应用地物光谱反射率确定 ＴＭ图像解译标志的分析 １历明宝 （山东师范大学山东资源与环境研究中心 本文以山东北部盐区遥感调查为倒，介绍应用典 根据上述分析的地理景观带特点，顾及到编制 型地物光谱测试值确定ＴＭ图像解译标志的原理和 １：５００００盐资源图，综合起来从各景观带中抽出了水 分析方法。利用这种方法确定的解译标志，加速了盐 体、湿地、盐渍地、干沙土、小麦和茅草六种典型地 资源调查的进程，提高了调查图的质量，节省了大量 物。以六种典型地物光谱反射率测定的波段范围０ ４ 资金。直接应用典型地物光谱测试值确定图像解译标 １．１肌作为建立图像解译标志的依据。 志，对遥感图像解译技术将有一定的促进作用 二、光谱测试范围与ＴＭ合成波段的关系 选择典型地物的地理环境 盐资源调查的内容可分为两大类：地面盐资源和 应用地物光谱反射率确定图像解译标志的第一步 地下盐资源。地面盐资源包括盐田、海水养殖场 荒 工作是选择典型地物，而典型地物的选择必须以调查 地、淡水源，盐业设施、盐加工工业等等。地下盐资 区域地理环境为基础。其目的在于扩大典型地物在区 源包括地下卤水分布范围，卤水浓度分带等。这些调 域内的控制作用，增加典型地物光谱特征量的适应强 查内容的图像信息，均可通过上述六种典型地物标志 度。因此，在确定典型地物之前，仔细研究调查区域 的组合特征解译出来。 的地理环境特点，对野外光谱测试可以取得事半功倍 现将六种典型地物光谱特征值一光谱反射率，绘 的效果。盐区调查范围东西绵延４００余公里，南北纵 成图１的光谱特征曲线图。为建立解译标志的需要， 深４Ｏ余公里，面积达１５０００平方公里，区域之大， 增加了典型地物选择的难度。为了降低难度，根据地 理景观的差异性，将调查区域分带研究．从中我出代 表性强，重复出现多或覆盖范围大的典型地物。调查 区域分成三个景观带：潮浸带、滨海荒地带和耕作 带，它们的主要特点如下。 潮浸带是指海岸线以下地带，因海水作用，滩地 无植物生长，是有河流入海口处生长耐盐性强的植 物。地袭湿度大，土壤水成分以氯化盐类为主，呈深 色涉泥质地，发育着稀疏辩技状的潮水沟网。 演毒荒地带指海岸线以上地带，地势低平，系河 流与海洋动力长期作用的产物。生态条件恶劣，除生 长稀少耐盐碱强的植物外，别无其它植物生长。这一 带是当今经济开发最活跃的地带，分布着盐田 海水 养虾场 大中型水库，局部地段有芦苇场，草地与零 星的农田。土壤矿化度高，盐溃化严重。部分古海湾 图１盐区典型地物渡谱与ＴＭ通道＊系 段，冲积层松散，长期海水进退作用下，形成矿化度 图ｌ中还引入了雪的光谱特征曲线。 甚高的地下卤水矿体，主要分布于调查区域东西两 图ｌ中曲线组合后，明显分离的波段为：０．５ 侧，是“八五”盐业规划发展区段。地下卤水分布区， Ｏ．６ ０．６～Ｏ．７ ０．７５～Ｏ．９３ 三个波段。处 无植物生长，地表覆盖着一层粉状结晶盐类 于这些波段之问的曲线发生相互交叉的现象，若选择 耕作带地势略高，处于滨海平原内侧，生态条件 这些波段的遥感信息，将会发生地物目标影像不可分 优越，种植旱地作物，其中以小麦为主，间种牧草。 类的现象。 耕地以片，块分布，夹有部分草地，荒地、碟形盐渍 ＴＭ传感器的七个通道中，前四个通道覆盖在 地。居民地呈线形分布，大都沿黄河故道排布。 图ｌ中特征曲线的波区。ＴＭ 通道覆盖波段为０．４５ ０．５３ ，正处于图Ｉ中特征曲线交叉现象较多的区 经过分析研究，发现通过一定的变换，利用典型地物 段，因而在盐资源信息解译时不宜选择ＴＭ 的图像。 光谱反射率，可以推算出影像色浓度的相对值，对确 ＴＭ 、ＴＭ。和ＴＭ 三个通道的波段分别覆盖于图１ 定影像颜色差别有很大的参考价值。 中三个曲线分离波段，因而选择这三个通道的图像台 若设图像上深色调的亮度为Ｂｊ，白色调的亮度 成，具有最佳的图像解译能为。 为Ｂ ，则图像上目标的亮度系数 实践证明，应用典型地物光谱特征曲线分析，选 Ｃ Ｂ Ｊ／Ｂ （７） 择的ＴＭ图像合成通道，可以取得最佳的彩色合成 复制图像的质量必须满足下列条件 效果。腺盐资源信息显露外，还能保证调查图内容分 Ｃ ＝ＲＣ （８） 类、位置和范围达到精确可靠，用户十分满意。 式中的Ｒ称为图像恢复系数，Ｒ≤ｌ。 三 光谱反射率与图像标志的相关性 图像上色浓者其亮度低，色浅者则其亮度高。因 此，影像色浓度与亮度系数成反比，可以定义为 常规的图像解译根据调查区域环境特点，解译者 Ｄ —Ｃ１ｒ＿ （９） 的经历和典型样片作为参考，最后实地复查确定。本 以相应关系式代＾化简得 文企图应用典型地物的光谱反射率，进行数值分析， Ｄ ＝ｌ００一Ｒ （％） （１０） 建立图像色度与反射率的相关性，台理地确定图像解 像纸选择较好时，可以得到正常恢复的图像，此 译标志。 时Ｒ＝１。因此 由前述分析可知，盐资源调查内容均可通过地面 Ｄ ＝１００一ｐｕ （％） （１１） 目标的信息，从ＴＭ图像上取得，故这些内容的遥 上式说明图像色浓度与光谱反射率成反比，并直观地 感信息能源来自于太阳辐射。由文献［１】可知，传感 表现了影像色浓度与相应目标光谱反射率的数量关 器收集到的像元光谱辐照度为 、 系。应用（１１）式计算出来的色浓度略低于图像上实际 Ｅ Ｉ ＝ 孚ｆ‘＾ｌ （Ｅ ＾ 』＋玎Ｌ。 ）知ｄ （１） 浓度，但不影响目标色像对比。 应用图像色浓度的计算值，可建立图像解译标志 式中； ～视场角；Ｎ＝ｆ／Ｄ一相对孔径；Ｅ 一太阳 颜色数量变化的概念，有利于色像标志的命名 获得 入射光照度｝ｐ 一地面目标反射率；Ｌ 一天空光谱 解译标志正确命名的分析步骤。１．确定参照物图像 辐射率； 一大气光谱透射率｛葡 一镜头与滤光片 解译标准；２．建立典型地物解译标志；３．构成调查 组合光谱透射率。 目标解译标志的目录表。 现将（１）式积分后写成 建立参照物图像解译标志的标准。选择白色物体 Ｅｅ，』＾＝ＫＥｅ＾ ＋Ｍ （２） 雪和深色物体水体作为图像标志分析的参照物，以此 式中：Ｋ＝ｆ＾』葡 （七一 ）ＣＯＳ ａ１４ Ｎ 两物体的光谱反射率作为上下限。对应ＴＭ图像波 Ｍ＝ａ＇Ｌｅ （ 一 Ｉ）ＣＯＳ ａ１４ Ｎ 段计算雪，术体的光谱反射率的平均值（参见表１）。 （２）式表明像元光谱照度与目标光谱反射率成正比。 由表１反射率可以判断：若用１，２、３波段合成取得 （２）式中的第 项是地面目标亮度，设 的图像色调明亮ｊ若用２，３，４波段合成取得的图像 Ｂ ＝Ｅｅ ｐ （３） 色调要暗黑些。盐资源调查图像系用２、３，４波段合 式中下标ｊ表示地面目标类号。（２）式改写成 成，整个图像显得深祝些。 ＥｅＩｄ ＝ＫＢ ＋Ｍ （４） 雪 水件光谱反射率均值 衰ｌ 当遥燎平台、传感器类型确定后，式中的Ｋ、Ｍ可 视为常数。固此，像元光谱照度与地面目标的亮度成 正比。 按（３）式可以写出纯白物体的亮度 Ｂ＾ｗ＝Ｅｅ＾ ｗ （５） 由此得出地面目标的亮度系数 按ＴＭ。、ＴＭ ＴＭ．波段，利用公式（１）计算 Ｃ口＝Ｂ ／Ｂ ＝ｐ Ｊ／ｐ ｗ （６） 色浓度（参见表２）。根据减色法分析，ＴＭ假彩色合 图像复制过程中，像纸的选择是裉重要的一环， 成的图像，各目标影像均带有微兰色的色晕感觉，其 关键在于选用的像纸要能正确恢复或反映地面目标的 主要原因是ＴＭ４染色层的浓度略高于真彩色的青色 亮度对比，否则就会失真。复制后的图像，是通过影 层浓度。 像色调的浓淡或探浅米反映地面目标的形态与质别。 以雪和术体的色浓度作为上下限，可以编成 色调的浓淡对视觉而言，具有亮度和色浓度的差异， ＴＭ图像色浓度序卿（参见表２）。表２的中间为中色 这种差异在实际解译中很难进行定量分析，而是根据 物体的色浓度，它代表灰色及中等彩色地面目标的影 影像的色浓度和亮度的直接癔觉确定类别。但是本文 像色调。中色物体向左为（Ａ）区间，表示灰色地物与 冒、水体在ＴＭ国像上的色浓度（％） 表２ 的目录表。 台成色层 雪 （Ａ）中色物体（Ｂ） 水体 组合图像平均色浓度的计算，同样按ＴＭ合成 黄ｔＴＭ ＞ ２４ ２ ５９ ０ ９３ Ｂ 波段为区间，复合色层的组合色浓度公式为 品红（ＴＭ ） ３３ ５ ６４．８ ｊ ９６ ０ 典型地物在ＴＭ国像上的影像色浓度 衰４ 青（ＴＭ ） ５６ ３ ｊ７７．４ Ｉ ９８ ４ ＴＭ波段 水体 湿地 盐渍地 抄地 图像色层敲度％ 小麦 茅草 标志名称 兰白色 Ｉ兰灰色ｌ 兰褐色 ２ ９３ ８ ９１ ３ ８３．４ ８２．３ ９４．４ ９０ ３ 浅彩色地物影像色浓度的区间。中色物体向右为（Ｂ） 区问，表示深灰色或深彩色目标的色浓度区阃。表２ ３ ９６ ０ ９４ ２ ８２ ２ ７５．９ ９４．９ ８９ ２ 任何一色层浓度发生偏离，图像上彩色标志随之发生 ４ ９８ ４ ９５ ７ ８５ ５ ７５．１ ５９．５ ７３．０ 变化。倒如青色层的色散度小于７７．４％，图像上目 邑像标志名 青褐色 青土色 青棕色 搬橙色 橙红色 ｌ敲红姆 标影像的颤色显示深彩色或混合深彩色；青色层的色 称 色 浓度小于５６．３％，则图像上目标影像的颜色显示浅 Ｄ ＝（ＤＪｌＤ Ｊ２……Ｄ－ｊ）Ｃ （１２） 彩色或混合找彩色，以此类推。因ｌ此，表２可以认为 式中：下标ｊ为盐资源目标类号；ｉ为波段序数；矩 是ＴＭ－图像上盐资源信息影像解译标志的颜色分类 阵Ｃ…（１１…－１），ｊｏ由此计算出盐资源信息的解译 标准。 色像标志的部分结果（参见表５）。 四、盐资源信息色像鹪译标志的确定 表５系部分盐资源信息解译标志，其余利用类似 方法计算与命名。在解译目录袭的统一对照下，结合 确定盐资源调查内容解译标志分如下四个步骤： 调查区域景观带的差异性，取得的成果是理想的 由 １．按ＴＭ ３和４波段计算典型地物的光谱反射 此编制的１：５００００盐资捐（图，用户经过两年使用，深 率；２．应用公式（１１）换算典型地物图像色浓度ｆ ３． 感满意。 根据参考物体色像解译标准，确定典型地物色像解译 综上所述，目视解译与人机对话分类工作中，建 标志 ４．利用典型地物色像解译标志组合起来，应 立调查区解译标志目录表的意义是很大的：其一做到 用碱色理论确定盐资源调查内容的解译标志。 定性分析定量化；其二便于统一调查区的解译内容与 根据冉型地物涣Ｉ试的光谱反射率，按ＴＭ图像 质量，故本文的解译标志分析方法具有实用价值和推 台成波段计算平均值【参见表３）。应用表３内数据与 广意义。上述研究虽然是以盐资源调查为倒，但其理 公式ｃＵ）换算ＴＭ图像上影像色浓度（参见表４）。 盐资源主要目标信息解译标志 表５ 表４内前三种典型地物的色浓度均落在表２的 参与复旨典型地抽名释 蔓告平均 田懔 （Ｂ）区问，影像标志呈现深色调，如水体色调几乎接 冒标 永 湿 盐 ； 小 芋 滚度％ 译 移馕结构 岳韩 渍 沙 标忑 粹 枉 近黑色。后三种典型地物影像色浓度发生两种情况： 律 地 地 地 麦 ｌ命吉 ２ ３波段色浓度落在（Ｂ）区；４渡段色浓度则落在 海 盐日 ￣， ￣， ￣， ￣， 绿色 青 ＝种大小 矩彤组旨 （Ａ）区。因而图像色调呈混合颜色，略偏红色。表４ 内前三种色层的色浓度十分接近，台成后的色彩较 地下 鼎青 两种大小 占赤 ￣／ ￣， ￣， ８９．５ 兰龟 拒搏组旨 谦，很难分出色调层次，但都偏青。 盐习 典型地物光谱反射率平均值（％） 表３ 虾场 ￣， 井 ￣／ ８８ ６ ９２ Ｏ 青色 蕊 长紊矩彤 蛆告 刑蛔 现测 平均光谱反射率 地下 青灰 班 面状 点擞 木体ｌ涅地ｌ盐渍地ｌ抄地ｌ小麦ｌ茅草 卤赤 ￣／ 白色 柠晶 ∞３ ７２．３ 自色 结构 匠 ２ ９ ６．２ ｌ ８ ７ ｌ １６．６ ｌ １７．７ ｌ ５ ６ ｌ ９ｌ７ 荒地 ￣， ￣／ ｅ６３ ７０ ｉ 黄色 蘸橙 （ ）斑点 ３ ７ ４．０ ｌ ５．８ ｌ １７．８ ｌ ２４．１ ｌ ５Ｉｌ ｌ １０，８ Ｙ， 湿瑚 ４ ｌ５ １．６ ｊ ４．３『１４．５ ｌ ２４．９ ｌ札５ ｌ ２７．０ 澧畦 ｖ， ￣／ ９２．６ 土色 青 面状 桡安瞽 干潮 黄擞 典型地物可以看成是盐资源调查区的单元遥蒜信 澧滩 ￣／ ￣／ ８６ ８ 绿色 姥杖 息目标，它们是其余盐资源内容的组合元素。因此， 耕地 ￣， ８８ ４ 黄 条 状 图像上的盐资源信息与色彩，是这些单元色像浓度的 桎色 黄坷 组舍产物。所以盐资源调查内容图像解译标志的确定 故连 ￣／ ￣／ ９。８ 枉皂 土 带（线）静 延伸 有如下步骤：１．确定盐资源调查内容的组合元素； 论与计算方法，也广泛适用于其它资源调查 除适应 ２．计算组合图像的平均色浓度；３．应用减色原理确 目视解译外，还可适用于计算机自动分类鉴别。 ， 定解译标志 ４．以色像解译标志为基础，提取备内 参考文献（略） 容的影像结构标志；５．编制调查内容图像解译标志 １４