基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)紋理特征的遙感影像分類(lèi)方法研究

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1、第25卷第2期地理與地理信息科學(xué)Vol.25No.22009年3月GeographyandGeo-InformationScienceMarch2009基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)紋理特征的遙感影像分類(lèi)方法研究112李小濤,潘世兵,宋小寧(1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院遙感中心,北京100044;2.中國(guó)科學(xué)院研究生院資源與環(huán)境學(xué)院,北京100049)摘要:介紹地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理與方法,論述了地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)應(yīng)用于遙感影像描述及紋理提取的有效性,并將地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)變差函數(shù)得到的遙感影像紋理信息與其光譜信息相結(jié)合進(jìn)行遙感影像分類(lèi)試驗(yàn),結(jié)果表明,輔以地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)紋理特征

2、的遙感影像分類(lèi)方法能夠明顯提高分類(lèi)精度。關(guān)鍵詞:地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué);變差函數(shù);紋理;遙感分類(lèi)中圖分類(lèi)號(hào):TP751文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-0504(2009)02-0030-04學(xué)應(yīng)用于遙感影像紋理提取的有效性進(jìn)行論述,并0引言將地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)變差函數(shù)得到的遙感影像紋理信息與在遙感影像分類(lèi)中,通常以像元的光譜特征為其光譜信息相結(jié)合進(jìn)行遙感影像分類(lèi)?；A(chǔ)進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類(lèi)。但隨著圖像解譯與分析1地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理及方法的深入,只考慮單個(gè)像素的光譜特征而未考慮相鄰像素類(lèi)屬的相關(guān)性及結(jié)構(gòu)特征等因素,都會(huì)使計(jì)算地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)是以區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ),以

3、變機(jī)分類(lèi)效果不理想。近年來(lái),許多學(xué)者致力于遙感差函數(shù)為主要工具,研究在空間分布上既有隨機(jī)性影像空間特性的研究,并將其應(yīng)用于遙感影像分類(lèi),又有結(jié)構(gòu)性,或空間相關(guān)性和依賴性的自然現(xiàn)象的[4]常見(jiàn)的有自動(dòng)關(guān)聯(lián)函數(shù)、灰度共生矩陣、分形維方科學(xué)。從地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度看,遙感影像的像素[5]法、Markov隨機(jī)場(chǎng)模型、Garbor濾波器模型等。在灰度值可以看作一區(qū)域化變量,它既具有隨機(jī)性,眾多的紋理分析方法中灰度共生矩陣是應(yīng)用最廣、又具有空間相關(guān)性。在滿足內(nèi)蘊(yùn)假設(shè)的條件下,這效果較好的模型,但灰度共生矩陣的計(jì)算量大,實(shí)現(xiàn)兩個(gè)性質(zhì)可以通過(guò)變差函數(shù)進(jìn)行

4、研究。[1]費(fèi)時(shí)費(fèi)力,效率較低,且參數(shù)的選擇困難。另外,1.1區(qū)域化變量的概念及性質(zhì)由于計(jì)算灰度共生矩陣時(shí),往往將256級(jí)的圖像壓Matheron給出的區(qū)域化變量定義為:以空間點(diǎn)縮為16級(jí)或8級(jí)等,常會(huì)丟失圖像信息。分形維方x的3個(gè)直角坐標(biāo)xL、xM、xX為自變量的隨機(jī)場(chǎng)Z法是基于分形幾何的一種分類(lèi)方法,基于分形的表(xL、xM、xX)=Z(x),稱(chēng)為區(qū)域化變量或區(qū)域化隨機(jī)示在定性上與人類(lèi)感知的粗糙度或紋理有關(guān),而對(duì)變量。David、Journel等認(rèn)為區(qū)域化變量與普通隨機(jī)分維的計(jì)算則提供了一個(gè)自動(dòng)的定量分析方法,分變量不同,普通隨機(jī)

5、變量的取值按某種概率分布而形維方法主要的測(cè)度是分形維,因而常出現(xiàn)同分維變化,而區(qū)域化隨機(jī)變量則根據(jù)其在一個(gè)域內(nèi)的位[2]值不同紋理的情形。Markov隨機(jī)場(chǎng)模型僅考慮置取不同的值。換言之,區(qū)域化變量是普通隨機(jī)變當(dāng)前像元和鄰域像元的相關(guān)性,只能揭示紋理的高量在域內(nèi)確定位置上的特定取值,是和位置有關(guān)的頻特征,忽視了較多的低頻特征,適用于相對(duì)較小鄰隨機(jī)函數(shù)。因此,區(qū)域化變量具有兩個(gè)顯著的性質(zhì),[3]域的紋理。即隨機(jī)性和結(jié)構(gòu)性。首先,區(qū)域化變量是一個(gè)隨機(jī)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)(Geostatistics)由法國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)家G.函數(shù),它具有局部的、隨機(jī)的、異常

6、的性質(zhì);其次,區(qū)Matheron提出,經(jīng)幾十年的發(fā)展,已建立了較完善域化變量具有一般的或平均的結(jié)構(gòu)性質(zhì),即變量在的理論基礎(chǔ)和方法體系,目前廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、生態(tài)、點(diǎn)x與x+h處(h為空間距離)的值Z(x)和Z(x+氣象等領(lǐng)域。20世紀(jì)80年代,Curren和Woodcock等h)具有某種程度的自相關(guān),這種自相關(guān)依賴于兩點(diǎn)首先將地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)理論應(yīng)用于遙感信息處理,之后許之間的距離及變量特征,這體現(xiàn)了其結(jié)構(gòu)性。多學(xué)者探討將地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)運(yùn)用于遙感信息的尺度效1.2變差函數(shù)和半變差函數(shù)應(yīng)問(wèn)題、遙感影像紋理提取等方面。本文對(duì)地質(zhì)統(tǒng)計(jì)變差函數(shù)是地質(zhì)統(tǒng)計(jì)

7、學(xué)特有的基本工具。在一收稿日期:2008-10-28;修訂日期:2008-12-06基金項(xiàng)目:地理空間信息工程國(guó)家測(cè)繪局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目(200813);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40501051、50679086)作者簡(jiǎn)介:李小濤(1974-),男,碩士,高級(jí)工程師,研究方向?yàn)檫b感圖像處理及遙感、GIS應(yīng)用。E-mail:lxtsxn@126.com第2期李小濤等:基于地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)紋理特征的遙感影像分類(lèi)方法研究第31頁(yè)維條件下變差函數(shù)的定義為,區(qū)域化變量Z(x)在x、2遙感影像的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)描述及紋理提取x+h兩點(diǎn)處的值Z(x)與Z(

8、x+h)差的方差為Z(x)在h方向上的變差函數(shù)(也稱(chēng)變異函數(shù)),方差的一2.1遙感影像的地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)描述半稱(chēng)為半變差函數(shù)。變差函數(shù)與方差的不同在于,遙感影像的紋理是影像中某類(lèi)地物內(nèi)部色調(diào)以方差是對(duì)隨機(jī)變量在全局分布特征的描