城市规划中遥感图像目视解译方法及影响因素分析

柴利全

摘要：本文通过遥感图像目视解译标志的介绍，对目视解译的技术方法做了详细的阐述，并着重分析了影响遥感影像目视解译的因素。

关键词：目视解译；遥感图像；影响因素；技术方法

1 前言

目视解译是遥感图像解译的一种，又称目视判读，或目视判译，它指专业人员通过直接观察或借助辅助判读仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程。

目视解译是信息社会中地学研究和遥感应用的一项基本技能。遥感技术可以实时的、准确的获取资源与环境信息，如重大自然灾害信息等，可以全方位、全天候地监测全球资源与环境的动态变化，为社会经济发展提供定性、定量与定位的信息服务。地理学家通过目视判读遥感图像，可以了解地质地貌或深大断裂。考古学家通过目视判读可以在荒漠中寻找古遗址和古城堡，由于目视判读需要的设备少，简单方便，可以随时从遥感图像中获取许多专题信息。遥感技术应用广泛，因此目视解译是是各个学科工作者必不可少的一项基本功。

2 遥感图像目视解译标志及其作用

遥感影像的解译标志是指那些能够用来区分目标物的影像特征，它又可分为直接解译标志和间接解译标志两类。凡根据地物或现象本身反映的信息特性可以解译目标物的影像特征，也即能直接反映物体或现象的那些影像特征称为直接解译标志；通过与之有联系的其它地物在影像上反映出来的影像特征，也即与地物属性有内在联系、通过相关分析能推断出其性质的影像特征，间接推断某一事物或现象的存在和属性，这些地物和特征就称为间接解译标志。直接解译标志和间接解译标志是一个相对概念，常常以相互转换。

2.1 直接解译标志

2.1.1 色调色调是地物电磁辐射能量在影像上的模拟记录，在黑白影像上表现为灰度，在彩色影像上表现为颇色，它是一切解译标志的基础。

黑白影像上根据灰度差异划分为一系列等级，用灰阶描述。在实际应用时，人们习惯归并为七级（白、灰白、浅灰、灰、深灰、灰黑、黑）和五级（灰白、浅灰、灰、深灰、黑），甚至更简略地分为浅色调、中等色调、深色调三级。彩色影像上人眼能分辨出的彩色在数百种以上，常用色别、饱和度和明度来描述。实际应用时，色别用孟塞尔颜色系统的10个基本色调，饱和度用饱和度大（色彩鲜艳）、饱和度中等和饱和度低3个等级，明度用高明度（色彩亮）、中等明度和低明度（色彩暗）3级。

在目视解译时，能识别出的地物色调虽然是一个灵敏的普通的标志，但它又是一个不稳定的标志，影响它的因素很多，因此，色调标志的标准是相对的，不能仅仅依靠色调来确定地物。

2.1.2 形状形状是地物外貌轮廓在影像上的相似记录，任何物体都具有一定的外貌轮廓，在遥感影像上表现出不同的形状，如：游泳池是长方形，足球场则是两端为弧形的长方形，水梨为长条形，公路为弯延的曲线形等。因此利用形状可直接判定物体的存在与否。

物体在影像上的形状细节显示能力与比例尺有很大关系，比例尺愈大，其细节显示的愈清楚；比例尺愈小，其细节就愈不清楚，即地物形状根据比例尺在像片上的表现不同。

2.1.3 大小大小是地物的长度、面积、体积等在影像上按比例缩小的相似记录，它是识别地物的重要标志之一，特别是对形状相同的物体更是如此。地物在影像上的大小，主要取决于成像比例尺，当比例尺大小变化时，同一地物的尺寸大小也随着变化。（图1-图3）

2.1.4 阴影阴影是指地物电磁辐射能量有很低的部分在影像上形成的影像特征，可以把它看成是一种深色到黑色的特殊色调。阴影可形成立体感，帮助我们观察到地物的侧面，判断地物的性质，但阴影内的地物则不容易识别，并掩盖一些物体的细节。在热红外和微波影像上，阴影的本质有所不同，解译时要根据物体的波谱特性认真分析对待。（图4-图5）

2.1.5 纹理在不同空间分辨率的扫描图像上纹理揭示的对象不同。在中低分辨率扫描影像上，地物的纹理特征反映了自然景观中的内部结构，如沙漠中流动沙丘的分布特点和排列方式。在中高分辨率扫描影像上，纹理才揭示了目标地物的细部结构或物体内部成分。（图6）

2.1.6 图型图型是个体可辨认的许多细小地物重复出现所组成的影像特征，它包括不同地物在形状、大小、色调、阴影等方面的综合表现。水系格局，土地利用形式等均可形成特有的图型，如平原农田呈栅状长方形排列，山区农田则呈现弧形长条纹形。

2.2 间接解译标志

我们可以根据地物的存在或性质来推断另一地物的存在和性质，根据已经解译出的某些自然现象判断另一种在影像上表现不明显的现象。通过对与解译对象密切相关的一些现象的研究，推理、判断来达到辨别解译对象的方法称间接解译。如位置、相关布局等与解译对象密切相关的事物和现象称为间接解译标志。

2.2.1 位置位置是指地物所处环境在影像上的反映，即影像上目标（地物）与背影（环境）的关系。地物和自然现象都只有一定的位置，例如芦苇长在河湖边沼泽地，红柳丛生在沙漠河漫滩和阶地位于河谷两侧，洪积扇总是位于沟口，河流两侧的湖泊是牛轭湖，雪线附近的是冰斗湖等（图7-图8）

2.2.2 相关布局景观各要素之间、或地物与地物之间相互有一定的依存关系，这种相关性反映在影像上形成平面布局。例如：区从山脊到谷底，植被有垂直分带性，于是在影像上形成色调不同的带状图型布局；山地、山前洪积扇，再往下为冲积洪积平原、河流阶地、河漫滩等。

3 遥感图像目视解译的技术方法

3.1 直判法

直判法是通过遥感影像的解译标志，能够直接确定某一地物或现象的存在和属性的一种直观解译方法。直判法所运用的解译标志是解译者曾经见过的并了解了它的含义，因此能较快的鉴别某一地物或现象的存在和属性。一般具有明显形态、色调特征的地物和现象，多运用这种方法进行解译。（图9）

3.2 对比法

对比法是指将解译地区遥感影像上所反映的某些地物和自然现象与另一已知的遥感影像样片相比较，进而确定某些地物和自然现象的属性。但对比必须在各种条件相同下进行，如地区自然景观、气候条件、地质构造等应基本相同，对比的影像应是相同的类型、波段、成像条件等。

对比法因其对比要素的不同可分为空间对比法、历史对比法、多波段对比法等。

3.2.1 空间对比法

在同一张遥感影像或相邻较近的遥感影像上，进行邻近比较，进而区分出两种不同目标的方法称为空间对比法。在同一波段影像上，不同地物类型的色调或形状存在着差异。通过不同地物的对比，可以将它们区分开来，这也是建立判读标志的重要依据。但这种方法通常只能将不同类型地物的界线区分出来，不一定能鉴别出来地物的属性。如此法可以将农业区的两种作物的界线分出来，但不一定能识别出这两种作物。用空间对比法时，要求遥感影像的色调保持正常，最好是在同一张影像上进行，否则不同影像上的同一地物可能会因为拍摄时间等因素的不同而有所差别，影像解译时的判断。（图10-图11）

3.2.2 历史对比法

利用不同时间重复成像的遥感影像加以对比分析，从而了解地物与自然现象的变化情况，称为历史对比法。同一地物在不同时间或季节成像时，即使采用同一波段，影像上也会存在色调的差异。如在温带与亚热带地区，一年四季太阳辐射不同，降水量不同，这直接影响到植被和土壤在扫描影像上的色调与形状的构像。不同历史阶段相对比，可以了解地物在不同时间的变化规律。也可以通过不同时间相对比来选取最好的解译时相。这种方法对自然资源和环境动态的研究尤为重要，如土壤侵蚀、农田面积减少、沙漠化移动速度、冰川进退、洪水泛滥等。

3.2.3 多波段对比法

同一种地物在不同波段往往有不同的反射率，当在不同波段扫描成像时，其色调存在着差异，色调的明暗程度取决于地物在该波段的反射率，若反射率高，影像上的色调浅，反射率低，则色调深。因此，同一种物体在不同波段影像中的色调一般是不同的。地物色调的变化往往造成同一地物在不同波段影像上存在形态差异。这是因为影像色调差异是构成物体形状特征的基础。如同一目标地物，在一个波段，色调与背景反差大，地物边界形状清晰，其形状特征明显，但在另一个波段，色调与边界色调反差很小，有些地方甚至用肉眼难以区分，在这种情况下，地物边界形状难以辨认，由此导致了同一地物在不同波段影像上存在的形态差异。根据同一物体在不同波段上的灰度与形状的差异表现。对比不同波段消除不同地物在同一个波段的“同谱异质”现象，可有效地防止误判。

3.3 逻辑推理法

逻辑推理法是借助各种地物或自然现象之间的内在联系所表现的现象，间接判断某一地物或自然现象的存在和属性。当利用众多的表面现象未判断某一未知对象时，要特别注意这些想象中哪些是可靠的间接解译标志，哪些是不可靠的，有时会出现矛盾现象，这是就应分析哪些线索是反映未知对象的真实情况，哪些是假象，从而确定未知对象的存在和属性，在解译过程中不可避免会遇到这样的方法。

例如，当在影像上发现河流两岸两侧均有小路通至岸边，由此就可联想到该处是渡口或是涉水处；如进一步解译时，当发现河流两岸登陆处连线与河床近似直交时，则说明河流流速较小；如与河床斜交，则表明流速较大，斜交角度越小，流速越大。

3.4 小结

在目视解译实践中，卫星影像解译比航空像片解译难度更大，因此，熟悉地物在不同波段的光谱特性，了解地物在不同空间分辨率影像上的表现，掌握不同假彩色合成影像的特征，熟练运用扫描影像解译标志与解译方法，是进行目视解译的重要基础。

4 遥感图像目视解译影响因素分析

4.1 地物本身的复杂性

由于地物种类的繁多造成景物特性复杂变化和判读上的困难。从大的种类之间来看，种类的不同，构成了光谱特征的不同及空间特征的差别，这给判读者区分地物类别带来了好处。但同一大的类别中有许多亚类、子亚类，它们无论在空间特征及光谱特征上很相似或相近，这会给判读带来困难。还有同一种地物，由于各种内在或外部因素的影响使其出现不同的光谱特征或空间特征，有时甚至差别很大。即常常在像片上发现不同类别出现相似或相同的判读标志，而同一类别又出现不同的判读标志。

4.2 传感器特性及遥感影像质量的影响

4.2.1 传感器特性的影响

传感器特性对解译标志影响最大的是分辨力，而分辨力则通过影响遥感图像分辨率而间接对目视解译产生影响。分辨力的影响可从几何、辐射、光谱及时间几个方面来分析。

几何分辨力是在空间分辨力的基础上，传感器能够较准确的分辨地物特征时的分辨力的大小即为几何分辨力。几何分辨力太差的图像使得像元中包含的类别不纯，引起辐射亮度改变，这在两种纯地物交界处是十分明显的，往往这些地方的像元亮度与第三种地物相近，如MSS-7影像上植物与水的交界处的像元亮度会出现土壤亮度的现象。此外在地类混杂的地区也十分明显，如稀疏种植的林区或作物区等。解译时应与周围地物结合分析或对解译区建立混杂地物的解译标志。

辐射分辨力是传感器能区分两种辐射强度最小差别的能力。传感器的输出包括信号和噪声两大部分。如果信号小于噪声，则输出的是噪声。如果两个信号之差小于噪声，则在输出的记录上无法分辨这两个信号。只有当信号功率大于等效噪声功率时，才能显示出信号来。

光谱分辨力为探测光谱辐射能量的最小波长间隔，确切讲为光谱探测能力。它包括传感器总的探测波段的宽度、波段数、各波段的波长范围和间隔。探测器探测的波谱宽度最大，波段数量最多，各波段的波长间隔最小。因此它输出的数据，反映地物的波谱特性也最好。

时间分辨力是对同一地区重复获取图像所需的时间间隔。时间分辨力与所需探测目标的动态变化有直接的关系。各种传感器的时间分辨力，与卫星的重复周期及传感器在轨道问的立体观察能力有关。

4.2.2 遥感影像质量的影响

第一，遥感影像的分辨率。影像分辨率是决定影像精度的一个重要指标，影像的分辨率越高，解译的准确性就越高。影响的分辨率主要决定于传感器的分辨力。

第二，影像色调存在的同物异谱、异物同谱现象。由于调查地区的立地因素、拍摄季节、地物分布、气候条件的不同，遥感影像所反映的色调也不同。但相同地物和不同地物存在着同物异谱、同谱异物现象，造成此类小班界线难以区划确定。即使高分辨率的SPOT5遥感影像，由于拍摄时间及光谱波段选择上的差异，致使同一色调的遥感影像实测结果相差悬殊，这种现象会增加解译的难度，降低解译准确性。

第三，重影、阴影严重的遥感影像。山区图像阴坡阴影重影严重，色标影像模糊，不易解译。只能根据阴影重影周围的林相及阴影内细微的差别进行解译区划，容易出现错判误判。

第四，遥感影像上的云影、阴阳向陡坡死影及太阳光照强烈的山顶、山脊等造成的影像色泽失真现象，影响判读的准确性。

4.3 人为因素的影响

4.3.1 人的主观因素的影响

主观因素主要包括：解译人员的主观随意性及在技术上的人为差异；解译人员对调查地区的了解程度及对调查地区相关辅助资料拥有量及利用情况；解译人员对调查地区地物演替规律、生长、分布情况了解的程度；解译人员的知识面、业务技能、思想认识、工作责任心及对解译难点分析理解程度；地面解译标志建立的是否完整、全面等都是影响判读准确性的重要因素。

4.3.2 目视能力的影响

人眼由于目视分辨能力的有限而限制了图像解译的精确程度和准确程度。人眼目视能力包括对图像的空间分辨能力、灰阶分辨能力和色别与色阶分辨能力。

人眼的空间分辨能力与眼睛张角（分辨角）、影像离人眼的距离、照明条件、图像的形状和反差等有关。实验证明，正常人眼的分辨角为1，人眼在日间照度为500Ix时的分辨力达0.7，而在夜间晴朗月光10-31x的照明下，人眼分辨角差到17。图像形状如果是线状物体，明视距离内可分辨50μm宽的线。

人眼对灰度（亮度）信息的分辨，主要取决于视网膜上的视杆细胞的灵敏度。一般人眼能分辨10多级灰阶。这样对判读标志的分辨也就受到限制。

人眼视网膜上的视锥细胞能感受蓝、绿、红三原色。人眼颜色的分辨能力比对灰阶的分辨能力强得多，一般来讲能达50种左右，借助仪器的帮助能分辨出13000多种颜色。但人眼对颜色的识别能力毕竟有限，从而对解译产生影响。

5 结语

遥感影像目视判读由于受到主观和客观的多种因素的影响，以及受到自身解译方法局限性影响导致目视判读解译遥感图像存在一定的偏差。因此在今后遥感图像解译的发展中应针对性采用更高技术和方法减少各种因素的干扰，提高解译的准确性。另外，在条件允许的情况下逐步采用人机交互式的解译方式，这也是以后遥感解译发展的最主要的趋势。