[科普中国]-图像判读

概述

图像是目标物在一定成像条件下的反映。图像特征包含有几何特征、物理特征和相关特征。它们分别是目标物的空间几何形态、电磁波反射（或辐射）特性、目标物之间或目标物同周围环境之间的有机联系在图像上的反映，而且与成像系统、成像比例尺、大气状况以及图像处理过程等密切相关。所以，研究目标物的图像就是根据其成像特征，以及成像条件对成像特征的影响，从而达到识别目标物和判定其性质的目的。

判读原理图像判读就是在序列图像中获取运动目标的一个或多个特征点相对于某一个非移动点在靶面上的相对位置，以及这些点位置与时间的对应关系，以便能通过对这些位置与时间数据的计算得到运动物体的运动参数。3

对于数字摄像系统，目标像点在固体图像感应器(靶面)的位置，可以由目标信号在靶面的相对坐标来确定，如图7.1所示。以靶面中心为原点建立笛卡儿坐标系，设A点为目标像点，它偏离坐标原点的量称为判读脱靶量，记做△x，△y。计算出来的脱靶量△x，△y连同光测设备的其他测量信息作数据处理，可完成对目标 运动参数的事后分析。3

分类人工判读不同用户针对自己关注的内容，提取经过处理后的相关图片，由工作人员用放大镜、直尺等简单工具，用肉眼对图像进行直接分析、解读。图片上不同部分反映出来的色调、形状、阴影等特征是主要的分析判读依据。这些特征在不同时刻、不同季节、不同天气条件下都会有所不同，对同一种物体，不同光谱段图像上显现出的上述特征也很不相同，强烈反映出其光谱特性。例如，水体的可见光图像是灰色而红外图像则为黑色，如有污水流入则这部分的色调明显不同，很容易辨别;蓝绿光对水体穿透能力好，据图像中反映出的水下地形地物的色调可判断水的深浅、水质;一辆在傍晚时分的坦克，在可见光图像中,它可能和周围讶物融为一体很难分辨，而在红外图像则显示出明显的坦克轮廓，根据其色调的深浅还可判断出是停止、刚启动还是行驶已久;不同植物叶子的组织结构和色素不同，其光谱特性和色调也不同，据此可用于植物分类、农作物估产。此外，对地质、地貌、岩石、土壤等都可用上述方法结合各自专业的相关位息,弄清和辨认图片中反映的地面景物中的真实内容。4

目前，人的目视判读仍是最主要的判读方法，丰富的专业知识和经验对判读人员是非常重要的。

计算机判读计箅机判读和分类的依据是图像特征,包括强度分布、偏振、光谱段等，它是正在研究和发展中的技术。相对于人的精细判读，计算机判读还较为粗糙，还不能完全取代人工判读。 其最大优势是速度很快，在需要从大量图片中筛选出某些可进一步仔细研究的图片时，计算机可起很大的作用。4

判读原则图像判读时，一般应遵循以下原则：

（1）综合分析图像的判读标志。采用论证法和反证法相结合的原则。根据这项原则，使判读出的界线和类型的结论，具有唯一性、可靠性。5

(2)卫片与航片、主图像与辅助图像、图像与地形图、专业图和文字资料相结合的原则。根据这项原则，可以使判读取得更多已知条件，增加更多影像信息,供进一步揭示未知的影像。

（3）室内判读与野外实地对照相结合的原则。根据这项原则，以建立判读标志，校核室内判读结果.补调必要的实地数据等，使图像判读的质量进一步得到提高。5

基本方法图像判读的基本方法是由宏观至微观，由浅入深，由已知到未知，由易到难，逐步展开。按照分析推理的观点一般有如下几条：

(1)直判法。直接应用判读标志，对像片影像作出较有把握的判读。

(2）对比法。利用典型样片或多日期、多光谱的像片和彩色像片.进行对比分析判读。通过与典型样片图像的分析对比，能够得到新的启发，而使不易判读的地物，得到正确的答案。5

(3)综合判认法。也就是利用间接判读标志作出类比推理，依据地物之间的相关性和依存关系作出综合分析判读。如建筑物与道路等级之间的关系，水系与道路之间的关系，都是综合推理辨认地物的重要依据。

(4)历史比较法。这是作动态研究时所采用的最好方法。如研究滑坡、土体的厚度、滑坡速度、方向等，可采用不同时期拍摄的像片，作不同时期的历史比较，得出有害地质体随时间而变化的有关数据。又如水资源监测，也可利用不同时期的像片影像恃征，作出一些定性、定量的分析。5

判读程序图像判读的程序如图3-48所示，其中准备工作包括:收集航片、卫片、地形图、专业图、有 关文字数据资料、简便的仪器设备(如放大镜、立体镜、转绘仪等）;分析资料并进行必要的处现 (如卫片放大、假彩色合成、比例尺归化等）;实地踏勘；制订判读计划和规范.确定所使用的判读方法等。室内判读包括:建立判读标志.按照判读内容的要求对图像进行观察和分析(有时需借助仪器），并勾绘出地物的属性和分布界线。野外检查主要是核对、修正和补充室内判读的结果。成果整理包括像片转绘、清绘整饰和注记以及文字说明。5

应用图像判读的应用相当广泛。它是摄影测量的重要环节，又是军事侦察、地球资源勘探和环境监测的重要手段。按照判读的对象，图像判读可以分为地形判读、军事判读和其他专业判读。地形判读的对象是地形图上需要表示的地物、地貌要素，如居民地、方位物、道路、水系、植被、地貌等。在摄影测量的地形判读中，在中、小比例尺测图时，一般都是采用对像片进行实地判读和调查的方法。在大比例尺测图中，采用室内判绘与实地补充调绘相结合的方法。并将其结果按照规定的图式符号和注记描绘在像片上。这种图像判读、实地调查、像片上描绘的全过程叫做像片调绘。由于实地判读劳动强度大、效率低，随着像片影像质量的提高正逐步被室内判读和实地判读相结合的方法所取代。方法的要点是：①选定样区像片进行实地调绘，并搜集有关资料作为室内判绘的依据；②利用判读仪（如图）进行室内判绘；③对室内判绘成果进行实地检核和补充调绘。

发展20世纪60年代以来，遥感技术和图像处理技术的发展，开创了图像判读的新局面：①出现了新的图像类型，如热红外图像、微波图像（如侧视雷达图像）和多波段图像等。②改善了图像处理方式，如图像增强、图像修复、特征提取、计算机分类和识别等技术。③研制出图像处理和分析的新设备，如密度分割仪、彩色合成仪、变焦转绘仪、以及光学和数字图像处理系统。④扩大了应用范围，使图像判读在地质勘探、农业资源调查、林业资源管理，城市规划以及洪水泛滥和环境监测等方面得到颇有成效的应用。