内部部的的线线段段，检检查查其其是是否否与与面面状状地地物物在在边边界界上上有有另另一一个个交交点点，若若存存在在相相交交点点，提提取取关关系系特特征。征。 地物空间关系特征描述与提取地物空间关系特征描述与提取 一般说来，地物空

41、间关系的提取是在完成一般说来，地物空间关系的提取是在完成形状特征提取的基础上进行的。首先，它对形状特征提取的基础上进行的。首先，它对相同分布特征的地物进行提取，如对具有面相同分布特征的地物进行提取，如对具有面状特征的植被类型或土壤类型进行提取。然状特征的植被类型或土壤类型进行提取。然后在不同分布特征的地物间进行提取，如提后在不同分布特征的地物间进行提取，如提取具有线状特征的灌溉渠和具有面状特征的取具有线状特征的灌溉渠和具有面状特征的农田之间的空间关系。农田之间的空间关系。 空间关系特征提取与描述空间关系特征提取与描述 提取空间特征关系，效率非常重要。对于提取空间特征关系，效率非常重要。对于空间

42、相邻关系、包含关系、相交关系和相贯空间相邻关系、包含关系、相交关系和相贯关系，可以采用双向投影方法判别它们是否关系，可以采用双向投影方法判别它们是否在空间上临近或包含。这里以检测两个面状在空间上临近或包含。这里以检测两个面状物体是否具有包含关系为例，予以说明。物体是否具有包含关系为例，予以说明。地物空间关系特征描述与提取地物空间关系特征描述与提取空间关系特征提取与描述空间关系特征提取与描述 设设A A，B B为为两两个个多多边边形形（面面状状地地物物），若若对对A A的的边边界界分分别别作作两两条条切切线线，令令其其斜斜率率为为 ，可可得得到到两两条条切切线线分分别别与与x x轴轴交交点点（x

43、 x1 1,0,0）和和（x x2 2,0,0）。其其中中x x1 1x x2 2，则则称称闭闭区区间间xx1 1,x,x2 2 为为多多边边形形A A在在x x轴轴上上的的正正交交投投影影，再再对对多多边边形形A A的的边边界界分分别别作作两两条条切切线线，令令其其斜斜率率为为0 0，可可得得到到两两条条切切线线分分别别与与y y轴轴交交点点（y y1 1，0 0）和和（y y2 2，0 0）。其其中中地地y y1 1yy2 2，则则称称闭闭区区间间yy1 1,y,y2 2 为为多多边边形形 A A在在y y轴轴上上的的正正交交投投影影，双双向向投投影影的的交交集集是是多多边边形形A A的的

44、最小外接矩形。最小外接矩形。 运运用用同同样样方方法法，可可得得到到多多边边形形（面面状状地地物物）B B的的最最小小外外接接矩矩形形。判判定定两两者者是是否否可可能能具具有有包包含含关关系系，只只要要比比较较两两者者闭闭区区间的端点值即可。间的端点值即可。空间关系特征提取与描述 利用计算机实现正交双向投影比较，其方法比利用计算机实现正交双向投影比较，其方法比较简单，只要分别对多边形较简单，只要分别对多边形A A和多边形和多边形B B边界上所边界上所有点的坐标排序，分别求出有点的坐标排序，分别求出x x坐标最大、最小和坐标最大、最小和y y坐标最大、最小的点，然后分别比较它们的大小，坐标最大、

45、最小的点，然后分别比较它们的大小，即可确定多边形即可确定多边形A A、B B之间是否可能具有包含关系。之间是否可能具有包含关系。同样，这种方法可以运用到空间相邻关系、相交同样，这种方法可以运用到空间相邻关系、相交关系和相贯关系特征提取上。关系和相贯关系特征提取上。3 、遥感图像解译专家系统、遥感图像解译专家系统 专家系统：把某一特定领域的专家知识专家系统：把某一特定领域的专家知识与经验形式化后输入到计算机中，由计算机与经验形式化后输入到计算机中，由计算机模仿专家思考问题与解决问题，是代替专家模仿专家思考问题与解决问题，是代替专家解决专业问题的技术系统。解决专业问题的技术系统。遥感图像解译专家系

46、统的组成遥感图像解译专家系统的组成图像处理与特征提取子系统图像处理与特征提取子系统遥感图像解译知识获取子系统遥感图像解译知识获取子系统遥感图像解译专家系统的机理遥感图像解译专家系统的机理计算机解译的主要技术发展趋势计算机解译的主要技术发展趋势 一、遥感图像解译专家系统的组成一、遥感图像解译专家系统的组成1、图像像处理与特征提取子系理与特征提取子系统：包括图像处理、包括图像处理、地形图数字化、精纠正、特征提取，结果存贮在遥感地形图数字化、精纠正、特征提取，结果存贮在遥感数据库内。数据库内。2、遥感遥感图像解像解译知知识获取系取系统：获取遥感图像解获取遥感图像解译专家知识，并把专家知识形式化表示，

47、存贮在知识译专家知识，并把专家知识形式化表示，存贮在知识库中。库中。3、狭狭义的遥感的遥感图像解像解译专家系家系统。系统逻辑结构图二、图像处理与特征提取子系统二、图像处理与特征提取子系统1、图像处理：、图像处理：图像像滤波可消除波可消除图像的噪声；像的噪声；图像增像增强可突出目可突出目标物体与背景的差异；物体与背景的差异；大气大气纠正可消除大气散射、正可消除大气散射、雾霁等影响；等影响；几何精校正后的数字影像可与几何精校正后的数字影像可与专题图精确复合；精确复合；2、分类与特征提取子系统、分类与特征提取子系统 从从图像中抽取光像中抽取光谱特征、特征、图像特征和空像特征和空间特征，特征，为专家系

48、家系统进行推理、判断及分析提供依据。行推理、判断及分析提供依据。三、遥感图像解译知识获取子系统三、遥感图像解译知识获取子系统1、遥感图像解译知识获取系统的主要功能是知识获取、遥感图像解译知识获取系统的主要功能是知识获取.2、知识获取有三个层次、知识获取有三个层次:增加遥感解译新知识增加遥感解译新知识发现原有错误知识发现原有错误知识,修改或补充新知识修改或补充新知识根据解译结果根据解译结果,自动总结经验，修改错误知识自动总结经验，修改错误知识,增加新知增加新知识识.4、遥感图像解译描述性知识可以采用框架式方法表示、遥感图像解译描述性知识可以采用框架式方法表示框架知识表示方法的特点框架知识表示方法

49、的特点5、过程性知识采用产生式规则知识表示方法、过程性知识采用产生式规则知识表示方法产生式规则的特点产生式规则的特点四、遥感图像解译专家系统的机理四、遥感图像解译专家系统的机理1 1、遥感图像数据库包括遥感图像数据和每个地物、遥感图像数据库包括遥感图像数据和每个地物单元的不同特征，由数据管理系统管理。单元的不同特征，由数据管理系统管理。2 2、解译知识库包括专家解译知识和背景知识，由、解译知识库包括专家解译知识和背景知识，由知识库管理系统管理。知识库管理系统管理。3 3、推理机采用正向推理和反向推理相结合的方式、推理机采用正向推理和反向推理相结合的方式进行遥感图像解译。进行遥感图像解译。推理机

50、具有两种运行形式推理机具有两种运行形式 咨询式：用户和系统进行人机对话，解译系统根据用户提供的咨询式：用户和系统进行人机对话，解译系统根据用户提供的区域信息和任务要求，完成遥感图像解译。区域信息和任务要求，完成遥感图像解译。隐蔽式：解译过程中图像数据同解译知识的结合在隐蔽式：解译过程中图像数据同解译知识的结合在专家系统内部进行。数据的传递、知识的调用都在专家系统内部进行。数据的传递、知识的调用都在系统内部独立完成系统内部独立完成 五、计算机解译的主要技术发展趋势五、计算机解译的主要技术发展趋势1、抽取遥感、抽取遥感图像多种特征像多种特征对高分辨率卫星图像的自动解译来说，一般对高分辨率卫星图像的

51、自动解译来说，一般分别对目标地物采用地、中、高三个层次进行特分别对目标地物采用地、中、高三个层次进行特征抽取和表达。征抽取和表达。 低低层次的次的对象是像素，每个像素象是像素，每个像素对应的的 数数值是是该地物波地物波谱特征的表征；特征的表征； 中中层次主要抽取和描述目次主要抽取和描述目标的形的形态、纹理等理等空空间特征；特征； 高高层次主要抽取和描述次主要抽取和描述识别目目标与相与相邻地物地物之之间的空的空间关系。关系。五、计算机解译的主要技术发展趋势五、计算机解译的主要技术发展趋势2、逐步完成、逐步完成GIS各种各种专题数据数据库的建的建设，利用，利用GIS数据减少自数据减少自动解解译中的

52、不确定性中的不确定性 GIS数据数据库在在计算机自算机自动解解译中中发挥以下重要作用：以下重要作用：（1）对遥感图像进行辐射校正，消除或降低地形对遥感图像进行辐射校正，消除或降低地形差异的影响；差异的影响；（2 2）作为解译的直接证据，增加遥感图像的信息）作为解译的直接证据，增加遥感图像的信息量；量；（3 3）作为解译的辅助证据，减少自动解译中的不）作为解译的辅助证据，减少自动解译中的不确定性；确定性；（4 4）作为解译结果的检验数据，降低误判率。）作为解译结果的检验数据，降低误判率。五、计算机解译的主要技术发展趋势五、计算机解译的主要技术发展趋势3、建立适用于遥感、建立适用于遥感图像自像自动

53、解解译的的专家系家系统，提高自提高自动解解译的灵活性的灵活性需要从以下两方面开展工作：需要从以下两方面开展工作：建立解译知识库和背景知识库。建立解译知识库和背景知识库。 解译知识库是遥感图像解译认识和经验经形解译知识库是遥感图像解译认识和经验经形式化后记录在贮存式化后记录在贮存 介质上的。背景知识库是有介质上的。背景知识库是有关遥感解译背景知识与经验的集合，以地学知识关遥感解译背景知识与经验的集合，以地学知识为主。为主。 根据遥感图像解译的特点来构造专家系统。根据遥感图像解译的特点来构造专家系统。五、计算机解译的主要技术发展趋势五、计算机解译的主要技术发展趋势4、模式、模式识别与与专家系家系统

54、相相结合合 既可以发挥图像解译专家知识的指既可以发挥图像解译专家知识的指导作用，在一定程度上为模式识别导作用，在一定程度上为模式识别提供经验性的知识，又可以利用数提供经验性的知识，又可以利用数字遥感图像本身提供的特征，有助字遥感图像本身提供的特征，有助于提高计算机解译的灵活性。于提高计算机解译的灵活性。五、计算机解译的主要技术发展趋势五、计算机解译的主要技术发展趋势5、计算机解算机解译新方法的新方法的应用用（1）人工神）人工神经网网络(Artificial Neural Networks)在遥感在遥感图像像识别中的中的应用。用。（2）小波分析在遥感小波分析在遥感图像像识别中的中的应用。用。（3）分形技）分形技术在遥感在遥感图像像识别中的中的应用。用。（4）模糊分）模糊分类方法遥感方法遥感图像像识别中的中的应用。用。