遙感圖像處理學習筆記二——遙感圖像的分類處理


    1. 基本概念

地物的類:具有同種特性的地物集合稱為一類。

一類地物具有同一標志,不同種類地物具有不同的光譜特性(地物反射和發射電磁波能量的能力)

 

分類:根據各類樣本內在的相似性,采用某種判決准則,將特征空間分割成若干集合 的過程。

 

      2. 基本思想

區分不同地物的理論依據:不同的地物類型具有不同的光譜信息空間信息。

 

      3. 多光譜圖像的表示方法:

假設某個多光譜圖像包括n個波段,則對於任一位置(i , j)的像素的亮度值,可以用矢量x=(x1, x2, …, xn)來表示,其中每個分量xi代表該像素在第i個波段的亮度值。

 

於是這個多光譜圖像就可以用在n維特征空間的一系列點來表示。

 

但是,由於地物的各種狀態和成像時的各種干擾因素,導致傳感器獲得的每類地物的光譜響應特性並不完全相同。

 

所以同一類的地物樣本,在光譜空間中,表現為如下形式:

  圍繞某一點呈概率分布或聚集於某一點周圍。

 

 

     4. 基本流程

定義分類類別->特征選擇與提取->訓練數據的采樣->統計特性評估->分類->分類結果分析

光譜特征是遙感圖像分類時廣泛使用的特征。

 

     5. 分類

 

                        {無監督分類

        {基於像元的分類

                        {有監督分類

圖像分類

 

        {面向對象的分類

 

無監督分類:沒有先驗類別信息,事先不知道分成幾類,僅依據像元間相似度的大小進行歸類合並的方法;

有監督分類:需要徐選取若干可明確辨認的地物類別的訓練區域;

            在該區域中進行訓練數據的采樣;

            用采樣的數據進行統計分布特性分析,獲取對象類別的統計分布特性;

            根據得到的特性對其他像素進行分類處理。

 

下面說下個人感覺理解起來比較簡單的無監督分類的K均值算法:

步驟:

(1)       給定n個初始類的中心位置;

(2)       計算每一像素到所有類中心的距離,並將該像素重新划分到最近的類中;

(3)       更新各類中心;

(4)       重復(2)和(3),知道中心位置未發生較大變化。

 

特點:事先給出類別數(自己估)、局部最優、動態聚類。

   6. 面向對象的遙感圖像分類

(1)       首先提一下基於像元的遙感圖像分類的缺陷:

1)  難以克服“同譜異物”與“同物異譜”等光譜信息的局限性;

2)影像上一個像元的值包含來自於鄰近像元對應地表的信號。

 

(2)流程:

 

(3)圖像的分割:

作用:將一幅圖像分成若干“有意義”的互不相交的區域,使這些特征在某一區域內表現一致或相似,在不同區域表現出明顯的不同。

 

原理:主要利用光譜特征和形狀特征調整對象邊界。

 

公式不好打這里就不打了。。。

分割函數如下:

 

這里有兩個判據,一個是光譜判據,一個是形狀判據。是是光譜相對於形狀的權重,是用戶自己定義的。

  光譜判據通過公式計算就行了。

  形狀判據是通過光滑度(smoothness緊致度(compactness來計算的。

  光滑度是對象的周長l與最小外包矩形周長b的比值:smooth=l/b。

  緊致度是對象的周長l與對象大小(對象的像素數)的平方根的比值:cpt=l/

  形狀判據的計算公式為:

 

  其中(在0到1之間)是緊致度判據的用戶自定義權值。緊致度判據與光滑度判據根據公式計算就行了。

 

(4)多尺度分割

  定義:從一個像素對象開始進行一個自下而上的區域合並技術。

  准備工作:用戶指定光譜和形狀參數的判據和鄰域函數邏輯。

  思想:根據定義的這些判據將各個像元擴展為同質區域(上面圖像分割完成的工作)。

這是一個聚集過程。每一步驟中相鄰的對象對,只要符合定義的異質的最小生長的標准就合並,如果該合並超出了尺度參數定義的閾值范圍,合並過程就停止。(好…好抽象……囧)。

      7. 提高分類精度的方法

分類精度低的原因:

(1)       圖像分辨率低

(2)       分類特征單一

(3)       分類方法單一

   對於分類方法單一會導致分類精度低的原因,主要是不同方法適用於不同特征的地物。對於這個問題的解決方法是:

(1)       多種分類器的融合:比如有監督和無監督的融合;

(2)       采用計算機分類新方法:如模糊分類方法,人工神經網絡方法(*),基於知識的分類方法。

  對於模糊分類的方法,主要思想就是不考慮“樣本x屬於B類”,而是考慮“樣本x屬於B類的程度是多少”。


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