基于监督分类的遥感影像分类方法研究_李超.pdf

2020年第12期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-03-17 第一作者简介 李超 （1986-） ， 男 （汉族） ， 安徽萧县人， 工程师， 现从事地理信息系统、 地质测绘、 遥感技术工作。 基于监督分类的遥感影像分类方法研究 李超*， 宋方 （安徽省核工业勘查技术总院， 安徽 芜湖 234001） 摘要 通过阐述遥感影像基于监督分类各种分类方法的原理并比较各自的优缺点， 同时在遥感图 像处理平台ENVI5.3上对各种分类方法予以实现， 并评价、 比较各种分类方法的结果与精度， 为广大 科技人员选择合适的分类方法提供选择的依据。 关键词 遥感影像； 分类方法； 监督分类 中图分类号 P237 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202012-0159-04 1概述 一般来说对于地球表面不同类型的地物其本身的 光谱特征曲线是不同的， 根据这些特征将具有相同或 相似特征的地物划分为同一个类别， 并将不同特征的 地物区别开， 这便为影像分类的依据。随着遥感技术 的不断发展与完善， 遥感影像分类技术已经日趋成熟， 分类精度与效率已经得到大大提高。虽然有各种各样 的分类方法， 但是由于遥感影像本身存在的复杂性、 影 像分辨率限制等因素的影响， 至今没有得到一种性能 最佳的分类方法。在遥感影像分类过程中存在大量相 对突出的问题。例如， 如何选择和确定训练场地和训 练样本以及样本的精度的问题、 普遍存在的地形因素 造成识别误差的影响、 大多数遥感影像中的混合像元 如何分解的问题、 分类后所得空间信息如何应用的问 题以及遥感影像分类后， 精度评价、 误差修正等后期处 理的问题。 2数据源 2.1研究区域 研究区域位于安徽中北部， 处于中国南北分界线 上， 处于中纬度地区， 整个区域呈西北东南走势， 介 于亚热带和温暖带之间， 年平均气温约16.6℃， 季节性 降水分布不均。研究区域地理位置优越， 风景优美、 交 通便利。该地区贴近主城区， 地貌类别丰富， 水系发 达， 居民地规划十分规整， 非常适合本次研究。 2.2卫星影像相关参数 Worldview-3卫星于三年前在美国发射， 由美国 国家海洋局、 大气局授予许可， 卫星传感器包括全色波 段， 8个多光谱波段， 8个短波红外波段和12个CAVIS 波段。卫星轨道高度617km， 属于太阳同步卫星， 运行 周期为97min。详细参数如表1所示。 卫星 WorldView-3 发射时间 2014-08-13 国家 美国 波段 （μm） pan0.450～0.800 蓝 0.45～0.51绿 0.51～0.58 红 0.63～0.69近 0.77～0.895 海岸 0.4～0.45黄色 0.585～0.625 红边 0.7055～0.745近2 0.86～1.04 SWIR CAVIS 空间分辨率 （m） 0.31 1.24 3.7 30 表1WorldView-3卫星参数表 3研究案例3.1研究方法 159 2020年第12期西部探矿工程 监督分类 （supervised classification） ， 是指在已知地 物类别的区域中人工选取一定数量的各类别的训练 区， 利用计算机获取每个训练区中的各种统计信息、 并 确定判别函数， 然后将影像中每个像元与训练区中计 算得到的各类特征信息进行比较， 从而划分到各个类 别中去。在选择训练样本时要注意保持样本的均质 性、 准确性、 代表性， 同时也尽量排除混合像元的出现， 样本在影像中的位置要尽可能均匀、 分散， 且形状、 大 小、 位置要能同时在实地与图像中辨认定位。典型地 物训练区选择如图1所示。 图1典型地物训练区选择图 目前在ENVI5.3中监督分类中常用的方法有最大 似然法、 最小距离法、 马氏距离法、 平行六面体法、 神经 网络法以及支持向量机法， 这些方法在ENVI软件中 都有独立的处理模块， 本分分类器中遥感影像像元值 意义如表2所示。 表2部分分类器中遥感影像像元值意义 分类器 平行六面体 最大似然 马氏距离 最小距离 像元值意义 满足平行六面体准则的波段数 像元属于该类的概率 到类中心的距离 到类中心距离和 3.2影像分类处理流程 对于所获取影像的处理流程如图2所示。 3.3数据的预处理 3.3.1图像几何校正 遥感影像几何畸变是指原始遥感卫星影像数据与 真实地表数据有一定的偏差， 如矩形区域变形， 连通的 道路突然中断等等。当影像发生几何畸变时， 一般采 取建立地面GPS控制点的方法对原图进行校正。 3.3.2辐射校正 辐射定标技术能够发现传感器的稳定情况， 这是 实现多源数据归一化的前提， 是多源数据相互比较的 前提， 能够提高多源数据融合效率， 提高遥感数据利用 率。本次研究使用的是ENVI5.3对影像进行辐射定 标。 3.3.3大气校正 大气校正是通过专业软件消除由于主动遥感与被 动遥感的存在导致遥感影像中各个像元受到大气影响 程度也不同， 且同一地区不同时间段大气的状况是不 同的导致该地区像元灰度值发生变化。 在 ENVI5.3 软件中打开大气校正功能模块 FLAASH Atmospheric Correction。在 Radiance Scale Factors窗口中选择第二个选项Use single scale factor for all bands， 点击OK继续进行参数设置， 参数设置如 图3所示。 其中传感器高度、 像元大小、 成像区域经纬度不需 要手动输入， ENVI5.3会自动从影像中获取， 成像时间 从图像头文件中获取或者在图层中右击选择元数据， 在Time中获取。 校正前后影像中水体与植被的光谱曲线如图4所 示。 3.3.4遥感影像增强处理 当获得的遥感影像目视效果不是很好， 无法直接 分辨出地物类型， 或者无法将有用的信息突出表现时 便可以对影像进行增强处理。在此使用一种最常用的 用来突出地表植被信息的标准假彩色合成， 即将 图2影像分类流程图 160 2020年第12期西部探矿工程 Worldview影像中近红外波段赋予红， 将红波段赋予 绿， 将绿波段赋予蓝， 此时就实现了对影像中植被的增 强处理。 3.4利用各种方法对影像进行分类 训练样本选择完毕之后还有对其进行精度评价， 在ENVI中对每个兴趣区计算Transed距离和Jef- fries Matusita距离， 根据可分离值的大小可以判断训练 样本选的精度情况， 当可分离值大于1.9， 说明两类地 物样本之间可以很好地区分开， 属于合格样本， 当可分 离值小于1.8时说明两类地物样本之间无法很好地区 别开， 样本选择不合格， 应当删除原样本并重新选择， 当可分离值小于1时， 说明两类样本几乎无法区分开， 可以将两类地物视为同种类型并合并将其合并。 通过训练样本精度评价， 可以见建筑物与水体和 道路的分离性不好， 应该重新选择样本， 如图5所示。 在ENVI5.3中的监督分类模块下分别选用最小距 离法、 最大似然法、 马氏距离法、 神经网络法四种不同 图3大气校正参数设置图 图4校正前、 后植被光谱曲线 图5训练样本精度评价 161 2020年第12期西部探矿工程 的方法对影像进行分类。 3.5遥感影像分类精度评价 遥感影像精度评价因子目前主要包括混淆矩阵、 总体分类精度、 Kappa系数、 漏分误差、 错分误差、 错分 误差、 制图精度、 用户精度等， 本文采用混淆矩阵， 在各 类分类方法混淆矩阵报表中我们可以看到四种分类方 法的总体分类精度和Kappa系数的比值。通过比较这 四种分类方法中精度最高的为神经网络分类法。 4结论 本文利用高分辨率遥感卫星为数据源， 对研究区 域采用监督分类对该地区的影像进行分类研究。通过 对比我们发现基于神经网络法的监督分类法分类效果 最好， 由此可见计算机技术和人工智能的发展对遥感 影像分类的发展起到举足轻重的作用。但是对于其他 的方法我们也不能将其丢弃， 虽然在精度方面稍逊与 神经网络法， 但是它们也有自己独一无二的优点， 在处 理一些特殊地区或者中低分辨率图像时这些方法会有 一些意想不到的优势。 参考文献 [1]朱丹瑶.遥感影像分类方法研究[J].科技论坛. [2]邓芳,秦军,李鉴.提高遥感影像分类精度方法的研究[J].铁路 航测,20032. [3]朱述龙.基于混合像元的遥感图像分类技术[J].解放军测绘 科学报,1995,124. [4]邓书斌.ENVI遥感图像处理方法[M].北京科学出版社,2010. [5]Wardlow B D,Egbert S L.Remote Sensing of Environment [J].2008,1121096. [6]Hans Bandemer,WithSiegfriedGottwald.Fuzzy Sets,Fuzzy Logic, Fuzzy s with Applications[M].New YorkWiley Press New York,1995. [7]Stefanov W L,Ramsey M S,Christensen P R.Remote Sensing of Environment[J].2001,77173. （上接第156页） 6结论 综前所述， 铅锌矿以线脉、 细脉和网脉状充填于 新元古界万年群浅变质岩的构造裂隙中， 垂向上具有 分带特征， 由浅至深为银铅锌矿 （化） 带铅锌矿 （化） 带铜金铅锌矿 （化） 过渡带， 深部铜金矿化趋势增强， 具岩浆热液温控分带特征， 与铜厂、 银山成矿分带模式 具有一定的相似性； 且矿区外围花岗斑岩锆石U-Pb 定年， 谐和年龄为170.5Ma1.5Ma， 与德兴斑岩铜矿的 斑岩体为同一时期， 说明成矿带中众埠街花岗斑岩与 德兴铜厂、 银山的岩体处于同一构造岩浆带, 与德兴斑 岩体具有同源性， 故深部岩体可能富含Cu、 Au 、 Pb、 Zn、 Ag等成矿物质。 参考文献 [1]江西省地质矿产勘查开发局.中国区域地质志 江西志[M]. 北京地质出版社,2017. [2]江西省地质矿产勘查开发局.中国矿产地质志 江西卷[M]. 北京地质出版社,2015. [3]龚兴,马天.江西省乐平市众埠街锰铅锌矿研究进展[C]//第 八届全国成矿理论与找矿方法学术讨论会,2017. [4]潘世语,胡波,彭蜀涛,鲁诗阳.黄柏盆地众埠街锰矿地球化学 特征及成因[J].四川有色金属,2019440-42. （上接第158页） （1） 二叠系风城组、 夏子街组和下乌尔禾组岩性相 似， 主要以含砾粉砂岩、 泥质粉细砂岩为主， 砂粒成 分以岩屑为主， 长石、 石英次之， 其中下乌尔禾组岩性 主要为砂砾岩、 泥质粉细砂岩， 下乌尔禾组呈 “泥包砂” 结构， 形成多套岩性圈闭。孔隙度平均9.32， 渗透率 平均0.14mD， 因此总体来说下乌尔禾组储层物性较 好。 （2） 二叠系风城组、 夏子街组、 下乌尔禾组和三叠 系百口泉组储层质量主要控制因素为沉积相带、 成岩 相 （浊沸石粒间溶孔发育型成岩相） 和早期原油充注。 参考文献 [1]付爽,庞雷,许学龙,曹元婷,刘振宇,张顺存.准噶尔盆地玛湖 凹陷下乌尔禾组储层特征及其控制因素[J].天然气地球科 学,2019,304468-477. [2]许琳,常秋生,张妮,王伟,朱涛.玛东地区下乌尔禾组储集层 成岩作用与成岩相[J].新疆石油地质,2018,39176-82. [3]邹妞妞.准噶尔玛东地区下乌尔禾组储层成岩作用与孔隙 演化[C]//中国科学院地质与地球物理研究所2015年度 （第 15届） 学术论文汇编兰州油气资源研究中心,中国科学 院地质与地球物理研究所中国科学院地质与地球物理研 究所科技与成果转化处,2016361-367. 162