第 章 遥感图像识别与信息提取

第二章遥感图像识别与信息提取环境与规划学院河南大学内容提要1.遥感图像地物特征与识别2.遥感图像的目视解译3.遥感数字图像信息提取4.遥感数字图像定量信息反演5.光谱特征提取和分析1.遥感图像地物特征与识别遥感图像电磁波地物反射吸收发射透射地物光谱特征图像目视解译遥感反演信息提取内容提要内容提要第一讲遥感图像地物特征与识别环境与规划学院河南大学1遥感图像地物特征与识别自然界中任何地物都具有其自身的电磁辐射规律，如具有反射，吸收外来的紫外线、可见光、红外线和微波的特性，它们又都具有发射某些红外线、微波的特性；少数地物还具有透射电磁波的特性，这种特性称为地物的光谱特征。（1）遥感图像地物特征在可见光与近红外波段，地表物体自身的辐射几乎等于零。地物发出的波谱主要以反射太阳辐射为主。太阳辐射到达地面之后，物体除了反射作用外，还有对电磁辐射的吸收作用。电磁辐射未被吸收和反射的其余部分则是透过的部分，即：到达地面的太阳辐射能量反射能量吸收能量透射能量一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而有些物体如水，对一定波长的电磁波透射能力较强，特别是对0.45 0. 56m的蓝绿光波段，一般水体的透射深度可达1020 m，清澈水体可达100 m的深度。对于一般不能透过可见光的地面物体，波长5 cm的电磁波却有透射能力，如超长波的透射能力就很强，可以透过地面岩石和土壤。1遥感图像地物特征与识别（1）遥感图像地物光谱特征地物的反射光谱特性地物的发射光谱特性地物的透射光谱特性（2）典型地物的反射光谱特征（1）遥感图像地物特征1.地物的反射光谱特性反射率：地物的反射能量Pe占总入射能量Po的百分比，称为反射率r =PePo100%反射类型镜面反射（Specularreflection):入射波与反射波在同一平面内，入射角与反射角相等时，所形成的反射现象。漫反射（Diffusereflection):无论入射波方向如何，其反射波分散到各个方向。朗伯体表面实际上是一个理想化的表面。它被假定为介质是均匀的、各向同性的，并在遥感中多用以作为近似的自然表面（1）遥感图像地物特征方向反射：实际地物表面由于地形起伏，在某个方向上反射最强烈，这种现象称为方向反射。是镜面反射和漫反射的结合。电磁波反射的三种形式（1）遥感图像地物特征光谱反射率曲线：物体的光谱反射率随波长变化而变化的曲线。（1）遥感图像地物特征同一地物在不同情况下会表现出不同的光谱特效。反照率（albedo）:以太阳光作为入射光的反射率，即自然物体的反射率。（1）遥感图像地物特征2地物的发射光谱特性发射率（emissivity/emittance）:物体的辐射能力与相同温度下黑体的辐射能力之比称为该物体的发射率或黑度，也称为辐射率，比辐射率。e l = M / MM 指单位面积上观测地物发射的某一波长的辐射通量密度；M指与观测地物同温度下黑体的辐射通量密度；（1）遥感图像地物特征（1）遥感图像地物特征（1）遥感图像地物特征（1）遥感图像地物特征通常，根据发射率与波长的关系，将地物分为三种类型黑体，其发射率=1，即黑体发射率对所有波长都是一个常数，并且等于1。灰体，其发射率=常数1。即灰体的发射率始终小于1，发射率不随波长变化。选择性辐射体，其发射率1，发射率随波长而变化。地物的发射波谱特性曲线（1）遥感图像地物特征不同温度的黑体辐射（1）遥感图像地物特征太阳辐射（1）遥感图像地物特征地物发射率与地物性质、表面状况（如粗糙度、颜色等）有关；不同温度的同一地物，有不同的发射率；p比热：指物质储存热的能力；p热惯量：度量物质热惰性大小的物理量，也是两种物质界面上热传导速率的一种度量。比热大，热惯量大，以及具有保湿作用的地物，一般发射率大，反之发射率较小。u测量地物发射率最简单的方法是通过测量地物反射率来推算地物的发射率。（1）遥感图像地物特征亮度温度：当物体辐射的功率等于某一黑体辐射功率时，该黑体的绝对温度（即该地物的亮度温度）亮度温度Tb与地物表面的真实温度T之间的关系为由于自然界中的地物均不是黑体，所以习惯上测量地物的辐射量常用亮度温度Tb来衡量地物的辐射特征。（1）遥感图像地物特征3地物的透射光谱特性透射率即地物透射的能量与入射总能量的百分率，称之为透射率.=E/E100%地物的透射率随着电磁波的波长和地物的性质而不同。如：水体对0.450.56m的蓝绿光具有一定的透射能力，一般水体的透射深度可达1020m，而较浑浊水体的透射深度为12m.微波对地物具有明显的透射能力。遥感技术中，依据地物透射特性，选择适当的传感器探测水下、冰下某些地物的信息。（1）遥感图像地物特征（1）遥感图像地物特征地物光谱特征反射发射透射镜面反射漫反射方向反射温度地物性质表面状况（粗糙度、颜色）微波：可探测地下、水下地物信息比热、热惯量（2）典型地物的反射光谱特征1岩石的反射光谱特征岩石的波谱特征是地质遥感的基础，不同的矿物成分、矿物含量、风化程度、含水状况、颗粒大小、表面的光滑程度、色泽等都会影响到其反射波谱特征。（2）典型地物的反射光谱特征1岩石的反射光谱特征l岩石的光谱反射率受组成岩石本身的矿物成分和颜色密切相关。受组成岩石的矿物颗粒大小和表面糙度的影响。矿物颗粒较细，表面比较平滑的岩石，具有较高的反射率；反之，光谱反射率较低。石英铁质岩（2）典型地物的反射光谱特征l一般来说，岩石表面较湿时，颜色变深，反射率降低。完整的岩石表面比破碎的岩石表面反射率高一些。板岩破碎的页岩（2）典型地物的反射光谱特征1岩石的反射光谱特征：u0.41.3m的光谱特性主要取决于矿物晶格结构中存在的铁、铜、镍、锰等过渡性金属元素的电子跃迁；u1.32.5m的光谱特征是由矿物组成中的碳酸根、烃基及可能存在的水分子决定的；u35m的光谱特性是由Si-O,Al-O等分子键的振动模式决定的。（2）典型地物的反射光谱特征2、土壤的反射光谱特征自然状况的土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来说土质越细，反射率越高，有机质含量越高和含水量越高反射率越低。此外土壤的肥力也会对反射率产生影响。不同含水量的土壤反射光谱曲线三种土壤反射波谱曲线比较（2）典型地物的反射光谱特征土壤反射光谱特征主要受土壤中的原生矿物（e.g.石英、白云母、赤铁矿等）和次生矿物（简单的盐类，e.g.碳酸盐、硫酸盐等；含水氧化物，e.g.氧化铁、氧化铝等）、土壤含水量、土壤有机质、铁含量、土壤质地等因素的影响。p一般来说，所土壤有机质的增加，土壤的光谱反射率减少；有机质的影响主要在可见光和近红外波段，而影响最大的是0.60.8m之间。此外，有机质不同组分也会影响土壤反射率，e.g.胡敏酸和富里酸的比值。p氧化铁含量增加会使土壤反射率减少；p土壤质地对土壤光谱反射特性的影响表现在两个方面：1.影响土壤持水能力；2.土壤颗粒大小本身对土壤反射率有很大影响；（2）典型地物的反射光谱特征（2）典型地物的反射光谱特征3、水体的反射光谱特征水体的反射主要在蓝光波段，其他波段吸收都很强，特别在近红外以后水体便成为一个吸收体。在1.12.5m波段，较纯净的自然水体的反射率很低，几乎趋近于零。uu光谱反射特性可能包括来自三方面的贡献：水的表面反射、水体底部物质的反射和水中悬浮物质的