城市規(guī)劃中遙感圖像目視解譯方法及影響因素分析

柴利全

摘要：本文通過遙感圖像目視解譯標(biāo)志的介紹，對(duì)目視解譯的技術(shù)方法做了詳細(xì)的闡述，并著重分析了影響遙感影像目視解譯的因素。

關(guān)鍵詞：目視解譯；遙感圖像；影響因素；技術(shù)方法

1 前言

目視解譯是遙感圖像解譯的一種，又稱目視判讀，或目視判譯，它指專業(yè)人員通過直接觀察或借助輔助判讀儀器在遙感圖像上獲取特定目標(biāo)地物信息的過程。

目視解譯是信息社會(huì)中地學(xué)研究和遙感應(yīng)用的一項(xiàng)基本技能。遙感技術(shù)可以實(shí)時(shí)的、準(zhǔn)確的獲取資源與環(huán)境信息，如重大自然災(zāi)害信息等，可以全方位、全天候地監(jiān)測(cè)全球資源與環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供定性、定量與定位的信息服務(wù)。地理學(xué)家通過目視判讀遙感圖像，可以了解地質(zhì)地貌或深大斷裂?？脊艑W(xué)家通過目視判讀可以在荒漠中尋找古遺址和古城堡，由于目視判讀需要的設(shè)備少，簡(jiǎn)單方便，可以隨時(shí)從遙感圖像中獲取許多專題信息。遙感技術(shù)應(yīng)用廣泛，因此目視解譯是是各個(gè)學(xué)科工作者必不可少的一項(xiàng)基本功。

2 遙感圖像目視解譯標(biāo)志及其作用

遙感影像的解譯標(biāo)志是指那些能夠用來區(qū)分目標(biāo)物的影像特征，它又可分為直接解譯標(biāo)志和間接解譯標(biāo)志兩類。凡根據(jù)地物或現(xiàn)象本身反映的信息特性可以解譯目標(biāo)物的影像特征，也即能直接反映物體或現(xiàn)象的那些影像特征稱為直接解譯標(biāo)志；通過與之有聯(lián)系的其它地物在影像上反映出來的影像特征，也即與地物屬性有內(nèi)在聯(lián)系、通過相關(guān)分析能推斷出其性質(zhì)的影像特征，間接推斷某一事物或現(xiàn)象的存在和屬性，這些地物和特征就稱為間接解譯標(biāo)志。直接解譯標(biāo)志和間接解譯標(biāo)志是一個(gè)相對(duì)概念，常常以相互轉(zhuǎn)換。

2.1 直接解譯標(biāo)志

2.1.1 色調(diào)色調(diào)是地物電磁輻射能量在影像上的模擬記錄，在黑白影像上表現(xiàn)為灰度，在彩色影像上表現(xiàn)為頗色，它是一切解譯標(biāo)志的基礎(chǔ)。

黑白影像上根據(jù)灰度差異劃分為一系列等級(jí)，用灰階描述。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，人們習(xí)慣歸并為七級(jí)（白、灰白、淺灰、灰、深灰、灰黑、黑）和五級(jí)（灰白、淺灰、灰、深灰、黑），甚至更簡(jiǎn)略地分為淺色調(diào)、中等色調(diào)、深色調(diào)三級(jí)。彩色影像上人眼能分辨出的彩色在數(shù)百種以上，常用色別、飽和度和明度來描述。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，色別用孟塞爾顏色系統(tǒng)的10個(gè)基本色調(diào)，飽和度用飽和度大（色彩鮮艷）、飽和度中等和飽和度低3個(gè)等級(jí)，明度用高明度（色彩亮）、中等明度和低明度（色彩暗）3級(jí)。

在目視解譯時(shí)，能識(shí)別出的地物色調(diào)雖然是一個(gè)靈敏的普通的標(biāo)志，但它又是一個(gè)不穩(wěn)定的標(biāo)志，影響它的因素很多，因此，色調(diào)標(biāo)志的標(biāo)準(zhǔn)是相對(duì)的，不能僅僅依靠色調(diào)來確定地物。

2.1.2 形狀形狀是地物外貌輪廓在影像上的相似記錄，任何物體都具有一定的外貌輪廓，在遙感影像上表現(xiàn)出不同的形狀，如：游泳池是長方形，足球場(chǎng)則是兩端為弧形的長方形，水梨為長條形，公路為彎延的曲線形等。因此利用形狀可直接判定物體的存在與否。

物體在影像上的形狀細(xì)節(jié)顯示能力與比例尺有很大關(guān)系，比例尺愈大，其細(xì)節(jié)顯示的愈清楚；比例尺愈小，其細(xì)節(jié)就愈不清楚，即地物形狀根據(jù)比例尺在像片上的表現(xiàn)不同。

2.1.3 大小大小是地物的長度、面積、體積等在影像上按比例縮小的相似記錄，它是識(shí)別地物的重要標(biāo)志之一，特別是對(duì)形狀相同的物體更是如此。地物在影像上的大小，主要取決于成像比例尺，當(dāng)比例尺大小變化時(shí)，同一地物的尺寸大小也隨著變化。（圖1-圖3）

2.1.4 陰影陰影是指地物電磁輻射能量有很低的部分在影像上形成的影像特征，可以把它看成是一種深色到黑色的特殊色調(diào)。陰影可形成立體感，幫助我們觀察到地物的側(cè)面，判斷地物的性質(zhì)，但陰影內(nèi)的地物則不容易識(shí)別，并掩蓋一些物體的細(xì)節(jié)。在熱紅外和微波影像上，陰影的本質(zhì)有所不同，解譯時(shí)要根據(jù)物體的波譜特性認(rèn)真分析對(duì)待。（圖4-圖5）

2.1.5 紋理在不同空間分辨率的掃描圖像上紋理揭示的對(duì)象不同。在中低分辨率掃描影像上，地物的紋理特征反映了自然景觀中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如沙漠中流動(dòng)沙丘的分布特點(diǎn)和排列方式。在中高分辨率掃描影像上，紋理才揭示了目標(biāo)地物的細(xì)部結(jié)構(gòu)或物體內(nèi)部成分。（圖6）

2.1.6 圖型圖型是個(gè)體可辨認(rèn)的許多細(xì)小地物重復(fù)出現(xiàn)所組成的影像特征，它包括不同地物在形狀、大小、色調(diào)、陰影等方面的綜合表現(xiàn)。水系格局，土地利用形式等均可形成特有的圖型，如平原農(nóng)田呈柵狀長方形排列，山區(qū)農(nóng)田則呈現(xiàn)弧形長條紋形。

2.2 間接解譯標(biāo)志

我們可以根據(jù)地物的存在或性質(zhì)來推斷另一地物的存在和性質(zhì)，根據(jù)已經(jīng)解譯出的某些自然現(xiàn)象判斷另一種在影像上表現(xiàn)不明顯的現(xiàn)象。通過對(duì)與解譯對(duì)象密切相關(guān)的一些現(xiàn)象的研究，推理、判斷來達(dá)到辨別解譯對(duì)象的方法稱間接解譯。如位置、相關(guān)布局等與解譯對(duì)象密切相關(guān)的事物和現(xiàn)象稱為間接解譯標(biāo)志。

2.2.1 位置位置是指地物所處環(huán)境在影像上的反映，即影像上目標(biāo)（地物）與背影（環(huán)境）的關(guān)系。地物和自然現(xiàn)象都只有一定的位置，例如蘆葦長在河湖邊沼澤地，紅柳叢生在沙漠河漫灘和階地位于河谷兩側(cè)，洪積扇總是位于溝口，河流兩側(cè)的湖泊是牛軛湖，雪線附近的是冰斗湖等（圖7-圖8）

2.2.2 相關(guān)布局景觀各要素之間、或地物與地物之間相互有一定的依存關(guān)系，這種相關(guān)性反映在影像上形成平面布局。例如：區(qū)從山脊到谷底，植被有垂直分帶性，于是在影像上形成色調(diào)不同的帶狀圖型布局；山地、山前洪積扇，再往下為沖積洪積平原、河流階地、河漫灘等。

3 遙感圖像目視解譯的技術(shù)方法

3.1 直判法

直判法是通過遙感影像的解譯標(biāo)志，能夠直接確定某一地物或現(xiàn)象的存在和屬性的一種直觀解譯方法。直判法所運(yùn)用的解譯標(biāo)志是解譯者曾經(jīng)見過的并了解了它的含義，因此能較快的鑒別某一地物或現(xiàn)象的存在和屬性。一般具有明顯形態(tài)、色調(diào)特征的地物和現(xiàn)象，多運(yùn)用這種方法進(jìn)行解譯。（圖9）

3.2 對(duì)比法

對(duì)比法是指將解譯地區(qū)遙感影像上所反映的某些地物和自然現(xiàn)象與另一已知的遙感影像樣片相比較，進(jìn)而確定某些地物和自然現(xiàn)象的屬性。但對(duì)比必須在各種條件相同下進(jìn)行，如地區(qū)自然景觀、氣候條件、地質(zhì)構(gòu)造等應(yīng)基本相同，對(duì)比的影像應(yīng)是相同的類型、波段、成像條件等。

對(duì)比法因其對(duì)比要素的不同可分為空間對(duì)比法、歷史對(duì)比法、多波段對(duì)比法等。

3.2.1 空間對(duì)比法

在同一張遙感影像或相鄰較近的遙感影像上，進(jìn)行鄰近比較，進(jìn)而區(qū)分出兩種不同目標(biāo)的方法稱為空間對(duì)比法。在同一波段影像上，不同地物類型的色調(diào)或形狀存在著差異。通過不同地物的對(duì)比，可以將它們區(qū)分開來，這也是建立判讀標(biāo)志的重要依據(jù)。但這種方法通常只能將不同類型地物的界線區(qū)分出來，不一定能鑒別出來地物的屬性。如此法可以將農(nóng)業(yè)區(qū)的兩種作物的界線分出來，但不一定能識(shí)別出這兩種作物。用空間對(duì)比法時(shí)，要求遙感影像的色調(diào)保持正常，最好是在同一張影像上進(jìn)行，否則不同影像上的同一地物可能會(huì)因?yàn)榕臄z時(shí)間等因素的不同而有所差別，影像解譯時(shí)的判斷。（圖10-圖11）

3.2.2 歷史對(duì)比法

利用不同時(shí)間重復(fù)成像的遙感影像加以對(duì)比分析，從而了解地物與自然現(xiàn)象的變化情況，稱為歷史對(duì)比法。同一地物在不同時(shí)間或季節(jié)成像時(shí)，即使采用同一波段，影像上也會(huì)存在色調(diào)的差異。如在溫帶與亞熱帶地區(qū)，一年四季太陽輻射不同，降水量不同，這直接影響到植被和土壤在掃描影像上的色調(diào)與形狀的構(gòu)像。不同歷史階段相對(duì)比，可以了解地物在不同時(shí)間的變化規(guī)律。也可以通過不同時(shí)間相對(duì)比來選取最好的解譯時(shí)相。這種方法對(duì)自然資源和環(huán)境動(dòng)態(tài)的研究尤為重要，如土壤侵蝕、農(nóng)田面積減少、沙漠化移動(dòng)速度、冰川進(jìn)退、洪水泛濫等。

3.2.3 多波段對(duì)比法

同一種地物在不同波段往往有不同的反射率，當(dāng)在不同波段掃描成像時(shí)，其色調(diào)存在著差異，色調(diào)的明暗程度取決于地物在該波段的反射率，若反射率高，影像上的色調(diào)淺，反射率低，則色調(diào)深。因此，同一種物體在不同波段影像中的色調(diào)一般是不同的。地物色調(diào)的變化往往造成同一地物在不同波段影像上存在形態(tài)差異。這是因?yàn)橛跋裆{(diào)差異是構(gòu)成物體形狀特征的基礎(chǔ)。如同一目標(biāo)地物，在一個(gè)波段，色調(diào)與背景反差大，地物邊界形狀清晰，其形狀特征明顯，但在另一個(gè)波段，色調(diào)與邊界色調(diào)反差很小，有些地方甚至用肉眼難以區(qū)分，在這種情況下，地物邊界形狀難以辨認(rèn)，由此導(dǎo)致了同一地物在不同波段影像上存在的形態(tài)差異。根據(jù)同一物體在不同波段上的灰度與形狀的差異表現(xiàn)。對(duì)比不同波段消除不同地物在同一個(gè)波段的“同譜異質(zhì)”現(xiàn)象，可有效地防止誤判。

3.3 邏輯推理法

邏輯推理法是借助各種地物或自然現(xiàn)象之間的內(nèi)在聯(lián)系所表現(xiàn)的現(xiàn)象，間接判斷某一地物或自然現(xiàn)象的存在和屬性。當(dāng)利用眾多的表面現(xiàn)象未判斷某一未知對(duì)象時(shí)，要特別注意這些想象中哪些是可靠的間接解譯標(biāo)志，哪些是不可靠的，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)矛盾現(xiàn)象，這是就應(yīng)分析哪些線索是反映未知對(duì)象的真實(shí)情況，哪些是假象，從而確定未知對(duì)象的存在和屬性，在解譯過程中不可避免會(huì)遇到這樣的方法。

例如，當(dāng)在影像上發(fā)現(xiàn)河流兩岸兩側(cè)均有小路通至岸邊，由此就可聯(lián)想到該處是渡口或是涉水處；如進(jìn)一步解譯時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)河流兩岸登陸處連線與河床近似直交時(shí)，則說明河流流速較小；如與河床斜交，則表明流速較大，斜交角度越小，流速越大。

3.4 小結(jié)

在目視解譯實(shí)踐中，衛(wèi)星影像解譯比航空像片解譯難度更大，因此，熟悉地物在不同波段的光譜特性，了解地物在不同空間分辨率影像上的表現(xiàn)，掌握不同假彩色合成影像的特征，熟練運(yùn)用掃描影像解譯標(biāo)志與解譯方法，是進(jìn)行目視解譯的重要基礎(chǔ)。

4 遙感圖像目視解譯影響因素分析

4.1 地物本身的復(fù)雜性

由于地物種類的繁多造成景物特性復(fù)雜變化和判讀上的困難。從大的種類之間來看，種類的不同，構(gòu)成了光譜特征的不同及空間特征的差別，這給判讀者區(qū)分地物類別帶來了好處。但同一大的類別中有許多亞類、子亞類，它們無論在空間特征及光譜特征上很相似或相近，這會(huì)給判讀帶來困難。還有同一種地物，由于各種內(nèi)在或外部因素的影響使其出現(xiàn)不同的光譜特征或空間特征，有時(shí)甚至差別很大。即常常在像片上發(fā)現(xiàn)不同類別出現(xiàn)相似或相同的判讀標(biāo)志，而同一類別又出現(xiàn)不同的判讀標(biāo)志。

4.2 傳感器特性及遙感影像質(zhì)量的影響

4.2.1 傳感器特性的影響

傳感器特性對(duì)解譯標(biāo)志影響最大的是分辨力，而分辨力則通過影響遙感圖像分辨率而間接對(duì)目視解譯產(chǎn)生影響。分辨力的影響可從幾何、輻射、光譜及時(shí)間幾個(gè)方面來分析。

幾何分辨力是在空間分辨力的基礎(chǔ)上，傳感器能夠較準(zhǔn)確的分辨地物特征時(shí)的分辨力的大小即為幾何分辨力。幾何分辨力太差的圖像使得像元中包含的類別不純，引起輻射亮度改變，這在兩種純地物交界處是十分明顯的，往往這些地方的像元亮度與第三種地物相近，如MSS-7影像上植物與水的交界處的像元亮度會(huì)出現(xiàn)土壤亮度的現(xiàn)象。此外在地類混雜的地區(qū)也十分明顯，如稀疏種植的林區(qū)或作物區(qū)等。解譯時(shí)應(yīng)與周圍地物結(jié)合分析或?qū)庾g區(qū)建立混雜地物的解譯標(biāo)志。

輻射分辨力是傳感器能區(qū)分兩種輻射強(qiáng)度最小差別的能力。傳感器的輸出包括信號(hào)和噪聲兩大部分。如果信號(hào)小于噪聲，則輸出的是噪聲。如果兩個(gè)信號(hào)之差小于噪聲，則在輸出的記錄上無法分辨這兩個(gè)信號(hào)。只有當(dāng)信號(hào)功率大于等效噪聲功率時(shí)，才能顯示出信號(hào)來。

光譜分辨力為探測(cè)光譜輻射能量的最小波長間隔，確切講為光譜探測(cè)能力。它包括傳感器總的探測(cè)波段的寬度、波段數(shù)、各波段的波長范圍和間隔。探測(cè)器探測(cè)的波譜寬度最大，波段數(shù)量最多，各波段的波長間隔最小。因此它輸出的數(shù)據(jù)，反映地物的波譜特性也最好。

時(shí)間分辨力是對(duì)同一地區(qū)重復(fù)獲取圖像所需的時(shí)間間隔。時(shí)間分辨力與所需探測(cè)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化有直接的關(guān)系。各種傳感器的時(shí)間分辨力，與衛(wèi)星的重復(fù)周期及傳感器在軌道問的立體觀察能力有關(guān)。

4.2.2 遙感影像質(zhì)量的影響

第一，遙感影像的分辨率。影像分辨率是決定影像精度的一個(gè)重要指標(biāo)，影像的分辨率越高，解譯的準(zhǔn)確性就越高。影響的分辨率主要決定于傳感器的分辨力。

第二，影像色調(diào)存在的同物異譜、異物同譜現(xiàn)象。由于調(diào)查地區(qū)的立地因素、拍攝季節(jié)、地物分布、氣候條件的不同，遙感影像所反映的色調(diào)也不同。但相同地物和不同地物存在著同物異譜、同譜異物現(xiàn)象，造成此類小班界線難以區(qū)劃確定。即使高分辨率的SPOT5遙感影像，由于拍攝時(shí)間及光譜波段選擇上的差異，致使同一色調(diào)的遙感影像實(shí)測(cè)結(jié)果相差懸殊，這種現(xiàn)象會(huì)增加解譯的難度，降低解譯準(zhǔn)確性。

第三，重影、陰影嚴(yán)重的遙感影像。山區(qū)圖像陰坡陰影重影嚴(yán)重，色標(biāo)影像模糊，不易解譯。只能根據(jù)陰影重影周圍的林相及陰影內(nèi)細(xì)微的差別進(jìn)行解譯區(qū)劃，容易出現(xiàn)錯(cuò)判誤判。

第四，遙感影像上的云影、陰陽向陡坡死影及太陽光照強(qiáng)烈的山頂、山脊等造成的影像色澤失真現(xiàn)象，影響判讀的準(zhǔn)確性。

4.3 人為因素的影響

4.3.1 人的主觀因素的影響

主觀因素主要包括：解譯人員的主觀隨意性及在技術(shù)上的人為差異；解譯人員對(duì)調(diào)查地區(qū)的了解程度及對(duì)調(diào)查地區(qū)相關(guān)輔助資料擁有量及利用情況；解譯人員對(duì)調(diào)查地區(qū)地物演替規(guī)律、生長、分布情況了解的程度；解譯人員的知識(shí)面、業(yè)務(wù)技能、思想認(rèn)識(shí)、工作責(zé)任心及對(duì)解譯難點(diǎn)分析理解程度；地面解譯標(biāo)志建立的是否完整、全面等都是影響判讀準(zhǔn)確性的重要因素。

4.3.2 目視能力的影響

人眼由于目視分辨能力的有限而限制了圖像解譯的精確程度和準(zhǔn)確程度。人眼目視能力包括對(duì)圖像的空間分辨能力、灰階分辨能力和色別與色階分辨能力。

人眼的空間分辨能力與眼睛張角（分辨角）、影像離人眼的距離、照明條件、圖像的形狀和反差等有關(guān)。實(shí)驗(yàn)證明，正常人眼的分辨角為1，人眼在日間照度為500Ix時(shí)的分辨力達(dá)0.7，而在夜間晴朗月光10-31x的照明下，人眼分辨角差到17。圖像形狀如果是線狀物體，明視距離內(nèi)可分辨50μm寬的線。

人眼對(duì)灰度（亮度）信息的分辨，主要取決于視網(wǎng)膜上的視桿細(xì)胞的靈敏度。一般人眼能分辨10多級(jí)灰階。這樣對(duì)判讀標(biāo)志的分辨也就受到限制。

人眼視網(wǎng)膜上的視錐細(xì)胞能感受藍(lán)、綠、紅三原色。人眼顏色的分辨能力比對(duì)灰階的分辨能力強(qiáng)得多，一般來講能達(dá)50種左右，借助儀器的幫助能分辨出13000多種顏色。但人眼對(duì)顏色的識(shí)別能力畢竟有限，從而對(duì)解譯產(chǎn)生影響。

5 結(jié)語

遙感影像目視判讀由于受到主觀和客觀的多種因素的影響，以及受到自身解譯方法局限性影響導(dǎo)致目視判讀解譯遙感圖像存在一定的偏差。因此在今后遙感圖像解譯的發(fā)展中應(yīng)針對(duì)性采用更高技術(shù)和方法減少各種因素的干擾，提高解譯的準(zhǔn)確性。另外，在條件允許的情況下逐步采用人機(jī)交互式的解譯方式，這也是以后遙感解譯發(fā)展的最主要的趨勢(shì)。