纹理特征在高空间分辨率遥感影像分类中的应用探讨

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1、5《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛论文集纹理特征在高空间分辨率遥感影像分类中的应用探讨赵银娣1,2,蔡燕1（1.中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州221008；2.江苏省资源环境信息工程重点实验室,江苏徐州221008）摘要：纹理特征是高空间分辨率遥感影像中重要的空间结构信息，在图像分类中起着关键作用。以高空间分辨率QuickBird遥感数据为例，采用高斯马尔可夫随机场模型提取纹理特征，采用不同特征组合验证纹理特征参与分类的有效性，设计了一种融入纹理特征的分步分类方案。实验结果表明，与传统的单一层次的分类方

2、法相比，分步分类方案能够充分发挥光谱特征与纹理特征在提取不同地物的优势，有效避免纹理特征的边界模糊效应。关键词：纹理特征；高空间分辨率；遥感影像；分步分类一、引言随着遥感影像空间分辨率的不断提高，地物的尺寸、形状、以及相邻地物之间的空间关系都得到了很好地表征[1]，传统的数据处理方法越来越不能满足高空间分辨率遥感影像分析的需求。高空间分辨率遥感影像中地物光谱统计特征不如较低空间分辨率的影像稳定，例如，居民地、城区等地物的类间方差较大。因此，传统的基于光谱统计特征的影像分类算法不能很好地适用于高空间分辨率影像分

3、析，需借助特定的数学模型定量描述隐含在高空间分辨率影像中的空间信息，从而提高影像分类精度。纹理特征是高分辨率遥感影像中重要的空间结构信息，在单纯利用光谱特征对某些地物类别难以区分或出现混类现象时，纹理特征的引入便有可能对它们加以区分。二、文献综述在实际的高分辨率遥感卫星影像中，地物类型是非常复杂的，既有表征为纹理的面状地物外，又有许多线状地物等。纹理特征是基于图像处理窗口提取的，它不利于不同地物类别边界的定位[2,3]，线状地物更不能依赖纹理特征进行识别分类。因此，在高分辨率影像分类中，在顾及影像纹理特征的同

4、时，相应的光谱特征也不容忽视。将纹理特征参与高分辨率影像分类的方案进行归纳总结，主要有以下四种情况：方案（1）：合并光谱特征和纹理特征，得到一组新的特征；将这组新特征作为分类器的输入值，从而实现高分辨率影像的分类。方案（2）：利用纹理特征对原始图像进行纹理分类后的图像作为多光谱分类中的一个辅助特征图像，并结合图像的光谱特征，得到一组新的特征；将这组新特征作为分类器的输入值，从而实现高分辨率影像的分类。方案（3）：分别利用光谱特征和纹理特作者简介：赵银娣学位：博士；职称：讲师；研究方向：高空间分辨率遥感影像分析

5、、模式识别等。蔡燕；在读硕士生；研究方向：遥感影像处理与分析。征进行分类处理，并通过一定的规则建立两者之间的关系，从而确定图像各个像元的类别归属。5《测绘通报》测绘科学前沿技术论坛论文集方案（4）：首先利用光谱信息进行分类，得到光谱分类结果，然后再利用纹理特征进行分类，得到纹理分类结果；以纹理分类结果为依据，对光谱分类结果进行再分类。方案（1）属于直接参与方案；方案（2）和方案（3）属于间接参与方案[3]；方案（4）属于后处理方案。方案（1）最为常用，Shaban等（2001）和Wikantika等（2004

6、）利用灰度共生矩阵对高分辨率影像进行纹理特征提取，然后将纹理特征值映射到0～255之间并进行离散化，从而使得纹理特征值的变化范围与光谱特征一致，在影像分类过程中的权重相等；然后再将其与光谱特征结合进行分类。三、纹理特征在高空间分辨率遥感影像分类中的应用1.实验数据图1是由原始QuickBird真彩色影像中的7类地物合成的实验图像，图像高380宽400。地物类别名称与地物类别号对应关系如下：C1—浓密树林，C2—裸地，C3—作物地I，C4—稀疏树林，C5—作物地II，C6—居民区，C7—河流。C1C2C3C4C

7、5C6C7图1　QuickBird实验图像利用转换分离度（TransformedDivergence,TD）衡量图1中类别间的光谱可分离性，其计算公式为　　　　　　　　　（1）其中，，表示矩阵的迹，即矩阵主对角线元素之和；和分别为第类和第类的均值向量，和分别为第类和第类的协方差矩阵。利用影像的光谱信息，根据公式（1）计算图1中两两类别之间的TD值，其结果如表1所示。由表1可知，C6和C7这两种地物均能和其他地物很好地区分开，但是（C1，C4）、（C1，C5）、（C2，C3）、（C3、C4）以及（C4、C5）地

8、物类别对的TD值均小于1.7，可分性较差[7]。表1　图1中两两地物类别之间的光谱转换分离度C1C2C3C4C5C6C7C1—1.99991.99290.66190.47361.99992.0000C2——1.21821.98561.99941.83612.0000C3———1.62171.98331.96432.0000C4————0.57541.99982.0000C5—————1.99992.