遥感数字图像处理_第十章1

地表植被变化不显著地区
82,297
48.99
7,406.7
B1
[150, 270]
[0.15, 0.50]
地表植被变好地区， 地表植被变好地区，如耕作力度加大的耕地
19,622
11.68
1,766.0
B2
[150, 270]
[0.50, 1.0]
地表植被从无到有地区， 地表植被从无到有地区，如新开垦的耕地
常用的植被指数有： 常用的植被指数有： 比值：RVI= 近红外/红 近红外/ 比值： 如TM4/TM2
归一化： 近红外近红外+ 归一化：RVI=（近红外-红）/（近红外+红） 差值： 近红外差值：DVI= 近红外-红 正交植被指数（对NOAA数据和LANDSAT数据分别为）： 数据和LANDSAT数据分别为 正交植被指数（ NOAA数据和LANDSAT数据分别为）： NOAA数据： NOAA数据：PVI=1.622 5（NIR）-2.297 8（R）+11.065 6 5（ 8（ 数据 LANDSAT数据： LANDSAT数据： PVI=0.939（NIR）-0.344（R）+0.09 =0.939（ 0.344（ 数据
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土壤的波谱特征
不同质地的土壤，其波谱特征明显不同，而且有一定规律。 影响土壤的波谱特征的主要因素为： 土壤中腐殖质、有机物的含量、氧化铁的含量、土壤的湿度、 土粒度、土壤中矿物成分、土壤的盐度和表土的结构等。 基岩上的残积土壤与母岩的发射波谱相似。
100
粉沙
80
60 40 20
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10.5 高空间分辨率图像处理与信息提取 技术
10.5.2 特征描述 形态特征 1.傅立叶描述算子 2.基于目标形状的边界矩 纹理特征 1.Gabor滤波 2.分形模型
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绿色植物和衰老的（干枯的、变黄的）叶片的光谱曲线
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高光谱波谱曲线
TM波段设置 波段设置
MSS波段设置 波段设置
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1: Healthy –absorption of ‘visible’ radiation maximised. 2: Senescing leaf – chlorophyll absorption decreased. 3: Increased Senescence – chl. abs./red edge both weak. 4: Dead leaf – no chlorophyll absorption feature.
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受病虫害的植物，结构和叶绿素含量发生很大的变化， 受病虫害的植物，结构和叶绿素含量发生很大的变化， 尤其是近红外波段与健康植物区别最为明显。 尤其是近红外波段与健康植物区别最为明显。 作物的长势主要用植被指数（ 来监测。 作物的长势主要用植被指数（…)来监测。 来监测 植被指数可用来建立农作物的估产模型。 植被指数可用来建立农作物的估产模型。
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第10章 图像分割 10章
10.1 高光谱图像的特征 10.2 地物的反射光谱 10.3 地物成分分析 10.4 高空间分辨率图像 10.5 高空间分辨率图像处理与信息提取技术 10.6 面向对象的信息提取
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10.1 高光谱图像的特征
高光谱图像： 高光谱图像：是对地物进行多波段成像所得到的一组二位图 像。高光谱遥感的特点是谱分辨力的提高，但其高数据维 给图像进一步处理带来了困难，因此有必要对其进行有效 压缩处理 。 光谱分辨率高 在电磁波谱的可见光，近红外，中红外和热红 外波段范围内，获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的 技术。其成像光谱仪可以收集到上百个非常窄的光谱波段 信息。高光谱遥感就是比多光谱遥感的光谱分辨率更高， 但是光谱分辨率高的同时空间分辨率会降低
H
H
L
L
NDVI97
绿色
H
L
H
L
H
L
H
L
合成图
灰 白
品 红
黄 色
红 色
青 色
蓝 色
绿 色
黑 灰
* NDVI值的大小主要是针对不同时相 值的大小主要是针对不同时相NDVI值的比较而言 值的大小主要是针对不同时相 值的比较而言
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NDVI变换色度图
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绿洲地表植被变化图
10.2.3 光谱库 1.ASTER光谱库 2.USGS光谱库
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不同的地物 相同的地物 线
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有不同电磁辐射特征
产生不同的形态波谱曲线 产生不同形态的波谱
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对不同的电磁波谱有不同的电磁辐射特征
水体的波谱特征
水体的波谱特征主要受水的浑浊度、微生物含量、叶绿素含 量、水深及水波浪等因素的影响。 水体对电磁波吸收很强，在各波段反射率都较低，波长越长 反射率越低。 水的比热较大，热惯量较大，对红外线几乎全吸收，在红外 波段图像上呈的黑色调。夜间温度高的水体在热外图像呈浅色调。
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10.5 高空间分辨率图像处理与信息提取 技术
10.5.1 主要特点 高分辨率遥感影像的自身特点： 高分辨率遥感影像的自身特点： 1.数据量明显增加 2.由于高分辨遥感图像信息的高度细节化， 在双向反射率因子的影响下，同一地物的不 同部分灰度可能不Leabharlann Baidu致 3.地理空间过程具有尺度依赖性
遥感数字图像处理 Remote Sensing Digital image processing
阿里木江.卡斯木 阿里木江. Email: alimkasim@gmail.com 新疆师范大学地理科学与旅游学院
本课结构安排
1. 绪论 2. 遥感数字图像的获取和存储 3. 遥感数字图像的表示和统计描述 4. 图像显示和拉伸 5. 图像校正 6. 图像变换 7. 图像滤波 8. 图像分割 9. 遥感图像分类 10.地物成分分析和信息提取 地物成分分析和信息提取
反射率（%）
藻类浮游物 清水 含沙水流
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0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0 波长（µm）
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10.2 地物的反射光谱
10.2.4 光谱空间 光谱空间：特定光谱的数学表示 光谱空间
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10.2 地物的反射光谱
10.2.5 空间分辨率和混合光谱 空间分辨率：像素表示的地面区域的大小就 空间分辨率 是图像的空间分辨率 传感器的光谱是是一个复合的或混合的光谱， 对这个混合光谱有贡献的“纯的”光谱称为 端元光谱
24,611
14.65
2,215.0
C1
[90, 150] 或 [270, 330]
[0.15, 0.50]
地表植被长势波动地区
10,709
6.37
963.8
C2
[90, 150] 或 [270, 330]
[0.50, 1.0]
地表植被长势大幅波动地区
7,496
4.46
674.6
D1
[0, 90] 或 [330, 360] [0, 90] 或 [330, 360] 2011-12-22
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10.3 地物成分分析
10.3.3 混合光谱的线性分解 混合光谱分解的目的：分析光谱数据以确定 混合光谱分解的目的 在同一像素内不同成分所占的比例或者识别 在一直成分中外加的成分 分解程序： 分解程序： 1.定义图像端元 2.部分分解
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10.4 高空间分辨率图像
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97年 97年NDVI
87年 87年NDVI
92年 92年NDVI
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图名
红(NDVI87) 黄 品红
颜色
象元值(NDVI值)大小（大—H，小—L）*
NDVI87
红色
H
H
H
H
L
L
L
L
绿 (NDVI97) 青
蓝 (NDVI92)
NDVI92
蓝色
H
H
L
L
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粘土
沙 腐质土
9 波长(µm)
0.5
0.7
1.1
1.5
1.9
10.2 地物的反射光谱
10.2.2 植物光谱 健康的绿色植物的光谱反射率曲线也有受不 同植物特性所支配的独特形状。叶绿素非常 有效的洗手可见光，其中，对蓝光和红光的 吸收率比绿光更强烈，这就是健康植物以绿 色呈现在我们面前
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10.3 地物成分分析
10.3.2 光谱匹配方法 光谱反射率通常分为两个部分： 光谱反射率通常分为两个部分：宽的，平滑 变化的部分，定义了光谱的一般形状；窄的， 呈槽状部分，定义了光谱的吸收特征 匹配方法：从图像光谱中寻找与参照反射光 匹配方法 谱相差最小的光谱（如，最小二乘法），另 一种方法是光谱角法
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岩石的发射波谱特征
不同成分的岩浆岩的发射波谱 形态最低发射率的波长位置不同。 几类岩浆岩最小发射率位置： 1.酸性花岗片麻岩在8.8µm 2.中性安山岩在9.7 µm 3.基性玄武岩在10.4 µm 4.超基性橄榄岩在10.7 µm 随着SiO2的百分含量的减少，最小 发射率值所对应的波长是逐渐增大
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10.3 地物成分分析
10.3.1 图像光谱匹配 图像光谱匹配： 图像光谱匹配：试图将每个图像光谱分别与 光谱库中的参照反射光谱想匹配，进而确定 地物成分。 光谱匹配是复杂的，这是由于：大多数高光 谱图像中包括很多像素，这些像素代表由不 同材料构成的空间混合。
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Results of vegetation cover change detection of Dunhuang Oasis
类 别 色度H 色度 取值范围 饱和度S 饱和度 取值范围 变化类型解释 象元数 百分比 (%) 面积 ） （Ha）
A
[0, 360]
[0, 0.15]
10.4.1 主要的传感器 以航天遥感图像为例， 以航天遥感图像为例，常见的高空间分辨率 图像包括： 图像包括： 1.IKONOS 2.QuickBird 3.Spot-5
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纽约世贸中心911前后的 IKONOS图像
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10.4 高空间分辨率图像
10.4.2 图像特点 高空间分辨率图像与传统的低空间分辨率相 具有一下特点和优势： 比，具有一下特点和优势： 1.空间分辨率高 2.地物的几何结构和纹理信息更加明显 3.高时间分辨率 4.不瘦地形条件的限制 5.数据获取更易更快 6.三维信息丰富
[0.15, 0.50]
地表植被退化地区， 地表植被退化地区，如长势变差的棉田
15,593
9.28
1,403.4
D2
[0.50, 1.0]
地表植被严重退化地区， 地表植被严重退化地区，如城市扩展占用的耕地
7,672
4.57
690.5
总 计
168,000
100 25
15120
10.2 地物的反射光谱
60 50 40 30 20 10
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柑橘 番茄 玉米 棉花
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
40
20
病害中期 病害初期 健康松树
0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 波长(µm) 2.4
2011-12-22 12 植被的健康程度和季节的变化也是影响植被波谱特征的主要原因. 植被的健康程度和季节的变化也是影响植被波谱特征的主要原因
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植被的波谱特征
植被的波谱特征最明显。绿色植被种类很多，但都有相似的反 射波谱特征曲线。 在可见光绿波段0.55µm附近有10-20%的反射峰。 在红外线0.8-1.0 µm间具有50-60%的强反射峰。 在红光0.7 µm和红外线1.5 µm 、1.9 µm附近具有强烈的吸收谷。
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10.1 高光谱图像的特征
成像分光计基本原理示意图
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10.2 地物的反射光谱
10.2.1 矿物光谱 在无机物中，矿物，化学成分和晶体结构等 控制住光谱曲线的形状以及特定吸收波段的 存在和位置。
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岩石的波谱特征
1岩石反射波谱基本特征 岩石反射波谱基本特征 影响岩石的波谱特征主要因素： 岩石的矿物成分和化学成分（Fe+3、HO-、Al++、SiO2、羟基） 结构构造、 表面粗糙度、 空间产出状态 裂隙发育程度、 含水性、含水量 2岩石发射波谱基本特征 岩石发射波谱基本特征 物体反射率与其表面特征——粗糙度、色调有关。 一般情况下，粗糙表面发射率强，平滑表面发射率弱。 暗色物体发射率高，浅色物体发射率低。 在热红外波段（8—14µm）岩石的热惯量和发射率是影响 岩石热辐射的重要因素。