《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)探索地球觀測的先進技術(shù)應用領(lǐng)域：環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)、城市規(guī)劃課程綱要圖像處理技術(shù)基礎從原始數(shù)據(jù)到可用信息的轉(zhuǎn)換過程信息提取方法挖掘有價值的地理空間知識典型案例與應用實際問題解決與操作演示新興技術(shù)趨勢什么是衛(wèi)星遙感定義與分類非接觸獲取地表信息的科學技術(shù)按傳感器分：光學、雷達、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)量時間：重訪周期遙感影像的獲取與類型被動遙感接收地物自然輻射/反射例：光學衛(wèi)星、熱紅外主動遙感主動發(fā)射能量并接收例：雷達、激光雷達主要數(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：亞米級衛(wèi)星遙感的系統(tǒng)組成空間部分衛(wèi)星平臺與傳感器系統(tǒng)傳輸部分數(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提高清晰度消除噪聲干擾，增強細節(jié)表現(xiàn)信息增強突出目標特征，強化重要信息數(shù)據(jù)準備校正與標準化，保證后續(xù)分析可靠圖像預處理技術(shù)概述輻射校正糾正傳感器響應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際地理位置對應關(guān)系輻射校正傳感器參數(shù)校準修正條帶效應與壞像元DN值轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換為輻射亮度值反射率計算獲取真實地物反射特性大氣校正大氣散射造成輻射增強大氣吸收減弱地表反射輻射校正算法6S、FLAASH模型校正結(jié)果恢復真實地表反射率幾何校正與影像配準1控制點選取選擇地面特征明顯點位2幾何變換模型多項式變換或復雜模型3重采樣最鄰近、雙線性、三次卷積4精度評價均方根誤差（RMSE）計算圖像增強技術(shù)概述直方圖拉伸：擴大對比度直方圖均衡化：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邊緣，銳化細節(jié)如拉普拉斯算子邊緣檢測提取地物邊界如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)更精確識別物質(zhì)主成分分析（PCA）原理變換坐標軸，最大化數(shù)據(jù)方差降維減少數(shù)據(jù)冗余，保留主要信息應用增強特征，壓縮數(shù)據(jù)圖像分類基礎監(jiān)督分類需要訓練樣本無監(jiān)督分類自動聚類分組精度評價混淆矩陣與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)督分類訓練樣本精確標記典型地物樣本SVM分類尋找最優(yōu)分類超平面隨機森林多決策樹投票決定類別無監(jiān)督分類K-均值聚類固定簇數(shù)的迭代分類優(yōu)點：簡單高效缺點：需預設類別數(shù)ISODATA動態(tài)調(diào)整簇數(shù)的自適應聚類優(yōu)點：自動調(diào)整類別缺點：計算復雜深度學習與遙感圖像分類CNN自動提取空間特征語義分割像素級精確分類遷移學習利用預訓練模型圖像分割技術(shù)基于閾值的分割適用于簡單場景如：水體、城市提取基于邊緣的分割檢測地物邊界如：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識別查找特定地物地物分類區(qū)分不同地物類型變化檢測監(jiān)測地表動態(tài)變化地物分類技術(shù)分類類型適用范圍優(yōu)勢光譜分類具明顯光譜差異地物實現(xiàn)快速紋理分類結(jié)構(gòu)明顯地物區(qū)分相似光譜地物時序分類季節(jié)性變化監(jiān)測提高分類準確度目標識別與變化檢測目標識別模板匹配深度學習檢測應用：車輛、建筑識別變化檢測差值分析后分類比較應用：森林砍伐、城市擴張植被指數(shù)計算NDVI歸一化植被指數(shù)(近紅外-紅)/（近紅外+紅）EVI增強型植被指數(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用領(lǐng)域作物監(jiān)測、生態(tài)評估水體信息提取0.6μm水體吸收強烈波段85%水體光譜識別準確率NDWI歸一化水體指數(shù)土地覆蓋與城市擴展監(jiān)測城市邊界演變多時期影像對比分析不透水面提取識別建筑、道路等城市硬質(zhì)表面城市熱島效應熱紅外監(jiān)測城市溫度變化數(shù)字高程模型（DEM）與地形分析DEM獲取方式立體測量干涉雷達激光雷達地形分析坡度坡向地形曲率視域分析應用案例洪澇風險評估地質(zhì)災害預警植被分布預測遙感數(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+雷達多時相融合構(gòu)建時序變化融合算法IHS、Brovey、小波變換4熱紅外遙感應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用城市熱環(huán)境監(jiān)測火山活動監(jiān)測能源審計微波遙感與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處理Lee、Frost濾波器主要應用地表形變、海冰監(jiān)測遙感在災害評估中的應用洪水淹沒范圍快速繪制地震建筑損毀程度評估森林火災蔓延監(jiān)測預警滑坡災害預測與監(jiān)測農(nóng)業(yè)應用案例作物長勢監(jiān)測利用NDVI跟蹤生長狀況產(chǎn)量預測結(jié)合歷史數(shù)據(jù)與生長模型精準農(nóng)業(yè)指導差異化田間管理森林與生態(tài)監(jiān)測森林覆蓋變化監(jiān)測砍伐與再生碳儲量估算評估森林碳匯能力生物多樣性評估棲息地質(zhì)量與連通性分析火災監(jiān)測林火監(jiān)測與損害評估水資源管理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估基于建筑特征估算基礎設施規(guī)劃交通網(wǎng)絡優(yōu)化設計遙感技術(shù)的軍事應用目標偵察軍事設施識別裝備部署監(jiān)測地形分析行軍路線規(guī)劃障礙物識別戰(zhàn)場態(tài)勢感知近實時動態(tài)監(jiān)測變化敏感檢測人工智能與遙感技術(shù)結(jié)合云端遙感數(shù)據(jù)處理平臺云計算優(yōu)勢節(jié)省硬件成本，擴展性強GoogleEarthEnginePB級數(shù)據(jù)庫，強大分析功能AWS與MicrosoftAzure商業(yè)遙感數(shù)據(jù)解決方案處理效率實現(xiàn)分布式并行計算開源遙感軟件工具QGIS功能全面的GIS平臺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)采集存儲與管理分布式存儲架構(gòu)處理與分析并行計算，機器學習3可視化與應用知識發(fā)現(xiàn)與決策支持4遙感技術(shù)發(fā)展趨勢概述小衛(wèi)星與星座低成本，高時間分辨率高光譜遙感更窄波段，更精確識別激光雷達高精度三維結(jié)構(gòu)提取云服務與在軌處理實現(xiàn)快速信息獲取高分辨率遙感技術(shù)進展遙感與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展SDG監(jiān)測指標森林覆蓋變化城市擴展趨勢農(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)境影響評估案例非洲水資源管理亞馬遜保護區(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)體系與課程設計國際遙感期刊與學術(shù)會議遙感挑戰(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)的隱私擔憂數(shù)據(jù)質(zhì)量控制噪聲、大氣條件對精度影響跨國數(shù)據(jù)共享數(shù)據(jù)安全與國家主權(quán)平衡技術(shù)鴻溝發(fā)達與發(fā)展中國家能力差距科學計算資源與遙感效率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)中心存儲新型傳感器開發(fā)高光譜相機更窄波段更高光譜分辨率材料精確識別多極化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協(xié)同衛(wèi)星、無人機、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預處理與校正輻射校正，幾何校