遥感原理与应用精品文稿.ppt
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1、遥感原理与应用遥感原理与应用第1页,本讲稿共55页11、数字图像的性质和特点、数字图像的性质和特点1遥感数字图像遥感数字图像遥感数字图像是以数字表示的遥感图像,其最基本的单元是像素.像素是成像过程的采样点,也是计算机处理图像的最小单元.像素具有空间特征和属性特征.像素的属性特征采用亮度值来表达.(P82辐射分辨率)纯像素;混合像素第2页,本讲稿共55页1、数字图像的性质和特点 二、遥感数字图像的特点二、遥感数字图像的特点便于计算机处理与分析图像信息损失少抽象性强第3页,本讲稿共55页1、数字图像的性质和特点 三.遥感数字图像的表示方法1.遥感数字图像是以二维数组来表示的.第4页,本讲稿共55页
2、1、数字图像的性质和特点三.遥感数字图像的表示方法2.遥感图像按照波段数量分为:1.1.单波段数字图像单波段数字图像:SPOT:SPOT 的全色波段的全色波段.2.2.多波段数字图像多波段数字图像:TM:TM的的7 7个波段数据个波段数据.3.多波段数字图像的三种数据格式1.1.BSQBSQ格式格式(Band sequential(Band sequential)2.2.BIPBIP格式格式(Band interleaved by pixel)(Band interleaved by pixel)3.3.BILBIL格式格式(Band interleaved by line)(Band int
3、erleaved by line)第5页,本讲稿共55页1、数字图像的性质和特点四.航空像片的数字化v空间采样:空间采样:将航空像片具有的连续灰度信息转化为每行有m个单元,每列有n个单元的像素组合。v属性量化:属性量化:可得到每个像元的数字模拟量,与航空像片中对应位置上的灰度相对应。第6页,本讲稿共55页2、遥感图像的计算机分类第7页,本讲稿共55页一、分类原理与基本过程一、分类原理与基本过程遥感图像计算机分类的依据是遥感图像像素的相似度。常使用距离和相关系数来衡量相似度。P194采用距离衡量相似度时,距离越小相似度越大。采用相关系数衡量相似度时,相关程度越大,相似度越大。第8页,本讲稿共55
4、页 统计可分性的量度(全局统计和局部统计):统计可分性的量度(全局统计和局部统计):(1)(1)空空间间距距离离 表表示示类类与与类类之之间间的的差差异异,通通常常用用欧欧氏距离或马氏距离氏距离或马氏距离来描述。来描述。(P194)(P194)绝对值距离绝对值距离欧氏距离欧氏距离马氏距离马氏距离第9页,本讲稿共55页 统计可分性的量度(全局统计和局部统计):统计可分性的量度(全局统计和局部统计):(1)(1)空空间间距距离离 表表示示类类与与类类之之间间的的差差异异,通通常常用用欧欧氏氏距离或马氏距离距离或马氏距离来描述。来描述。(P194)(P194)绝对值距离绝对值距离欧氏距离欧氏距离马氏
5、距离马氏距离第10页,本讲稿共55页(2)相似系数相似系数-表示类与类之间的相似程度。表示类与类之间的相似程度。混合距离结论:结论:距离越大,相似度越小;相似系数越大,距离越大,相似度越小;相似系数越大,相关程度越高,相似度越大。相关程度越高,相似度越大。第11页,本讲稿共55页一、分类原理与基本过程一、分类原理与基本过程遥感数字图像计算机分类基本过程(P195)1.根据图像分类目的选取特定区域的遥感数字图像,需考虑图像的空间分辨率、光谱分辨率、成像时间、图像质量等。2.根据研究区域,收集与分析地面参考信息与有关数据。3.根据分类要求和图像数据的特征,选择合适的图像分类方法和算法。制定分类系统
6、,确定分类类别。4.找出代表这些类别的统计特征5.为了测定总体特征,在监督分类中可选择具有代表性的训练场地进行采样,测定其特征。在非监督分类中,可用聚类等方法对特征相似的像素进行归类,测定其特征。6.对遥感图像中各像素进行分类。7.分类精度检查。8.对判别分析的结果进行统计检验。第12页,本讲稿共55页v遥感图像计算机分类方法(P195)监督分类法:选择具有代表性的典型实验区或训练选择具有代表性的典型实验区或训练区,用训练区中已知地面各类地物样本的光谱特性区,用训练区中已知地面各类地物样本的光谱特性来来“训练训练”计算机,获得识别各类地物的判别函数计算机,获得识别各类地物的判别函数或模式,并以
7、此对未知地区的像元进行分类处理,或模式,并以此对未知地区的像元进行分类处理,分别归入到已知的类别中。分别归入到已知的类别中。非监督分类:是在没有先验类别(训练场地)作为是在没有先验类别(训练场地)作为样本的条件下,即事先不知道类别特征,主要根据样本的条件下,即事先不知道类别特征,主要根据像元间相似度的大小进行归类合并(即相似度的像像元间相似度的大小进行归类合并(即相似度的像元归为一类)的方法。元归为一类)的方法。第13页,本讲稿共55页二、图像分类方法二、图像分类方法 1、监督分类 (1)、最小距离分类法Step 2 for eachunclassified pixel,calculate t
8、he distance toaverage for each trainingarea第14页,本讲稿共55页二、图像分类方法二、图像分类方法 1、监督分类 (1)、最小距离分类法 最近邻域分类法 Nearest NeighbourNearest Neighbour。Defines a typical pixel for each class Defines a typical pixel for each classvvAssigns pixels on the basis of spectral distanceAssigns pixels on the basis of spectral
9、 distancevvCan separate diverse classesCan separate diverse classesvvBoundary problems remain unresolvedBoundary problems remain unresolved第15页,本讲稿共55页(1)最小距离分类法vP196它是以特征空间中的距离作为像素分类的它是以特征空间中的距离作为像素分类的依据,包括最小距离和最近邻域。依据,包括最小距离和最近邻域。v最小距离判别法要求对遥感图像中每一个类别最小距离判别法要求对遥感图像中每一个类别选一个具有代表意义的统计特征量(均值),选一个具有代表
10、意义的统计特征量(均值),首先计算待分像元与已知类别之间的距离,然首先计算待分像元与已知类别之间的距离,然后将其归属于距离最小的一类。后将其归属于距离最小的一类。第16页,本讲稿共55页最小距离法示意图最小距离法示意图第17页,本讲稿共55页最近邻域分类法vP197在多波段遥感图像中,每一类别具有在多波段遥感图像中,每一类别具有多个多个统计特征量。统计特征量。最近邻域分类法首先计算待分像最近邻域分类法首先计算待分像元到每一类中每一个统计特征量的距离,这样,元到每一类中每一个统计特征量的距离,这样,该像元到每一类都有几特征值,取其中最小的该像元到每一类都有几特征值,取其中最小的一个距离作为该像元
11、到该类别的距离,最后比一个距离作为该像元到该类别的距离,最后比较该待分像元到所有类别间的距离,将其归属较该待分像元到所有类别间的距离,将其归属于距离最小的一类。于距离最小的一类。分类精度不高,计算速度分类精度不高,计算速度快。快。第18页,本讲稿共55页(2)多级切割分类法vP197通过设定在各轴上的一系列分割点,将多通过设定在各轴上的一系列分割点,将多维特征空间划分成分别对应不同分类类别的互维特征空间划分成分别对应不同分类类别的互不重叠的特征子空间的分类方法。对于一个未不重叠的特征子空间的分类方法。对于一个未知类别的像素来说,它的分类取决于它落入哪知类别的像素来说,它的分类取决于它落入哪个类
12、别特征子空间。如落入某个特征子空间,个类别特征子空间。如落入某个特征子空间,则属于该类,如落入所有特征子空间之外,则则属于该类,如落入所有特征子空间之外,则属于未知类别。多波段图像分类前先进行主成属于未知类别。多波段图像分类前先进行主成分变换,然后进行多级分割。分变换,然后进行多级分割。第19页,本讲稿共55页(3)最大似然比分类法(MLC)vP198是通过求出每个像素对于各类别的归属概是通过求出每个像素对于各类别的归属概率,把该像素分到归属概率最大的类别中去的率,把该像素分到归属概率最大的类别中去的方法。方法。v前提:假定训练区各地物的光谱特征服从正态前提:假定训练区各地物的光谱特征服从正态
13、分布,利用训练区可求出均值、方差、协方差分布,利用训练区可求出均值、方差、协方差等特征参数,从而可求出总体的先验概率密度等特征参数,从而可求出总体的先验概率密度函数。当总体不符合正态分布时,不宜采用函数。当总体不符合正态分布时,不宜采用MLC。第20页,本讲稿共55页设从类别设从类别k中观测到中观测到x的条件概率为的条件概率为p(x|k),则归属概率则归属概率Lk为为归属概率是指对于待分像元归属概率是指对于待分像元x,它从属于分类,它从属于分类类别类别k的后验概率。的后验概率。P198式式6.8和和6.9第21页,本讲稿共55页+AB波段波段1波段波段2Amin1Amax1Amax2Amin2
14、Bmin1Bmax1Bmin2Bmax2平行算法示意图平行算法示意图第22页,本讲稿共55页 特征曲线是地物光谱特征曲线参数构成的曲线。以特征曲线为中心取一个条带,构造一个窗口,凡是落在此窗口内的地物即被认为是一类,反之,则不属于该类。(4 4)、特征曲线窗口分类法)、特征曲线窗口分类法第23页,本讲稿共55页 监督分类监督分类 小结小结 (1)概念概念:监督是指人为干预监督是指人为干预下的下的训练样本选取训练样本选取过程。过程。依据训练样本的亮依据训练样本的亮度特征建立度特征建立“判别函数判别函数”,进行,进行预分类预分类;再依据预分类结果,;再依据预分类结果,调整训练调整训练样本样本,再分
15、类,再分类,取得好的取得好的分类分类结果的过程,称为监督分类。结果的过程,称为监督分类。(2)训练区的实际意义训练区的实际意义:获得建立判别函数所必须的统计量。这些统计获得建立判别函数所必须的统计量。这些统计参数包括参数包括-均值、方差、协方差。均值、方差、协方差。(3)监督分类的关键监督分类的关键-训练样本的选取训练样本的选取、样样本本数数:如如果果特特征征空空间间(波波段段数数 )的的维维数数是是n n,则则预预分分类类的的样样本本数数一一定定要要 n+1,n+1,甚至可以达到甚至可以达到3n 3n。B、代代表表性性:训训练练样样本本应应该该反反映映该该类类地地物物的的亮亮度度特特征征;且
16、且需需注注意意同同类类地地物物空空间分布的不连续性。间分布的不连续性。(如多块同类样本都要选取如多块同类样本都要选取)第24页,本讲稿共55页 、亮度分布亮度分布:从亮度特征角度而言,对于同一类地物具有:从亮度特征角度而言,对于同一类地物具有不同亮不同亮度特征度特征情况,通常情况,通常都要选取都要选取(同物异谱同物异谱)。)。、纯度的把握纯度的把握:一般来说,一般来说,在已知类别的在已知类别的中间部位较高中间部位较高;如果如果过纯过纯,则方差过小,导致许多此类地物的像元被,则方差过小,导致许多此类地物的像元被拒分拒分;如如果果不不纯纯,则则方方差差过过大大,导导致致不不是是此此类类地地物物的的
17、像像元元被被分分到到该该类类别别中,导致出现中,导致出现“错分错分”的情况;的情况;把把握握纯纯度度的的方方法法:读读像像元元的的亮亮度度值值,确确定定该该类类地地物物的的亮亮度度分分布布区区间间;同同时时,注注意意其其它它地地物物亮亮度度值值与与其其近近似似部部分分的的像像元元亮亮度度分分布布区区间间,依依“错错分损失最小分损失最小”的原则的原则,确定,确定“分类界限分类界限”。第25页,本讲稿共55页(P199)(1)前提:假定遥感影像上同类地物在同样条前提:假定遥感影像上同类地物在同样条件下具有相同的光谱特征。件下具有相同的光谱特征。(2)分类原理分类原理:不必对影像地物有先验知识,仅依
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