遙感圖像計(jì)算機(jī)解譯.ppt

1、第六章 遙感圖像計(jì)算機(jī)解譯,計(jì)算機(jī)解譯，又稱遙感圖像理解(Remote Sensing ImgeryUnderstanding):它以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為支撐環(huán)境，利用模式識(shí)別技術(shù)與人工智能技術(shù)相結(jié)合，根據(jù)遙感圖像中目標(biāo)地物的各種影像特征(顏色、形狀、紋理與空間位置)，結(jié)合專家知識(shí)庫(kù)中目標(biāo)地物的解譯經(jīng)驗(yàn)和成像規(guī)律等知識(shí)進(jìn)行分析和推理，實(shí)現(xiàn)對(duì)遙感圖像的理解，完成對(duì)遙感圖像的解譯。,模式與模式識(shí)別,“模式”通俗的含義是某種事物的標(biāo)準(zhǔn)形式； 模式識(shí)別系統(tǒng)對(duì)被識(shí)別的物體作一系列的測(cè)量，然后將測(cè)量結(jié)果與“模式字典”中一組“典型的”測(cè)量值相比較進(jìn)而做出歸類。,遙感影像分類,分類：將圖像中的像元?dú)w并為不同的類型，例

2、如，分為不同土地覆蓋類型。 分類原理：依據(jù)被分類地物的光譜特征，進(jìn)行特征選擇，建立分類識(shí)別模式，進(jìn)行分類。,遙感圖像地物的光譜特征，即數(shù)字圖像中同類地物的光譜相似性和異類地物的光譜差異性進(jìn)行分類。,遙感圖像計(jì)算機(jī)分類依據(jù),分類方法,監(jiān)督分類法：在研究區(qū)域中選擇具有代表性的 訓(xùn)練區(qū)作為地物的標(biāo)準(zhǔn)樣本，根據(jù)訓(xùn)練區(qū)的樣本的光譜特征計(jì)算其特征參數(shù)（如樣本的均值、方差等），建立識(shí)別各類地物的判別函數(shù)，并以此對(duì)未知地區(qū)的像元進(jìn)行分類處理，分別歸入到已知的類別中。 非監(jiān)督分類：是在沒有先驗(yàn)類別（訓(xùn)練場(chǎng)地）作為樣本的條件下，即事先不知道類別特征，主要根據(jù)像元間相似度的大小進(jìn)行歸類合并（即相似度大的像元?dú)w為一類

3、）的方法。,（一）監(jiān)督分類,監(jiān)督分類的思想 ：,根據(jù)已知的樣本類別和類別的先驗(yàn)知識(shí)，確定判別函數(shù)和相應(yīng)的判別準(zhǔn)則，利用一定數(shù)量的已知類別求解函數(shù)中待定參數(shù)，然后將未知類別的樣本的觀測(cè)值代入判別函數(shù)，再依據(jù)判別準(zhǔn)則對(duì)該樣本的所屬類別作出判定 。,判決函數(shù)和判決規(guī)則,判決函數(shù)判斷某個(gè)特征矢量屬于哪個(gè)類別的 - 函數(shù) 判決規(guī)則對(duì)判決函數(shù)值進(jìn)行判斷歸類的依據(jù),光譜特征向量：同名地物點(diǎn)在不同波段圖像中亮度的觀測(cè)量將構(gòu)成一個(gè)多維的隨機(jī)向量（X）。 X=x1,x2 xn n為圖像波段總數(shù) ； xi地物點(diǎn)在第i波段的亮度值。,1、最小距離分類法,基于距離判決函數(shù)和判決規(guī)則原理進(jìn)行分類的方法。,基本思想：設(shè)法計(jì)

4、算未知矢量X到有關(guān)類別集群之間的距離，哪類距離它最近，該未知矢量就屬于那類。,判決規(guī)則：若di（X） dj（X）,則X屬于i類。,2,Step 2 for each unclassified pixel, calculate the distance to average for each training area,2、最大似然分類法（Maximum Likelihood,地物點(diǎn)可以在特征空間找到相應(yīng)的特征點(diǎn)，并且同類地物在特征空間中形成一個(gè)從屬于某種概率分布的集群。由此，我們可以把某特征矢量（X）落入某類集群的條件概率當(dāng)成分類判決函數(shù)（概率判決函數(shù)），把X落入某集群的條件概率最大的類為X的

5、類別，這種判決規(guī)則就是貝葉斯判決規(guī)則。,根據(jù)概率判決函數(shù)和貝葉斯判決規(guī)則進(jìn)行分類的方法。,概率判決函數(shù)：,貝葉斯判決規(guī)則：,根據(jù)貝葉斯判決規(guī)則：若Pi（X） Pj（X）,則X屬于wi類。,Pi（X）=P（X/wi）P（ wi ）,3、多級(jí)切割分類法,又稱為平行算法或（盒式?jīng)Q策規(guī)則） 通過(guò)設(shè)定在各軸上的一系列分割點(diǎn)，將多維特征空間劃分成分別對(duì)應(yīng)不同分類類別的互不重疊的特征子空間的分類方法。 對(duì)于一個(gè)未知類別的像素來(lái)說(shuō)，它的分類取決于它落入哪個(gè)類別特征字空間中。,監(jiān)督分類基本過(guò)程,（1）確定感興趣的類別數(shù)。 （2）特征變換和特征選擇 （3）選擇訓(xùn)練樣區(qū) （4）選擇監(jiān)督分類方法（判決函數(shù)和判決規(guī)則)

6、 （5）根據(jù)判決函數(shù)和判決規(guī)則對(duì)非訓(xùn)練樣區(qū)的圖像區(qū)域進(jìn)行分類。,特征變換與特征選擇,特征變換,減少特征之間的相關(guān)性 使得待分類別之間的差異在變換后的特征中更明顯。,將原始圖像通過(guò)一定的數(shù)字變換生成一組新的特征圖像，這一組新圖像信息集中在少數(shù)幾個(gè)特征圖像上。,特征變換的作用：,主成分變換（ KL變換）,主成分變換：是一種除去波段之間的多余信息，將多波段的圖像信息壓縮到比原波段更有效的少數(shù)幾個(gè)轉(zhuǎn)換波段的方法。 在遙感圖像分類中，常常利用主成分變換來(lái)消除特征向量中各特征之間的相關(guān)性，并進(jìn)行特征選擇。,x2,2、 K-T變換,這種變換既可以實(shí)現(xiàn)信息壓縮，又可以幫助解譯分析農(nóng)業(yè)特征，因此這種變換著眼點(diǎn)在

7、于農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程而區(qū)別于其他植被覆蓋。,3、比值變換和生物量指標(biāo)變換,比值變換圖像可以增強(qiáng)土壤，植被，水之間的輻射差別，壓抑地形坡度和方向引起的輻射量變化，在分類中具有較為明顯的優(yōu)點(diǎn)，而且計(jì)算相對(duì)較簡(jiǎn)單。 另一種特殊的比值變換是生物量指標(biāo)變換即歸一化植被指數(shù) ：,NDVI=（TM4-TM3）/（TM4+TM3）,特征選擇,從原有的n個(gè)特征值集合中，按某一準(zhǔn)則選擇出k個(gè)特征（k n）。,遙感影像的波段選擇可分為定性的和定量的方法。,相關(guān)系數(shù)矩陣,（二）非監(jiān)督分類,非監(jiān)督分類是指人們事先對(duì)分類過(guò)程不施加任何的先驗(yàn)知識(shí)，而僅憑遙感影像地物的光譜特征的分布規(guī)律，即自然聚類的特性，進(jìn)行“盲目”的分類；其

8、分類的結(jié)果只是對(duì)象元進(jìn)行歸類，但并不能確定類別的屬性；其類別的屬性是通過(guò)分類結(jié)束后目視判讀或?qū)嵉卣{(diào)查確定的。,非監(jiān)督分類的基本思路,非監(jiān)督分類也稱聚類分析，采用的是聚類算法，一般是先選擇若干個(gè)模式點(diǎn)作為聚類的中心。每一中心代表一個(gè)類別，按照某種相似性度量方法（如最小距離方法）將各個(gè)像元?jiǎng)潥w各個(gè)類別，形成初始分類。然后由聚類準(zhǔn)則判斷初始分類是否合理，如果不合理就修改分類，如此反復(fù)迭代運(yùn)算，直到合理為止。,1、K-均值聚類法,K均值算法的聚類準(zhǔn)則是使每一聚類中，多模式點(diǎn)到該類別的中心的距離的平方和最小。其基本思想是：通過(guò)迭代，逐次移動(dòng)各類的中心，直至得到最好的聚類結(jié)果為止。,2、動(dòng)態(tài)聚類法,動(dòng)態(tài)聚

9、類算法也稱為迭代自組織數(shù)據(jù)分析算法。在k-均值算法的基礎(chǔ)上，設(shè)定控制參數(shù)，對(duì)聚類結(jié)果進(jìn)行“合并”和“分裂”。 （1）“合并”操作： 當(dāng)聚類結(jié)果某一類中樣本數(shù)太少，或兩個(gè)類間的距離太近時(shí)，進(jìn)行合并。 （2）“分裂”操作： 當(dāng)聚類結(jié)果某一類中樣本某個(gè)特征如類內(nèi)方差太大，將該類進(jìn)行分裂。,設(shè)定控制參數(shù)： k：預(yù)期的類數(shù)； Nk：初始聚類中心個(gè)數(shù)； TN：每一類中允許的最少樣本數(shù)目（若少于此數(shù)，就不能單獨(dú)成為一類）； TE：類內(nèi)各特征分量分布的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差上限（大于此數(shù)就分裂）； TC：兩類中心間的最小距離下限（若小于此數(shù)，這兩類應(yīng)合并）； NT：在每次迭代中最多可以進(jìn)行“合并”操作的次數(shù)； NS：允許的最多迭代次數(shù)。 選定初始聚類中心,監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類方法比較,