卫星遥感图像计算机分类与地学应用研究PDF电子书下载

第一章 卫星遥感图像计算机分类方法评述 3

第一节 图像分类的概念、意义及与其他处理的关系 3

一、图像和数字图像 3

二、数字图像处理和遥感数字图像处理 3

第一篇 总 论 3

三、图像分类和卫星遥感图像分类 4

四、卫星图像分类的意义和作用 4

五、卫星图像分类与其他处理的关系 4

六、卫星图像分类的硬件和软件 5

第二节 遥感图像分类方法的归类和相似性概念 6

一、监督分类和非监督分类 6

三、硬分类和软分类 7

二、参数分类和非参数分类 7

四、相似性概念 8

第三节 几种主要的非监督分类方法 8

一、ISODATA分类法 8

二、K-均值分类法 17

三、最大似然分类法 18

第四节 几种主要的监督分类方法 19

一、最大似然分类法 19

二、最近均值分类法 31

三、盒式分类法或平行六面体分类法 31

第五节 较新出现的几种主要的分类方法 32

一、人工神经网分类法 32

二、模糊分类法 33

三、亚像元分类法 34

第六节 其他的一些分类方法 35

一、最近邻法 35

二、马氏距离法 35

三、二进制编码法 36

四、直方图估计法 36

五、子空间分类法 36

六、光谱角映射法 36

七、纹理分类法 37

八、地统计学分类法 37

十、空间-光谱分片法 38

九、概率松弛法 38

十一、按地块分类法 39

十二、专家分类法 39

十三、高光谱数据分类法 39

第二章 分类的前处理、后处理和地学应用评述 40

第一节 分类前处理 40

一、波段选择 40

二、特征提取 41

三、几何校正 42

四、图像的裁剪、切除和镶嵌 42

五、扫描图像或多源图像的几何配准 43

六、噪声校正 43

七、辐射校正 43

八、多图像融合 44

第二节 分类后处理 45

、分类统计值的计算 45

二、各类的距离矩阵与类间相似性分析和系统聚类 46

三、混淆矩阵与分类精度的初步估计 46

四、“天女散花”现象的滤波处理 47

五、类的合并 47

六、图的配色 48

七、公里网格叠加 48

八、栅格图转换为矢量图 48

九、分类图输出的相关处理 48

一、对卫星图像分类地学应用的几点基本认识 49

第三节 分类地学应用 49

二、分类地学应用的领域 51

三、近期分类地学应用的一些例子 52

四、本书中的地学应用 53

第二篇 在中国某些地区的分类和应用 57

第三章 新疆暖温带干旱区卫星图像土壤类型计算机分类 57

第一节 研究区与所用卫星图像 57

第二节 卫星照片的扫描数字化 58

第三节 不同波段图像行和列的检查和配准 59

一、密度分割图 60

二、特征地物的选取和数据行列配准 60

一、波段4图像条纹的消除 62

二、扫描过程中数据的不正常系统跳跃的校正 62

第四节 扫描数字图像噪声和异常数据的校正 62

第五节 迭代法非监督分类的原理、过程与参数 63

一、非监督分类与实地调查了解的关系 63

二、迭代法非监督分类的基本思想、过程及参数 63

第六节 非监督分类的结果 65

第七节 迭代法非监督分类初始聚类中心之研究 69

一、初始聚类中心的确定方法 69

二、初始聚类中心对分类过程与分类结果影响之研究 74

第八节 监督分类的原理及有关问题 79

一、先验概率的确定 79

二、训练样本的获取和筛选 79

三、训练区分类的混淆矩阵 80

第九节 监督分类的结果 81

第四章 新疆暖温带干旱区图像分类结果的分析与制图 87

第一节 各谱类的类间关系研究——光谱学分析与应用 87

一、谱类的内在序列研究 87

二、谱类的群分析或系统聚类分析 88

三、谱类的波段辐射曲线研究 91

四、谱类曲线的斜率比系数研究 92

五、谱类光谱学研究的意义 93

第二节 同谱异类问题研究——地理学分析与应用 94

一、地理控制系统的概念 94

二、研究区的地理控制系统 95

第三节 非监督分类和监督分类的谱类与土壤类的关系表 96

一、地理控制界线的勾绘 98

第四节 地理控制界线和土壤界线的勾绘 98

二、土壤界线的勾绘 99

第五节 遥感分类图的几何纠正和转绘成图及其与常规土壤图的比较 100

一、遥感图的纠正和转绘成图 100

二、遥感土壤图与常规土壤图的比较 104

第六节 遥感分类制图的局限性和问题 107

第七节 新疆遥感图像处理研究说明的几个问题 107

一、卫片或胶片扫描数据具有特殊的价值 107

二、小密度采样策略有重要的意义 108

三、图像配准、噪声和异常数据校正的某些方法 109

四、迭代法初始聚类中心的作用及其确定方法 109

六、对分类结果进行光谱学分析的方法和意义 110

五、做好非监督分类和监督分类的经验 110

七、地理控制系统概念与解决同谱异类问题 111

第五章 新疆干旱区数字图像分类与地物类辐射季节变化分析 112

第一节 阿瓦提地区秋季数字图像的分类 112

第二节 阿拉尔地区夏季数字图像的分类 114

第三节 先验概率对分类结果的影响 114

第四节 扫描密度值和原始灰度值化为辐射值的方法 116

第五节 地物类辐射曲线斜率比系数K的分组与季节变化分析 117

第六节 地物类辐射值季节变化及其波段差异的比较 119

一、研究区各季节各类地物的辐射值及其分组 119

二、地物类辐射值季节变化及其波段差异 125

一、辐射值化为反射率的方法 127

第七节 辐射值化为反射率的方法和地物类反射率季节变化 127

二、地物类反射率的季节变化 128

第六章 北京半湿润区早春和夏季图像分类与地物类季节变化分析 130

第一节 北京地区的自然简况和两幅卫星图像 130

第二节 北京图像各波段直方图及其对分类的影响 130

第三节 北京地区夏季图像的非监督分类 132

第四节 北京地区早春图像的非监督分类 133

第五节 由北京图像辐射值计算的Rsum、Vr、K和Vo及其季节变化分析 134

一、北京图像各类地物辐射值Ri的计算 134

二、北京图像各类地物总辐射值Rsum的计算 135

五、北京图像各类地物波段辐射变化方向和速度值Vo的计算 136

四、北京图像各类地物辐射曲线斜率比系数K的计算 136

三、北京图像各类地物辐射值植被指数VR的计算 136

六、北京地区地物类的季节变化分析 137

第六节 反映植被特性的VR、Vo和K对植被敏感性的差别 141

第七节 北京子区地物大类及其亚类的面积估计 143

第七章 长江下游北亚热带湿润区卫星图像土壤和土地利用分类 145

第一节 研究区与所用卫星图像和处理设备 145

第二节 卫星图像的几何校正 145

一、地面控制点的选取和它们在地形图及遥感图像上的定位 145

二、多项式转换方程系列及方程的建立、选择和应用 146

三、重采样和新像元大小的规定及其灰度值计算 149

第三节 最大似然法非监督分类 150

一、打印直方图和确定数据处理的数值范围 150

三、寻找合适的合并因数和决定合适的类别数 151

二、寻找多维空间中的平行六面体和确定初分类别数 151

四、初分类别的可分性分析与类的合并 153

五、最大似然法非监督分类和图的打印 154

第四节 最大似然法监督分类 154

一、原始训练样本及其纯化 154

二、试分类混淆矩阵分析与正式训练样本建立 155

三、监督分类及其结果 157

第五节 分类结果的分析与制图问题 158

一、监督分类各类的波段辐射曲线及其分类研究 158

二、划分本区同谱异类的地理控制系统 161

三、利用非监督和监督分类图编制专业图 161

第二节 原始卫星图像变换为LBV图像的数学和物理学 163

第八章 长江中游平原湿地区卫星图像土地利用分类与土壤潜育化分析 163

第一节 研究区与原始卫星图像 163

一、卫星图像的物理值及其信息的数学分解与合成 164

二、计算L、B、V值的数学方程 168

三、L、B、V值功能图解 169

第三节 LBV彩色合成图像颜色与实际地物对应关系 172

一、L、B、V的黑白图像和彩色合成图像 172

二、L、B、V彩色合成图像颜色三角与地物三角和数值三角的对应逻辑关系 175

三、野外考察和LBV彩色合成图像颜色与地物类关系的确定 176

第四节 研究区L、B、V数字图像地物分类及其结果 178

第五节 分类结果的数值分析与各类的地物含义 180

一、各地物类（各颜色）在L、B、V数轴上的分布 180

二、各地物类以L、B、V为指标的系统分类 182

三、各类地物含义的最后确定与面积的校正和统计 183

第六节 研究区湿地面积和土壤潜育化面积的估计 184

第七节 从类内离差和类间距离看LBV图像分类的优越性 186

一、类内离差和类间距离是衡量分类优劣的指标 186

二、LBV分类和原始图像分类的类内离差比较 186

三、LBV分类和原始图像分类的类间距离比较 188

第八节 TM 图像和SPOT图像的LBV变换 190

一、TM图像的LBV变换 190

二、SPOT图像的LBV变换 193

第九节 以灰度值为基础的MSS图像的LBV变换 194

第九章 长江三峡高山峡谷区卫星图像地面覆盖／土地利用分类 195

第一节 区域特征与卫星图像 195

一、地面控制点、转换方程、重采样与公里网 198

第二节 图像的几何校正与校正精度估计 198

二、校正图像的点位精度及其与地形图的套合精度 201

第三节 野外调查地被分类系统的建立与训练区勾绘填图 203

一、计算机监督分类与野外考察的关系 203

二、以计算机分类为目的的野外调查用地被分类系统 204

三、以地被分类系统为框架的训练区勾绘填图 208

第四节 训练样本的输入、纯化及训练区和部分图像的试分类 209

一、各图像分类子区划分与训练样本输入 209

二、训练样本类的纯化及纯化前后标准差和平均值的比较 210

三、训练样本类选择与训练区和部分图像试分类 211

第五节 长江三峡各子区图像分类的训练样本、波段选择与分类结果 213

一、长江三峡各子区图像的滤波参数 229

第二节 计算机制图综合——遥感分类图的滤波 229

第一节 用遥感分类图编制土地资源评价图的技术前提 229

第十章 长江三峡图像分类的后处理与土地资源图编制 229

二、过滤掉连片像元对图斑精度影响的估计 230

第三节 硬拷贝彩色分类图的生成与输出 233

一、遥感分类图的配色原则及其与一般专业图配色的异同 233

二、主题文件、特征文件及前者向后者的转换 234

三、彩色遥感分类图记录格式转换与出图比倒尺设定 236

第四节 遥感分类图的精度估计与野外校核 237

一、中比例尺专业图与长江三峡遥感分类图的精度估计 237

二、以野外实地核查为准进行的精度估计 238

四、长江三峡遥感分类图精度核查总结果 240

三、以航片目视判读为准进行的精度估计 240

第五节 遥感分类图与土地资源评价图的衔接 242

一、遥感分类图的波谱学和地理学分析 242

二、遥感分类图向土地资源评价图过渡的实施 244

第六节 长江三峡土地承载力和移民环境容量研究 245

一、长江三峡土地资源特点与利用现状 245

二、长江三峡土地承载力与移民环境容量 246

第十一章 长江三峡卫星图像计算机分类的若干技术问题探讨 248

第一节 长江三峡卫星图像处理的特殊性与引起的技术问题 248

第二节 超边界处理和重叠性处理与图像合理裁切 249

一、几何校正后图像的几何特征 249

二、图像的合理裁切 250

一、图像跨越地形图不同投影带产生的问题 252

第三节 跨地形图不同投影带图像的子区划分 252

二、跨不同投影带图像子区的正确划分 253

第四节 大规模使用卫片扫描数据的问题 255

一、扫描时的高密度采样策略与扫描图像数值范围 255

二、扫描图像几何校正的一般性和特殊性 257

三、卫片扫描图像和磁带数字图像地物灰度统计值的比较 260

第五节 三峡地区地物类灰度值曲线和辐射值曲线研究 264

一、三峡地物类在TM图像中的灰度值曲线研究 264

二、三峡地物类在TM图像中的辐射值曲线及不同TM图像地物类比较 268

三、三峡地物类在MSS图像中的灰度值曲线 272

第六节 三峡地区地物类LBV特性分析 275

一、LBV变换及其图像的功用 275

二、三峡地物类的LBV特性分析 276

第七节 三峡地区地物类遥感特性的空间与时间变异 281

一、阴坡和阳坡引起的地物遥感特性变异 281

二、海拔高度和坡度引起的地物遥感特性变异 286

三、季节引起的水体遥感特性变异 289

四、裸地和城镇遥感特性变异 291

第八节 地物类TM和MSS数据的比较与波段带宽问题 293

一、相同地物类TM和MSS数据的差异与各波段的带宽值 293

二、TM和MSS图像的单位带宽辐射值与相同地物类数值的比较 293

第九节 三峡地区地物类的热特性分析述略 296

第十节 滤波对地物类分类面积值的影响与制图综合理论问题 298

第十一节 卫星图像分类和航片目视解译确定的地物类面积的初步比较 303

一、数据来源与比较方法 303

二、结果 306

第十二章 中亚热带低山丘陵区卫星图像分类及植被指数和植被盖度的关系 307

第一节 研究区、研究任务与所用卫星图像 307

一、研究区简述 307

二、研究任务与所用卫星图像 308

第二节 土壤侵蚀等级的确定与数字高程模型的应用 310

一、土壤侵蚀等级与地面坡度等级和植被盖度等级的关系 310

二、数字高程模型的生成、处理与应用 310

三、坡度图与坡度等级图的生成 313

第三节 1991年图像的非监督分类及植被指数的初步研究 315

一、彩色合成图像的扫描、分解和非监督分类 315

二、植被指数值及其增益因子和补偿因子的初步研究 316

三、流域典型地物类的波段灰度值与植被指数值的功能 320

四、非监督分类各类的植被状况分析及其据植被指数值的排序和分组 321

第四节 植被指数与植被盖度定量关系的建立 322

一、国内外与此问题有关的几项研究 322

二、潋水流域植被指数值V1与相似区植被指数值V2间定量关系的建立 324

三、植被指数值V2与植被盖度值Vc间定量关系的建立及综合方程 326

第五节 植被指数用于动态监测存在的问题及大气影响的初步校正 327

一、植被指数图的计算结果与实际变化数据的比较 327

二、大气对卫星图像的影响及其解决和校正方法简述 329

三、适宜于大气校正的植被指数计算式的拟定 329

四、直方图最低值法校正大气影响和存在的问题 330

五、水体最低值法校正大气影响和存在的问题 332

六、山地阴影直方图主体法校正大气影响和存在的问题 332

一、大气影响植被指数值计算的机制 334

第十三章 卫星图像植被指数计算的大气校正与植被和土壤侵蚀的动态监测 334

第一节 大气影响植被指数值的机制与校正方法设计 334

二、植被指数计算中大气影响校正方法的逻辑思考与设计 335

第二节 流域图像的监督和非监督分类及各年平均植被盖度的确定 336

一、1995年图像的监督分类及该年的流域平均植被盖度 337

二、1996年图像的非监督分类及该年的流域平均植被盖度 339

三、1987年图像的非监督分类及该年的流域平均植被盖度 343

四、利用辐射随波段变化的方向和速度值区分植被和计算植被盖度 343

第三节 动态彩色合成的图像特征和数据特征与平均植被盖度确定 347

一、标准彩色合成与动态彩色合成 347

二、动态彩色合成图像的图像特性与平均植被盖度 348

三、动态彩色合成图像的平均值特性与平均植被盖度 350

四、动态彩色合成图像的直方图特性与平均植被盖度 351

五、用动态彩色合成图像估算平均植被盖度的方法 354

第四节 由植被盖度值反演植被指数计算中大气影响校正值的方法 358

一、由正确植被盖度值Vx反演正确植被指数值V 358

二、由正确植被指数值V反演TM3和TM4的平均校正值C 359

三、TM3和TM4大气影响波段差异系数K3和K4的估计 362

四、由平均校正值C和波段差异系数K3和K4计算波段校正值C3和C4 363

五、由波段校正值C3和C4估算植被指数计算中的分子校正值a和分母校正值b 364

第五节 植被指数图、植被盖度图、植被盖度分级图和土壤侵蚀分级图的生成与植被和土壤侵蚀的动态监测 365

一、值被指数图的生成 365

二、植被盖度图的生成 366

三、植被盖度分级图的生成与植被动态监测 368

四、土壤侵蚀等级图的生成与土壤侵蚀动态监测 369

五、校正方法与监测方法的可信性讨论 370

第六节 用普通地理数据寻求正确校正值的方法与加值校正问题 372

一、普通地理数据的例子——土壤侵蚀面积 372

二、植被指数、植被盖度和土壤侵蚀面积间的定量关系 373

三、植被指数计算校正值的求取 375

四、只有一个参考数据时的校正值求取与加值校正 375

第七节 不同划分标准的坡度分级图植被盖度分级图和土壤侵蚀分级图 377

一、坡度、植被盖度和土壤侵蚀的不同分级标准及相应图的生成 377

二、坡度及各年植被盖度和土壤侵蚀强度分级与年际动态变化 378

二、研究区土壤侵蚀强度分级标准 382

一、研究区自然特征简述 382

第一节 研究区自然特征与土壤侵蚀强度分级标准 382

第十四章 南亚热带丘陵区卫星图像土壤侵蚀分类与应用 382

第二节 土壤侵蚀的航空遥感调查 383

一、航空像片解译和土壤侵蚀调查系列图的编制 383

二、土壤侵蚀类型图、分区图及其面积统计 384

第三节 为土壤侵蚀调查进行的卫星图像处理 385

一、为卫星图像处理进行的野外调查 386

二、为图像分类进行的训练样本纯化分析 386

三、分类统计值、分类图与图的颜色系统 388

第四节 卫星图像分类图的实际地物类型解译 390

一、解译规则：图像类型与实际类型关系表 390

二、解译结果：土地利用与地面覆盖类型 391

二、卫星图像分类解译类型与航片解译类型的面积比较 393

一、抽样对比方法与两种解译类型的面积估计 393

第五节 卫星遥感类型与航空遥感类型的抽样对比 393

第六节 卫星图像分类解译图精度的抽样检验与修正 396

一、精度检验和修正的数学模型 397

二、精度检验修正的计算与结果 397

第三篇 在外国某些地区的分类和应用 403

第十五章 加拿大温带平原区TM主成分图像用于分类的试验 403

第一节 加拿大研究区的自然环境与所用卫星图像 403

第二节 TM图像遥感特性与统计数据特征 404

一、TM图像遥感特性评述 404

二、TM图像7个波段的统计值和直方图与波段选择 404

第三节 TM图像用于分类的可分性分析 407

二、TM主成分图像各主成分的统计值和直方图 412

第四节 TM图像的主成分变换和主成分图像 412

一、TM图像主成分变换或KL变换的意义 412

第五节 TM主成分图像用于分类的试验 415

一、TM主成分图像与应用评述 415

二、TM主成分图像用于非监督分类 416

第十六章 渥太华地区卫星图像作物轮作与土地利用体系分类 421

第一节 渥太华地区的自然环境、作物轮作与土地利用 421

一、研究区的自然环境 421

二、研究区的作物轮作体系 422

三、研究区的土地利用体系 422

第二节 7月1日图像的分类及有关问题研究 423

一、遥感图像与作物轮作和土地利用体系图 423

二、非监督分类各类统计数字和灰度值曲线及地物类含义 424

三、数字化仪、地形图、专业图和图像的相互连接与连接精度估计 425

四、使用数字化仪从专业图上选择难定位地物类的训练区 429

五、训练样本类的统计值、直方图、距离矩阵与训练样本筛选 430

六、监督分类结果及其初步分析 437

第三节 7月10日图像的分类及有关问题研究 438

一、初选训练样本类与7月1日图像的异同 438

二、训练样本类的分层筛选策略 439

三、直方图、距离阵和平均值在反映样本真实性上的差异 443

四、训练样本类的分组筛选策略 444

五、监督分类结果及其初步分析 445

一、7月1日与7月10日分类结果中各地物类的相互关系 446

第四节 7月1日图像和7月10日图像处理结果的比较研究 446

二、九天内地面变化的动态监测 448

三、以双时相图像两次分类综合分析为依据的地物类面积统计 452

第五节 遥感图像处理揭示的渥太华地区地被构成与景观环境特征 454

第十七章 加拿大诸省温带和寒温带卫星图像地被物分类 455

第一节 安大略省里士满地区小面积少类型土地利用分类 455

一、面积较小类型较少的农业区 455

二、图像的算术运算与不规则边界外图像的切除 455

三、减少分类数目的试验与最后分类结果 456

四、分类后的围歼或滤波处理与滤波参数试验 459

五、分类结果的野外校核与分析 461

六、卫星遥感图像处理揭示的里士满地区地被构成与景观环境特征 462

七、各类的合并成图兼论地物空间共轭性与光谱相似性的关系 463

八、训练样本各类与分类结果各类统计值的比较研究 464

第二节 马尼托巴省卡伯里地区农作物面积的快速粗略估计 466

一、农作物面积快速粗略估计的设想 466

二、训练区勾绘法获得农作物类信号特征统计值 467

三、非监督分类法获得各地物类的信号特征统计值和面积 469

四、训练样本类与非监督分类的类均值比较及农作物类与面积估计 471

第三节 萨斯喀彻温省怀特伍德地区云和云影的分类与地被物分类面积校正 473

一、云和云影及其他地被物的分类 473

二、云和云影对地被物分类面积的影响与校正 475

第四节 纽芬兰省圣·约瑟夫地区的雪被分类与云和雪的分辨 478

一、雪被的分类和制图 478

二、雪和云比较方法的设计与二者的比较和分辨 481

第一节 流域模拟及其对遥感的需要 486

第十八章 西班牙地中海气候区卫星图像地被和土壤侵蚀分类与流域模拟 486

第二节 特瓦河流域自然特征与遥感图像 487

第三节 地理信息系统与流域要素数字化和数字地形模型制作 489

第四节 航空像片目视解译与地面类型划分 490

第五节 SPOT图像及其作用 491

第六节 野外调查与地物类和自然区确定 491

第七节 TM图像监督分类与流域亚区和侵蚀等级划分 492

一、从7个波段中选4个波段用于分类的方法 492

二、TM图像和SPOT图像的几何校正与图运算 495

三、TM图像的监督分类与流域模拟的亚区划分 497

四、土壤侵蚀等级划分与地被分类的关系 499

第八节 特瓦河流域模拟及其结果 500

主要参考文献 504