第一节遥感图像计算机解译基础

遥感图像的计算机自动解译是一个正在成长的研究方向。它的许多理论方法是借用了计算机图像理解、知识工程、机器视觉等相关领域的。
    遥感数字图像计算机解译以遥感数字图像为研究对象，在计算机系统支持下，综合运用地学、遥感图像处理、地理信息系统、模式识别与人工智能技术，实现地学专题信息的智能化获取。其基本目标是将人工目视解译遥感图像发展为计算机支持下的遥感图像理解。
    利用计算机对遥感数字图像进行解译，其难度很大。第一，遥感图像是从遥远的高空成像，成像过程要受传感器、大气条件、太阳位置等多种因素的影响，影像中所提供的目标地物信息不仅不完全，且或多或少地带有噪音，人们必须从不完全的信息中尽可能精确地提取出地表场景中感兴趣的目标物，其难度很大。第二，遥感影像信息量丰富，与一般的图像相比，其包容的内容远比普通的图像多，因而非常“拥挤”，不同地物间信息的相互影响与干扰使得要提取出感兴趣的目标变得非常困难。第三，遥感图像的地域性、季节性和不同成像方式更增加了计算机对遥感数字图像进行解译的难度。
由于利用遥感图像可以客观、真实和快速的获取地球表层信息，这些现势性很强的遥感数据在自然资源调查与评价、环境监测、自然灾害评估与军事侦察上具有广泛应用前景。因此，利用计算机进行遥感图像智能化解译，快速获取地表不同专题信息，并利用这些专题信息迅速地更新地理数据库，这是实现遥感图像自动理解的基础研究之一，也是地理信息系统中数据采集自动化研究的一个方向，因此具有重要的理论意义和应用前景。
6.1.1遥感影像的数字化采样
    遥感数字图像是以数字化的遥感影像。遥感影像记录了传感器这类对电磁波敏感的仪器远距离非接触探测目标地物时获取的地物反射、辐射的电磁波信息。
    遥感数字图像最基本的单位是像素。像素是成像过程的采样点，也是计算机图像处理的基本单元。像素具有空间特征和属性特征。由于传感器从空间观测地球表面，因此每个像素含有特定的地理位置的信息，并表征一定的面积。对于多光谱扫描仪提供的数字图像来说，一个像素对应的地表面积是由传感器的瞬间视场角和传感器高度共同决定的，瞬间视场角在地表的投影面称为像素的地面分辨率(或称空间分辨率)，由于传感器种类不同，它的瞬间视场角也不同，因此，对应的地面分辨率是不同的。例如：MSS数字图像的地面分辨率是79×56平方米，TM数字图像的地面分辨率是28.5×28.5平方米，SPOT全色波段图像分辨率为10×10平方米。像素的面积可以根据投影面在地表X方向长度和Y方向长度来计算。
    像素的属性特征采用色度值来表达，在不同波段上相同地点的色度值可能是不同的，这是因为地物在不同波段上其反射电磁波的特征不同。
    遥感数字图像中像素的数值主要由传感器所探测到的地面目标地物的电磁波辐射强度所决定。入射到传感器中的电磁波被探测器元件转化为电信号，经过模/数转换，成为绝对辐射亮度值R。为便于应用，R又被转换为能够表征地物辐射亮度的相对值，记录到每个像素中。如果是系统校正过的数据，根据下式，可以把像素(像对)数据值V变换为绝对辐射亮度值R：
            R = V *(Rmax - Rmin) / Dmax + Rmin (7-1)
    式中，Rmax，Rmin分别是探测器可检测到的最大和最小辐射亮度，Dmax为级数，R为辐射亮度(mW/cm2 .sr)，V是像素数据值。
    自19世纪法国人达格雷(Dagurre)发表第一张航空像片起，许多国家测绘部门拍摄了大量航空照片，用来绘制地形图。航空像片与普通商业遥感卫星图像相比较，其优点是地面分辨率高，它记录了当时的自然景观与人文景观，这是一批珍贵的历史资料，它有助于人们对城市变化和生态环境进行对比研究。由于数字计算机只能处理数字信息，航空像片需要经过数字化才能被计算机处理与分析。航空像片的空间采样过程如下：
    （1）确定空间采样间距；
    （2）属性量化

6.1.2计算机图像解译的基本理论
    计算机图像解译是研究用计算机解释图像，实现类似人类视觉系统理解外部世界的一门科学。所讨论的问题是，为完成某一任务需要从图像中获取哪些信息，以及如何利用这些信息获得必要的解释。
    图像理解的过程有几个显著的特点：（1）分阶段的信息处理带来了信息的多层表示；（2）对图像的解释是以某种形式的描述实现的；（3）图像的正确解释离不开先验知识的引导。

6.1.3遥感数字图像的特征
    图像是以离散的点阵来表达客观世界的，图形是以线划、多边形、区域刻画客观世界的。在图像上点与点之间除了空间上发生距离关系外，在其他意义上都是孤立的。在图形中区域内部一般认为是同质的，线划、区域之间具有明显的空间关系。图像又可分为光学图像和数字图像，光学图像是经过光学成像过程得到的图像，它是通过感光银盐的密度来表现图像的明暗及色彩的；数字图像是数字化后的图像，其明暗色彩被编码为一组二维的数字矩阵。通过显示输出装置可以得到恢复的图像。数字图像中的数字可以参与所有的数学运算和逻辑运算，所以在以计算机技术为核心的图像处理、识别和理解方面数字图像比光学图像有很大的优势。
    遥感数字图像是数字图像的一个子集，而数字图像又是图像的一个子集。所以遥感数字图像继承了图像和数字图像的所有特点，同时遥感影像又具有自己独有的特点：
    （1） 反映内容的特定性
    （2） 表达尺度的宏观性和空间分辨率的多样性
    （3） 成像波段的独立性和多样性
    （4） 成像机理的复杂性

6.1.4与图像理解相关的学科简介
    与图像理解相关的学科有图像处理、模式识别、计算机视觉等。它们之间既有联系又有区别。
     （1）图像处理是将输入图像转化为具有一定目标特征的结果图像，比如通过边缘增强处理以突出图像的边缘信息。它是图像理解的预处理过程。
    （2）模式识别是根据从图像中抽取的特征将图像中的图斑分成预定的类别。
    （3）计算机视觉是从仿生学角度，运用计算机技术模拟人眼的视觉系统来发现周围环境中有什么东西，东西在哪儿的学科。
    （4）图像理解不仅对图像本身提供的信息进行分析，而且运用成像过程的。