《衛(wèi)星遙感圖像處理與信息提取技術(shù)》課件

衛(wèi)星遙感圖像處理與信息提取技術(shù)探索地球觀測(cè)的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域：環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)、城市規(guī)劃課程綱要圖像處理技術(shù)基礎(chǔ)從原始數(shù)據(jù)到可用信息的轉(zhuǎn)換過程信息提取方法挖掘有價(jià)值的地理空間知識(shí)典型案例與應(yīng)用實(shí)際問題解決與操作演示新興技術(shù)趨勢(shì)什么是衛(wèi)星遙感定義與分類非接觸獲取地表信息的科學(xué)技術(shù)按傳感器分：光學(xué)、雷達(dá)、熱紅外基本原理電磁波與地物相互作用反射、散射、發(fā)射信息采集三大分辨率空間：地面清晰度光譜：波段數(shù)量時(shí)間：重訪周期遙感影像的獲取與類型被動(dòng)遙感接收地物自然輻射/反射例：光學(xué)衛(wèi)星、熱紅外主動(dòng)遙感主動(dòng)發(fā)射能量并接收例：雷達(dá)、激光雷達(dá)主要數(shù)據(jù)源Landsat系列：30-15m分辨率Sentinel系列：10-20m分辨率商業(yè)高分衛(wèi)星：亞米級(jí)衛(wèi)星遙感的系統(tǒng)組成空間部分衛(wèi)星平臺(tái)與傳感器系統(tǒng)傳輸部分?jǐn)?shù)據(jù)下行鏈路系統(tǒng)地面部分接收站與數(shù)據(jù)處理中心遙感圖像處理的核心目標(biāo)提高清晰度消除噪聲干擾，增強(qiáng)細(xì)節(jié)表現(xiàn)信息增強(qiáng)突出目標(biāo)特征，強(qiáng)化重要信息數(shù)據(jù)準(zhǔn)備校正與標(biāo)準(zhǔn)化，保證后續(xù)分析可靠圖像預(yù)處理技術(shù)概述輻射校正糾正傳感器響應(yīng)不均勻性大氣校正消除大氣散射、吸收影響幾何校正修正圖像與實(shí)際地理位置對(duì)應(yīng)關(guān)系輻射校正傳感器參數(shù)校準(zhǔn)修正條帶效應(yīng)與壞像元DN值轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為輻射亮度值反射率計(jì)算獲取真實(shí)地物反射特性大氣校正大氣散射造成輻射增強(qiáng)大氣吸收減弱地表反射輻射校正算法6S、FLAASH模型校正結(jié)果恢復(fù)真實(shí)地表反射率幾何校正與影像配準(zhǔn)1控制點(diǎn)選取選擇地面特征明顯點(diǎn)位2幾何變換模型多項(xiàng)式變換或復(fù)雜模型3重采樣最鄰近、雙線性、三次卷積4精度評(píng)價(jià)均方根誤差（RMSE）計(jì)算圖像增強(qiáng)技術(shù)概述直方圖拉伸：擴(kuò)大對(duì)比度直方圖均衡化：改善亮度分布假彩色合成：突出特定特征空間濾波處理低通濾波平滑處理，抑制噪聲如高斯濾波、均值濾波高通濾波增強(qiáng)邊緣，銳化細(xì)節(jié)如拉普拉斯算子邊緣檢測(cè)提取地物邊界如Sobel、Canny算子多光譜與超光譜分析多光譜波段數(shù)：4-20帶寬寬應(yīng)用廣泛超光譜波段數(shù)：幾十至數(shù)百帶寬窄，連續(xù)更精確識(shí)別物質(zhì)主成分分析（PCA）原理變換坐標(biāo)軸，最大化數(shù)據(jù)方差降維減少數(shù)據(jù)冗余，保留主要信息應(yīng)用增強(qiáng)特征，壓縮數(shù)據(jù)圖像分類基礎(chǔ)監(jiān)督分類需要訓(xùn)練樣本無監(jiān)督分類自動(dòng)聚類分組精度評(píng)價(jià)混淆矩陣與Kappa系數(shù)面向?qū)ο蠓诸惤Y(jié)合空間與光譜特征遙感影像的監(jiān)督分類訓(xùn)練樣本精確標(biāo)記典型地物樣本SVM分類尋找最優(yōu)分類超平面隨機(jī)森林多決策樹投票決定類別無監(jiān)督分類K-均值聚類固定簇?cái)?shù)的迭代分類優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單高效缺點(diǎn)：需預(yù)設(shè)類別數(shù)ISODATA動(dòng)態(tài)調(diào)整簇?cái)?shù)的自適應(yīng)聚類優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)調(diào)整類別缺點(diǎn)：計(jì)算復(fù)雜深度學(xué)習(xí)與遙感圖像分類CNN自動(dòng)提取空間特征語義分割像素級(jí)精確分類遷移學(xué)習(xí)利用預(yù)訓(xùn)練模型圖像分割技術(shù)基于閾值的分割適用于簡(jiǎn)單場(chǎng)景如：水體、城市提取基于邊緣的分割檢測(cè)地物邊界如：建筑、道路提取基于區(qū)域的分割考慮空間鄰近性如：各類土地覆蓋分析遙感信息提取概述目標(biāo)識(shí)別查找特定地物地物分類區(qū)分不同地物類型變化檢測(cè)監(jiān)測(cè)地表動(dòng)態(tài)變化地物分類技術(shù)分類類型適用范圍優(yōu)勢(shì)光譜分類具明顯光譜差異地物實(shí)現(xiàn)快速紋理分類結(jié)構(gòu)明顯地物區(qū)分相似光譜地物時(shí)序分類季節(jié)性變化監(jiān)測(cè)提高分類準(zhǔn)確度目標(biāo)識(shí)別與變化檢測(cè)目標(biāo)識(shí)別模板匹配深度學(xué)習(xí)檢測(cè)應(yīng)用：車輛、建筑識(shí)別變化檢測(cè)差值分析后分類比較應(yīng)用：森林砍伐、城市擴(kuò)張植被指數(shù)計(jì)算NDVI歸一化植被指數(shù)(近紅外-紅)/（近紅外+紅）EVI增強(qiáng)型植被指數(shù)減少大氣與土壤影響LAI葉面積指數(shù)量化植被覆蓋密度應(yīng)用領(lǐng)域作物監(jiān)測(cè)、生態(tài)評(píng)估水體信息提取0.6μm水體吸收強(qiáng)烈波段85%水體光譜識(shí)別準(zhǔn)確率NDWI歸一化水體指數(shù)土地覆蓋與城市擴(kuò)展監(jiān)測(cè)城市邊界演變多時(shí)期影像對(duì)比分析不透水面提取識(shí)別建筑、道路等城市硬質(zhì)表面城市熱島效應(yīng)熱紅外監(jiān)測(cè)城市溫度變化數(shù)字高程模型（DEM）與地形分析DEM獲取方式立體測(cè)量干涉雷達(dá)激光雷達(dá)地形分析坡度坡向地形曲率視域分析應(yīng)用案例洪澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警植被分布預(yù)測(cè)遙感數(shù)據(jù)融合技術(shù)不同分辨率融合高空間分辨率+高光譜多傳感器融合光學(xué)+雷達(dá)多時(shí)相融合構(gòu)建時(shí)序變化融合算法IHS、Brovey、小波變換4熱紅外遙感應(yīng)用溫度反演原理普朗克輻射定律大氣透過率校正算法種類單通道法分裂窗算法主要應(yīng)用城市熱環(huán)境監(jiān)測(cè)火山活動(dòng)監(jiān)測(cè)能源審計(jì)微波遙感與SAR技術(shù)全天候成像不受云層和光照限制特征提取地表粗糙度和介電特性去斑點(diǎn)處理Lee、Frost濾波器主要應(yīng)用地表形變、海冰監(jiān)測(cè)遙感在災(zāi)害評(píng)估中的應(yīng)用洪水淹沒范圍快速繪制地震建筑損毀程度評(píng)估森林火災(zāi)蔓延監(jiān)測(cè)預(yù)警滑坡災(zāi)害預(yù)測(cè)與監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)應(yīng)用案例作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)利用NDVI跟蹤生長(zhǎng)狀況產(chǎn)量預(yù)測(cè)結(jié)合歷史數(shù)據(jù)與生長(zhǎng)模型精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)指導(dǎo)差異化田間管理森林與生態(tài)監(jiān)測(cè)森林覆蓋變化監(jiān)測(cè)砍伐與再生碳儲(chǔ)量估算評(píng)估森林碳匯能力生物多樣性評(píng)估棲息地質(zhì)量與連通性分析火災(zāi)監(jiān)測(cè)林火監(jiān)測(cè)與損害評(píng)估水資源管理71%地球表面被水覆蓋0.3%淡水占總水量比例15%全球人口面臨水資源短缺智能城市遙感三維建模提取建筑高度與形狀人口密度評(píng)估基于建筑特征估算基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)遙感技術(shù)的軍事應(yīng)用目標(biāo)偵察軍事設(shè)施識(shí)別裝備部署監(jiān)測(cè)地形分析行軍路線規(guī)劃障礙物識(shí)別戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知近實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)變化敏感檢測(cè)人工智能與遙感技術(shù)結(jié)合云端遙感數(shù)據(jù)處理平臺(tái)云計(jì)算優(yōu)勢(shì)節(jié)省硬件成本，擴(kuò)展性強(qiáng)GoogleEarthEnginePB級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)，強(qiáng)大分析功能AWS與MicrosoftAzure商業(yè)遙感數(shù)據(jù)解決方案處理效率實(shí)現(xiàn)分布式并行計(jì)算開源遙感軟件工具QGIS功能全面的GIS平臺(tái)SNAP歐空局開發(fā)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理工具ENVI專業(yè)遙感分析軟件遙感大數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)獲取多源海量數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)與管理分布式存儲(chǔ)架構(gòu)處理與分析并行計(jì)算，機(jī)器學(xué)習(xí)3可視化與應(yīng)用知識(shí)發(fā)現(xiàn)與決策支持4遙感技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)概述小衛(wèi)星與星座低成本，高時(shí)間分辨率高光譜遙感更窄波段，更精確識(shí)別激光雷達(dá)高精度三維結(jié)構(gòu)提取云服務(wù)與在軌處理實(shí)現(xiàn)快速信息獲取高分辨率遙感技術(shù)進(jìn)展遙感與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展SDG監(jiān)測(cè)指標(biāo)森林覆蓋變化城市擴(kuò)展趨勢(shì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)性決策支持空間規(guī)劃輔助資源優(yōu)化分配環(huán)境影響評(píng)估案例非洲水資源管理亞馬遜保護(hù)區(qū)監(jiān)控亞洲城市群規(guī)劃全球本科教育與研究世界頂尖遙感研究中心分布人才培養(yǎng)體系與課程設(shè)計(jì)國(guó)際遙感期刊與學(xué)術(shù)會(huì)議遙感挑戰(zhàn)：數(shù)據(jù)質(zhì)量和倫理數(shù)據(jù)隱私問題高分辨率成像引發(fā)的隱私擔(dān)憂數(shù)據(jù)質(zhì)量控制噪聲、大氣條件對(duì)精度影響跨國(guó)數(shù)據(jù)共享數(shù)據(jù)安全與國(guó)家主權(quán)平衡技術(shù)鴻溝發(fā)達(dá)與發(fā)展中國(guó)家能力差距科學(xué)計(jì)算資源與遙感效率10TB單顆衛(wèi)星日數(shù)據(jù)量100倍GPU加速比1PB典型遙感數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)新型傳感器開發(fā)高光譜相機(jī)更窄波段更高光譜分辨率材料精確識(shí)別多極化SAR全極化成像地表參數(shù)反演地下結(jié)構(gòu)探測(cè)量子傳感器突破傳統(tǒng)物理限制超高靈敏度顛覆性技術(shù)遙感未來展望行星遙感探索火星與月球多平臺(tái)協(xié)同衛(wèi)星、無人機(jī)、地面?zhèn)鞲衅髦悄苓b感自主分析與決策技術(shù)案例分享1數(shù)據(jù)獲取多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)融合2預(yù)處理與校正輻射校正，幾何校