遥感数字图像处理课件2016dipa05a

遥感数字影像处理刘勇Telmail:liuy@2023年4月7日2023年4月7日影像分类2遥感影像分类基本概念土地利用/土地覆盖分类监督分类非监督分类模糊分类分类后处理和精度评价人工神经网络影像分类决策树分类基于对象的影像分类2023年4月7日影像分类36.1.基本概念分类的概念：将遥感影像中的所有像元无遗漏地划归到对应的分类类型中去，满足影像分析和制图需求Classification：分门别类Category：指具体的类别、范畴。分类途径要求分析人员具备对研究区域相关的地貌、植被、土壤，或者土地利用/土地覆盖知识，或者获得相关方面专家的指导分类体系（按照学科）：地貌、植被、土壤、土地利用/土地覆被分类方案组成：类别名称及其定义（概念及内涵，本体与语义解析）编码方法与体系分类原则（J.R.Jensen,2006）互斥性：指所有类别之间不存在重叠或者模糊性完备性：无一遗漏地包含影像中所有涉及的特征类型层次性：分类等级体系中次一级类型可以合并到更高级别的类型中去。分类结果：一个新的专题图层，可进一步用于GIS空间分析4基本概念光谱类别：完全按照像元光谱特征在多光谱空间内可划分出的类别。遥感影像光谱值排列组合的最大类别数：BN其中，B为影像各个波段的量化等级数N为影像波段数信息类别：与实际地理分类对应的类别，反映人对地理空间的认知，通常按照学科分类名称和编码加以存储，数量远少于光谱类别数。影像分类的实质：建立光谱类别与信息类别之间的关联关系，将影像上的所有像元或对应空间单元归属于若干个地理信息类别中的一类，完成从影像数据到影像信息的转换，其结果是生成包含所需地理信息类别的专题图。分类方法：根据分类过程中有无先验知识参与，可将分类方法分为监督分类（Supervisedclassification）和非监督分类（Unsupervisedclassification）两种。2023年4月7日影像分类2023年4月7日影像分类5遥感影像光谱空间及其模式识别分类的实质就是，通过分析各类地物的光谱特征来选择可供识别的特征参数和特征函数，将光谱空间划分为互不重叠的子空间，然后将影像内所有像元划分到各个子空间中对应的类别中去。模式（Pattern）：不同类型地物在光谱空间中的特征参数组合形式模式识别（PatternRecognition）：合理划分光谱空间的特征函数形式。判别函数：特征函数和特征参数的组合就构成类别划分2023年4月7日影像分类6遥感影像分类的基本思路按照不同类型地物光谱曲线的分布规律，在遥感影像数据组成的光谱空间中呈现“物以类聚”特点，即彼此邻近的像元都具有相类似的地理属性，而彼此分散开来的像元具有不同的地理属性。2023年4月7日影像分类7遥感影像分类的一般原理——统计模式识别多光谱空间中影像统计特征度量特征向量类均值向量协方差矩阵像元列向量分类类中心列向量这里，1,2,……,n通常代表参与分类运算的影像波段顺序编号。2023年4月7日影像分类8遥感影像分类的一般原理——统计模式识别特征空间距离：影像特征向量与各个类中心的距离，亦称光谱距离欧几里德距离（EuclideanDistance），简称欧氏距离马哈拉诺比斯距离（Mahalanobis），简称马氏距离马氏距离假定特征类别具有符合多维高斯正态分布的性质，考虑到光谱空间中各向异性的特点，主要通过协方差矩阵来度量空间特征向量之间的距离。当式中的协方差矩阵取单位矩阵时，马氏距离就变成欧氏距离的平方。因此可以认为欧氏距离是马氏距离的一个特例。反之，马氏距离还可看作是一种加权的欧氏距离，其类中心由类均值矢量来度量，其各向异性通过协方差矩阵来度量。i——光谱类别（波段）编号j——多光谱空间维度编号k——影像像元顺序编号分类流程2023年4月7日影像分类92023年4月7日影像分类106.2.土地利用/土地覆盖分类基本概念土地利用(LandUse)：指人类对地球表面的利用状况，如工业用地、住宅用地、商业用地、公路、铁路等。土地利用状况是人类根据土地本身的自然属性以及社会需求，经长期改造和利用的结果。依据不同的土地用途和利用方式，土地利用的分类系统有不同的类别和等级。土地覆盖(LandCover)：土地覆盖是指地球表面的自然状态，如森林、草场、河流、湖泊等，是自然环境与人类活动综合作用的结果。对于林地，可根据林地生态环境的不同，分为针叶林地、阔叶林地、针阔叶混交林地等，以反映林相结构、林地所处生境、分布特征及其所具有的地带性分布规律。目前倾向使用“土地覆被”替代“土地覆盖”一词。重要性：从遥感影像中提取地理信息类别的重要依据。在中、低分辨率的情况下遥感可分析获得的主要还是土地覆盖信息。在高分辨率中，直接获取土地利用信息的可能性不断增加。2023年4月7日影像分类11常用土地利用/土地覆盖分类系统美国USGS土地利用/土地覆盖分类系统《国际地圈生物圈计划（IGBP）》地表覆盖分类系统1984版全国农业区划办公室土地利用分类方案1993版国家土地局《城镇地籍调查规程》1995版中国科学院土地利用/土地覆盖分类法2007版中华人民共和国质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会《土地利用分类》国家标准2023年4月7日影像分类12USGS土地利用/土地覆盖分类系统

（Anderson等，1976）特点：全球范围第一个比较完备的分类系统兼顾城镇和非城镇地区9个一级类36个二级类适用于实地调查，遥感影像提供辅助手段，但不适于遥感影像自动分析2023年4月7日影像分类13美国USGS土地利用/土地覆盖分类系统LevelILevelIILevelILevelII1.Urbanorbuilt-upland11.Residential12.Commercialandservices13.Industrial14.Transportation,communications,andservices15.Industrialandcommercialcomplexes16.Mixedurbanorbuilt-upland17.Otherurbanorbuilt-upland2.Agriculturalland21.Croplandandpasture22.Orchards,groves,vineyards,nurseries,andornamentalhorticulturalareas23.Confinedfeedingoperations24.Otheragriculturalland2023年4月7日影像分类14美国USGS土地利用/土地覆盖分类系统LevelILevelIILevelILevelII3.Rangeland31.Herbaceousrangeland32.Shrubandbrushrangeland33.Mixedrangeland4.ForestLand41.Deciduousforestland42.Evergreenforestland43.Mixedforestland5.Water51.Streamsandcanals52.Lakes53.Reservoirs54.Baysandestuaries6.Wetland61.Forestedwetland62.Non-forestedwetland2023年4月7日影像分类15USGS土地利用/土地覆盖分类系统LevelILevelIILevelILevelII7.BarrenLand71.Drysaltflats72.Beaches73.Sandyareasotherthanbeaches74.Bareexposedrocks75.Stripmines,quarries,andgravelpits76.Transitionalareas77.Mixedbarrenland8.Tundra81.Shrubandbrushtundra82.Herbaceoustundra83.Bareground84.Mixedtundra9.Perennialsnowandice91.Perennialsnowfields92.Glaciers2023年4月7日影像分类16《国际地圈生物圈计划》土地覆盖分类包含3个一级类、8个二级类、17个三级类特别针对NOAAAVHRR数据，适合全球环境遥感监测和分析但是对于中小区域和城镇而言分类不够详细具体(InternationalGeosphereandBiosphereProgram，IGBP)2023年4月7日IGBP土地覆盖分类系统IIIIIIIIIIII自然植被森林常绿针叶林常绿阔叶林落叶针叶林落叶阔叶林混交林已开发和混合用地农业农田灌丛地、草地和湿地茂密灌丛地稀疏灌丛地木本亚热带稀树草原亚热带稀树草原草地永久湿地农田/自然植被混合用地农田/自然植被混合用地城市建筑用地IIIIII无植被覆盖裸地裸地或植被稀疏地冰雪冰雪水水体2023年4月7日影像分类18土地利用/土地覆盖分类分类等级与遥感数据空间分辨率的关系2023年4月7日19一级类型二级类型三级类型含义编号名称编号名称编号名称1耕地种植农作物的土地，包括新开荒地、休闲地、轮歇地、草田轮作地；以种植农作物为主间有零星果树或其他树木的土地；耕种三年以上的滩涂。耕地中包括宽度大于2米的沟、渠、路、田埂。11水田指种植水稻、水生农作物的耕地12水浇地指水田、菜地以外，有固定灌溉设施，在一般年景能保证浇一水以上的耕地。121水浇地砂田指人工在耕地表层铺一定厚度的砂石，起保墒、增温、压碱等作用的水浇地。122水浇地梯田指在坡地上修造的水平梯田。133其他水浇地除水浇地砂田、水浇地梯田以外的水浇地。13旱地无灌溉设施，靠天然降水生长作物的耕地，包括没有固定灌溉设施，仅靠引洪淤灌的耕地。131旱地砂田指人工在耕地表层铺一定厚度的砂石，起起保墒、增温、压碱等作用的旱耕地。132旱地梯田指在山坡上修造的旱耕水平梯田。133旱地沟坝地指修在沟谷底部的台阶地。134川旱地指川区地面较平坦的旱耕地。136山旱地指坡度>5°的旱耕地。137台旱地指河流及沟谷两侧的高阶地（四级以上阶地）。14菜地种植蔬菜为主的耕地，包括温室、塑料大棚用地。土地利用现状分类方案

(1984~2001，全国农业区划办公室)2023年4月7日影像分类202园地种植以采集果、叶、根、茎等为主的集约经营的多年生木本和草本作物，覆盖度大于50％，或每亩合理株数大于70％的土地，包括果树苗圃等用地。21果园种植果树的园地。22茶园种植茶叶的园地。23其他园地种植药材、胡椒、花椒、沙棘、花卉等多年生作物的园地。3林地生长乔木、竹类、灌木等林木的土地。不包括居民地内绿化用地，以及铁路、公路、河流、沟渠的护路、护岸林。31有林地树木郁闭度大于30％的天然、人工林。32灌木林覆盖度大于40％的灌木林地。33疏林地树木郁闭度10-30%的疏林地。34未成林造林地指造林成活率大于或等于合理造林株数的41%，尚未郁闭但有成林希望的新造林地（一般指造林后不满3-5年或飞机播种后不满5-7年的造林地）。35迹地森林采伐、火烧后，五年内未更新的土地。36苗圃固定的林木育苗地。1984土地利用现状分类2023年4月7日影像分类214牧草地生长草本植物为主，用于畜牧业的草地。41天然草地以天然草本植物为主，未经改良，用于放牧或割草的草地，包括以牧为主的疏林、灌木草地。42改良草地采用灌溉、排水、施肥、松耙、补植等措施进行改良的草地。43人工草地人工种植牧草的草地，包括人工培植用于牧业的灌木。5居民点及工矿用地指城乡居民点、独立居民点以及居民点以外的工矿、国防、名胜古迹等企事业单位用地，包括其内部的交通、绿化、生活用地、特殊用地、以及未利用的小片空地。51城镇市、建制镇的居民点，不包括市镇范围内用于农、林、牧、渔业生产用地。52农村居民点镇以下的居民点用地，但不包括居民点内大于上图面积的耕地。53独立工矿用地居民点以外独立的各种工矿企业、采石场、砖瓦窑、仓库及其他企事业单位的建设用地，不包括附属于工矿、企事业单位的农副业生产基地。55特殊用地指居民点以外的国防、名胜古迹、风景旅游、公墓、陵园等范围内的建设用地。范围内的其他用地按土地类型分别归入相应的地类。2023年4月7日影像分类226交通用地居民点以外的各种道路及其附属设施和民用机场用地，包括护路林。61铁路铁道线路及站场用地，包括路堤、路堑、道沟、取土坑及护路林。62公路指国家和地方公路，包括路堤、路堑、道沟、取土坑及护路林。63农村道路指农村宽大于2米的道路。7水域指陆地水域和水利设施用地，不包括滞洪区和垦殖三年以上的滩地、滩涂中的林地、居民点、道路等。71河流水面天然形成或人工开挖河流常水位岸线以下的面积。72湖泊水面天然形成的积水区常水位岸线以下的面积。73水库水面人工修建总库容大于10万立方米，正常蓄水位岸线以下的面积。74坑塘水面天然形成或人工开挖蓄水量小于10万立方米常水位岸线以下的蓄水面积。75苇地生长芦苇的土地，包括滩涂上的苇地。76滩涂包括河流常水位至洪水位之间的滩地；水库、坑塘的正常蓄水位与最大洪水位间的面积。常水位线一般按地形图，不另行调绘。77沟渠人工修建、用于灌溉的沟渠，包括渠槽、渠堤、取土坑、护堤林。指宽大于2米的沟渠。78水工建筑物人工修建，用于除害兴利的闸、坝、堤路林、水电厂房、扬水站等常水位岸线以上的建筑物。2023年4月7日影像分类238未利用土地目前还未利用的土地，包括难利用的土地。81荒草地树木郁闭度小于10％，表层为土质，生长杂草，不包括盐碱地、沼泽地和裸土地。82盐碱地表层盐碱聚集，只生长天然耐盐植物的土地。83沼泽地经常积水或渍水，一般生长湿生植物的土地。84沙地表层为沙覆盖，基本无植被覆盖的土地。85裸土地表层为土质，基本无植被覆盖的土地。86裸岩、石砾地表层为岩石或石砾，其覆盖面积>70％的土地。87田坎主要指耕地中宽大于2米的地坎或堤坝。特点：实地调查为主，遥感技术辅助野外调查耕地分类详细，但城市土地利用分类偏简单2023年4月7日24城镇地籍调查规程

(1993~2001，国家土地局)一级类型二级类型一级类型二级类型10商业金融业用地11商业服务业12旅游业13金融保险业40公用建筑用地41文、体、娱42机关、宣传43科研、设计44教育45医卫20工业、仓储用地21工业22仓储50住宅用地30市政用地31市政公用设施32绿化60交通用地61铁路62民用机场63港口码头64其他交通用地（10个一级类24个二级类）2023年4月7日影像分类25城镇地籍调查规程一级类型二级类型一级类型二级类型70特殊用地71军事设施72涉外73宗教74监狱90农用地91水田92菜地93旱地94园地80水域用地100其他用地特点：特别针对城镇土地利用状况，用以弥补以往的土地利用分类方案的不足，不适用于城镇以外的土地分类2023年4月7日影像分类26中国科学院土地利用/土地覆盖分类法基于LandsatTM数据的全国土地利用分类，以典型样区的实地调查为依据，进行目视解译遥感信息提取6个一级类45个二级类未得到有关行业主管部门的认可，牧草地类别划分最具争议2023年4月7日27中国科学院土地利用/土地覆盖分类法一级类型二级类型一级类型二级类型1.农田水田旱地2.林地有林地灌木林地疏林地其它林地3.牧草地高覆盖草地中覆盖草地低覆盖草地4.水域河渠湖泊水库坑塘冰川与永久积雪海涂滩地5.城镇与居民用地城镇农村居民点公交建设用地6.未利用地沙地戈壁盐碱地沼泽地裸土地裸岩石砾地其它未利用地2023年4月7日影像分类282007土地利用分类方案中华人民共和国质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会于2007年8月10日联合发布（GB/T21010–2007）在第二次全国范围内国土资源调查中统一使用（2007–2009）采用两个层次的分类体系，共分12个一级类、57个二级类。2023年4月7日影像分类29一级类二级类含义编码名称编码名称01耕地指种植农作物的土地，包括熟地，新开发、复垦、整理地，休闲地(含轮歇地、轮作地)；以种植农作物(含蔬菜)为主，间有零星果树、桑树或其他树木的土地；平均每年能保证收获一季的已垦滩地和海涂。耕地中包括南方宽度小于1.0米，北方宽度小于2.0米固定的沟、渠、路和地坎(埂)；临时种植药材、草皮、花卉、苗木等的耕地，以及其他临时改变用途的耕地。011水田指用于种植水稻、莲藕等水生农作物的耕地。包括实行水生、旱生农作物轮种的耕地。012水浇地指有水源保证和灌溉设施，在一般年景能正常灌溉，种植旱生农作物的耕地。包括种植蔬菜的非工厂化的大棚用地。013旱地指无灌溉设施，主要靠天然降水种植旱生农作物的耕地，包括没有灌溉设施，仅靠引洪淤灌的耕地。2007土地利用分类方案2023年4月7日影像分类3002园地指种植以采集果、叶、根、茎、汁等为主的集约经营的多年生木本和草本作物，覆盖度大于50％和每亩株数大于合理株数70％的土地。包括用于育苗的土地。021果园指种植果树的园地。022茶园指种植茶树的园地。023其它园地指种植桑树、橡胶、可可、咖啡、油棕、胡椒、药材等其他多年生作物的园地。03林地指生长乔木、竹类、灌木的土地，及沿海生长红树林的土地。包括迹地，不包括居民点内部的绿化林木用地、铁路、公路征地范围内的林木，以及河流、沟渠的护堤林。031有林地指树木郁闭度≥0.2的乔木林地，包括红树林地和竹林地。032灌木林地指灌木覆盖度≥40％的林地。033其它林地包括疏林地、未成林地、迹地、苗圃等林地。2007土地利用分类方案一级类二级类含义编码名称编码名称2023年4月7日影像分类3104草地指生长草本植物为主的土地。041天然牧草地指以天然草本植物为主，用于放牧或割草的草地。042人工牧草地指人工种植牧草的草地。043其它草地指树木郁闭度＜0.1，表层为土质，生长草本植物为主，不用于畜牧业的草地。05商服用地指主要用于商业、服务业的土地。051批发零售用地指主要用于商品批发、零售的用地。包括商场、商店、超市、各类批发(零售)市场，加油站等及其附属的小型仓库、车间、工场等的用地。052住宿餐饮用地指主要用于提供住宿、餐饮服务的用地。包括宾馆、酒店、饭店、旅馆、招待所、度假村、餐厅、酒吧等。053商务金融用地指企业、服务业等办公用地，以及经营性的办公场所用地。包括写字楼、商业性办公场所、金融活动场所和企业厂区外独立的办公场所等用地。054其它商服用地指上述用地以外的其他商业、服务业用地。包括洗车场、洗染店、废旧物资回收站、维修网点、照相馆、理发美容店、洗浴场所等用地。2023年4月7日影像分类32

06工矿仓储用地指主要用于工业生产、物资存放场所的土地。061工业用地指工业生产及直接为工业生产服务的附属设施用地。062采矿用地指采矿、采石、采砂(沙)场，盐田，砖瓦窑等地面生产用地及尾矿堆放地。063仓储用地指用于物资储备、中转的场所用地。

07住宅用地指主要用于人们生活居住的房基地及其附属设施的土地。071城镇住宅用地指城镇用于生活居住的各类房屋用地及其附属设施用地。包括普通住宅、公寓、别墅等用地。072农村宅基地指农村用于生活居住的宅基地。2007土地利用分类方案一级类二级类含义编码名称编码名称2023年4月7日影像分类3308公共管理与公共服务用地指用于机关团体、新闻出版、科教文卫、风景名胜、公共设施等的土地。081机关团体用地指用于党政机关、社会团体、群众自治组织等的用地。082新闻出版用地指用于广播电台、电视台、电影厂、报社、杂志社、通讯社、出版社等的用地。083科教用地指用于各类教育，独立的科研、勘测、设计、技术推广、科普等的用地。084医卫慈善用地指用于医疗保健、卫生防疫、急救康复、医检药检、福利救助等的用地。085文体娱乐用地指用于各类文化、体育、娱乐及公共广场等的用地。086公共设施用地指用于城乡基础设施的用地。包括给排水、供电、供热、供气、邮政、电信、消防、环卫、公用设施维修等用地。087公园与绿地指城镇、村庄内部的公园、动物园、植物园、街心花园和用于休憩及美化环境的绿化用地。088风景名胜设施用地指风景名胜(包括名胜古迹、旅游景点、革命遗址等)景点及管理机构的建筑用地。景区内的其它用地按现状归入相应地类。2007土地利用分类方案2023年4月7日影像分类34

09特殊用地指用于军事设施、涉外、宗教、监教、殡葬等的土地。091军事设施用地指直接用于军事目的的设施用地。092使领馆用地指用于外国政府及国际组织驻华使领馆、办事处等的用地。093监教场所用地指用于监狱、看守所、劳改场、劳教所、戒毒所等的建筑用地。094宗教用地指专门用于宗教活动的庙宇、寺院、道观、教堂等宗教自用地。095殡葬用地指陵园、墓地、殡葬场所用地。2007土地利用分类方案一级类二级类含义编码名称编码名称2023年4月7日影像分类35

10交通运输用地指用于运输通行的地面线路、场站等的土地。包括民用机场、港口、码头、地面运输管道和各种道路用地。101铁路用地指用于铁道线路、轻轨、场站的用地。包括设计内的路堤、路堑、道沟、桥梁、林木等用地。102公路用地指用于国道、省道、县道和乡道的用地。包括设计内的路堤、路堑、道沟、桥梁、汽车停靠站、林木及直接为其服务的附属用地。103街巷用地指用于城镇、村庄内部公用道路(含立交桥)及行道树的用地。包括公共停车场、汽车客货运输站点及停车场等用地。104农村道路指公路用地以外的南方宽度≥1.0米、北方宽度≥2.0米的村间、田间道路(含机耕道)。105机场用地指用于民用机场的用地。106港口码头用地指用于人工修建的客运、货运、捕捞及工作船舶停靠的场所及其附属建筑物的用地，不包括常水位以下部分。107管道运输用地指用于运输煤炭、石油、天然气等管道及其相应附属设施的地上部分用地。2007土地利用分类方案2023年4月7日影像分类36

11水域及水利设施用地指陆地水域，海涂，沟渠、水工建筑物等用地。不包括滞洪区和已垦滩涂中的耕地、园地、林地、居民点、道路等用地。111河流水面指天然形成或人工开挖河流常水位岸线之间的水面，不包括被堤坝拦截后形成的水库水面。112湖泊水面指天然形成的积水区常水位岸线所围成的水面。113水库水面指人工拦截汇集而成的总库容≥10万立方米的水库正常蓄水位岸线所围成的水面。114坑塘水面指人工开挖或天然形成的蓄水量＜10万立方米的坑塘常水位岸线所围成的水面。115沿海滩涂指沿海大潮高潮位与低潮位之间的潮浸地带。包括海岛的沿海滩涂。不包括已利用的滩涂。116内陆滩涂指河流、湖泊常水位至洪水位间的滩地；时令湖、河洪水位以下的滩地；水库、坑塘的正常蓄水位与洪水位间的滩地。包括海岛的内陆滩地。不包括已利用的滩地。117沟渠指人工修建，南方宽度≥1.0米、北方宽度≥2.0米用于引、排、灌的渠道，包括渠槽、渠堤、取土坑、护堤林。118水工建筑用地指人工修建的闸、坝、堤路林、水电厂房、扬水站等常水位岸线以上的建筑物用地。119冰川及永久积雪指表层被冰雪常年覆盖的土地。2023年4月7日影像分类37

12其它土地指上述地类以外的其它类型的土地。121空闲地指城镇、村庄、工矿内部尚未利用的土地。122设施农用地指直接用于经营性养殖的畜禽舍、工厂化作物栽培或水产养殖的生产设施用地及其相应附属用地，农村宅基地以外的晾晒场等农业设施用地。123田坎主要指耕地中南方宽度≥1.0米、北方宽度≥2.0米的地坎。124盐碱地指表层盐碱聚集，生长天然耐盐植物的土地。125沼泽地指经常积水或渍水，一般生长沼生、湿生植物的土地。126沙地指表层为沙覆盖、基本无植被的土地。不包括滩涂中的沙地。127裸地指表层为土质，基本无植被覆盖的土地；或表层为岩石、石砾，其覆盖面积≥70％的土地。2007土地利用分类方案一级类二级类含义编码名称编码名称2023年4月7日影像分类38一级二级含义编码名称编码名称20城镇村及工矿用地指城乡居民点、独立居民点以及居民点以外的工矿、国防、名胜古迹等企事业单位用地，包括其内部交通、绿化用地。201城市指城市居民点，以及与城市连片的和区政府、县级市政府所在地镇级辖区内的商服、住宅、工业、仓储、机关、学校等单位用地。202建制镇指建制镇居民点，以及辖区内的商服、住宅、工业、仓储、学校等企事业单位用地。203村庄指农村居民点，以及所属的商服、住宅、工矿、工业、仓储、学校等用地。204采矿用地指采矿、采石、采砂(沙)场，盐田，砖瓦窑等地面生产用地及尾矿堆放地。205风景名胜及特殊用地指城镇村用地以外用于军事设施、涉外、宗教、监教、殡葬等的土地，以及风景名胜(包括名胜古迹、旅游景点、革命遗址等)景点及管理机构的建筑用地。2007土地利用分类方案2023年4月7日影像分类396.3.监督分类(SupervisedClassification)概念：监督分类是在分类前人们已对各种类别及其属性有了先验知识，从而可根据典型样区的调查建立分类体系，并通过样区影像数据的训练（或称机器学习）获得影像分类判别规则和分类器（即判别函数），从而可运用所得到的分类器对整景影像进行计算判别，将每个像元划归到所对应的一个类别中去，完成整景影像的类型划分。基本步骤：确定分类方案：要求满足互斥性、完备性和层次性要求特征选取：选择用于影像分类的数据源及其最佳波段组合，减少处理数据集的维数（即波段数）和分类处理开销训练样区选取与特征统计：选择能够代表各种土地覆盖类型的训练样区，并利用训练样区中的像元矢量数据计算各个土地覆盖类型的多元统计参数，如均值、标准差、协方差矩阵、相关系数矩阵等。类别可分性判断：根据类型统计参数，判别在光谱空间中各个类别之间的距离及其可分性分类算法选择：平行多面体法，最小距离法、最大似然法、决策树、人工神经网络、决策树……算法实现：执行分类算法分类后处理：去除微小图斑，分类精度评价，分类面积统计2023年4月7日影像分类40监督分类特征选取：选择用于分类的数据源及其波段组合：可见光/近红外遥感数据：MODIS、LandsatTM/ETM+/OLI、SPOTHRV、Quickbird，……DN值、表观反射率、地表反射率变换分量：主成分变换、缨帽变换、色彩变换、影像融合纹理参数：一阶纹理参数、二阶纹理参数热红外遥感数据：MODIS、LandsatTM/ETM+/TIRS、ASTER微波/雷达遥感数据DEM及其派生数据：高程、坡度、坡向，……GIS专题图：植被图、土壤图、土地利用现状图、地质图2023年4月7日影像分类41监督分类训练样区（trainingsites）选择及其可分性度量原则代表性：或称典型性同质性：训练样区内不应夹杂其他地物类型充分性：训练样本数量应满足统计分析的需求。方法实地调查：GPS定位与测图、工程测绘在屏训练数据区（多边形、线路）选择：ROI/AOI定义数字化勾绘从种子点进行自动的区域扩展(regiongrowth)ENVI：ROI（RegionOfInterest）ERDASImagine：AOI（AreaOfInterest）类别可分性度量单波段情况下类别之间的统计混淆问题假设每个分类类型在各个波段上满足高斯正态分布假设。2023年4月7日影像分类42类别之间的统计混淆问题2023年4月7日影像分类432023年4月7日影像分类44类的可分性度量分散度（Divergence）在任何两个类别之间的分散度（例如c和d）：这里，tr(A)为矩阵的迹（或迹数），为矩阵主对角线上各个元素的总和。在存在多个类的情况下，需要在类之间进行两两组合计算分散度，最后计算平均分散度计算分散度的目的是选取适合分类的最佳波段组合或子集2023年4月7日影像分类45类的可分性度量变换分散度（TransformedDivergence）无关的易分离的类会加大平均分散度，这会误导分析人员将次佳的特征子集当做最佳子集。因此有必要计算变换分散度：ENVI使用该度量参数进行判别，其参数值的范围在0～2.0之间。相应地，上述公式变为：类的可分性度量Bhattacharya距离：两个随机分布特征之间距离的公共度量。若两个随机分布的概率密度函数为p1(x),p2(x)，则假定这些类别符合高斯正态分布，则对于大小分别为n1，n2的类别C1，C2，具有均值m1,m2和标准差σ1，σ2，从而有这里，B值的分布处于半开区间[0,∞)。通过引入一种简单的变换，可使其分布于[0,2]的闭区间，这一变换即称为Jeffries-Matusita距离，简称J-M距离J=0表示两种分布完全相关，J=2表示两种分布完全无关。J

值越高，两个类别之间的可分性越好。2023年4月7日46影像分类ENVI创建训练样区及类别可分性度量步骤打开待分类影像并进行目视分析运用ROITools创建ROI从多波段假彩色合成影像上获取ROI从二维散点图中获取ROI2023年4月7日影像分类47ENVI创建训练样区及类别可分性度量步骤训练样本可分性评价变换分散度（TD）J-M距离ExportROIston-DVisualizer2023年4月7日影像分类48ENVI监督分类算法2023年4月7日影像分类492023年4月7日影像分类50算法1：平行多面体分类（Parallelepipedclassifier）其中，c

=

1，2，3，…，m，为类的顺序编号k

=

1，2，3，…，n，为类的波段编号a为比例系数2023年4月7日影像分类51平行多面体分类算法由预设的训练样本计算各个分类类别的均值矢量和标准差矢量，并据此构造各个类别的平行多面体并排序对于所有n个波段来说，如果像元矢量落在由一个类的均值矢量和标准差矢量所界定的值域范围内，那么该像元就被划分到这个类当中去。否则，使像元矢量依次与后面几个类按照其类均值矢量和标准差矢量界定的值域范围进行比较，直到其落到某一类别的值域范围之内为止。否则，像元矢量不满足任何一种类别值域范围的要求，归为未知类。缺点：边界的重叠；不能完整覆盖整个特征空间。2023年4月7日影像分类52未分类重叠分类平行多面体分类算法2023年4月7日影像分类53分类算法2：最小距离分类器

（Minimum-Distance-To-MeanClassifier，MDC）根据训练样本得到各个类别的类中心（均值矢量）依次计算各个像元矢量与各个类中心的欧几里得距离比较距离并进行排序根据排序结果将像元归类到距离最小的那个类别中去。特点：运算量、运算时间与分类数目、参加分类的波段数成正比。缺点：未考虑光谱空间的相关性和方向性问题。2023年4月7日影像分类54分类算法3：最大似然分类器

（MaximumLikelihoodsClassifier，MLC）

基于概率论，每个像元存在属于所有类别的概率假设各个类别训练数据都呈现关于类均值矢量和协方差矩阵参数的n维高斯正态分布。根据像元矢量和上述假设可利用n维正态分布函数计算像元矢量属于各个类别的概率。比较各个类别的概率值，并将像元划归到概率最大的那个类别当中去。2023年4月7日影像分类55贝叶斯（Bayes）判别准则将像元矢量X属于类的条件概率记为如果

对于成立，则2023年4月7日影像分类56Bayes判别准则已知先验概率一般假定条件概率密度函数满足Gauss正态分布假设Bayes条件概率公式

为X属于ωi

类的概率，也称后验概率。

P(X)是一与类别无关的公共因子，实际运算中可以忽略。因此，Bayes判别准则：的条件是：2023年4月7日影像分类57Bayes判别准则n

维多光谱空间条件概率密度函数（Gauss正态分布）式中n

为参加分类的特征数（或波段数）；Mi和σi分别代表各类的均值向量和方差向量，并有式中是类的像元数，j为像元标号。对上述贝叶斯判别准则取对数，则得到判别函数只要

，且，像元X就属于第i类。类和类之间的判别界面：亦即马哈拉诺比斯距离2023年4月7日影像分类58Bayes准则先验概率：最大似然分类器Bayes判别函数允许为特定的特征类别赋予一个先验概率权值。缺省情况下，所有特征被赋予相等的概率权值（值为1）。在特征编辑器中的(probability)列中赋值。2023年4月7日影像分类59监督分类结果及其特征空间划分2023年4月7日影像分类606.4.

非监督分类(UnsupervisedClassification)概念：源于聚类分析（clusteringanalysis）的思想，是指在没有任何先验知识的情况下，首先仅依据影像上地物的光谱特征，顺其自然地完成分类。然后在后处理阶段再对已分出各类地物的顺序编码进行重新编码和归并，以达到分类要求。基本方法和步骤确定分类数，根据分类数确定各个类别的初始类中心（类均值矢量）依次计算影像上各个像元特征矢量与各集群（cluster）中心之间的距离，进行距离比较，确定与中心距离最近的类别作为这个像元矢量的所属类别，然后将影像像元全部归并到对应类别中去；根据各个类别中实际拥有的像元矢量集合的规模和平衡问题，进行大类别的分裂和小类别的合并处理，重新确定各个类别的类中心，并计算新的类别均值矢量；比较新的类别均值与原类别均值的差异，若位置明显发生改变，则以新的类别均值作为聚类中心，回到第3步，进行迭代操作；否则如果聚类中心不再变化，或者迭代操作到达预定的次数时，计算结束。

2023年4月7日影像分类61初始类别参数的选定初始类别参数类型：类别中心（类均值矢量）和方差矢量选定方法：像素光谱特征比较法总体直方图均匀定心法最大最小距离选心法局部直方图峰值定心法2023年4月7日影像分类62像素光谱特征比较法按一定采样策略选定一定数目光谱差异明显的影像像元，作为初始分类样本集，并取得类均值矢量。给定一个光谱相似性比较阈值函数（一般可取欧氏距离），依次对影像中各个像元与按照初始类中心进行相似性比较，若该像元与其中一个已建起的初始类别相似，则将其归类到该集群中；若与任何一个类别都不相似，则以该像元为中心建立一个新的初始类别，并加入到初始分类样本集中去。当聚类过程完成后，每个已经建立起来的初始类别都包含了一定的成员，据此可统计其类中心均值及其方差矢量。63影像分类2023年4月7日总体直方图均匀定心法设多光谱影像总体直方图的均值和方差分别为现假设需要有Q个初始类别，每个初始类别中心位置可按下式确定特别地，当Q=5时，该法所选定的初始类别中心通过整体集群中心的一条直线均匀散布，并基本位于整个集群的范围之内。2023年4月7日影像分类64总体直方图均匀定心法

二维特征空间中的形式用户确定的聚类数2023年4月7日影像分类65总体直方图均匀定心法三维特征空间中的形式BandABandBBandC2023年4月7日影像分类66最大最小距离选心法基本思路：使各初始类别之间，尽可能地保持远距离。为此，首先在整幅影像中按一定方式（如等间隔）获取一个样本的像素集合，然后按照以下步骤进行选心处理：取样本集中某一像元，作为第一个初始类别的中心；计算该样本点与影像中其他所有像元之间的光谱空间距离，取与之距离最远的那个样本点作为第二个初始类别中心；对于剩余的每个样本点，计算它到已有各初始类别中心的距离，再对所有各个剩余点的最小距离进行相互比较，取其中最大者，并选择与该最大的最小距离相应的样本点，作为一个新的初始类别中心点；重复上面的步骤，直到初始类别的个数达到所需要的个数为止。2023年4月7日影像分类67局部直方图峰值定心法基本思路：由于整幅遥感影像总体直方图的分布是由各类别直方图叠加而形成的，而每个类别的类中心一般位于本类别直方图的峰值位置，而在该位置处的总体直方图往往会出现局部峰值。步骤：获取影像数据的样本集；建立总体直方图；搜索直方图局部峰值2023年4月7日影像分类68分类算法1：迭代自组织数据分析算法

（IterativeSelf-OrganizingDataAnalysisTechniquesAlgorithm,ISODATA）思路：聚类、分裂、合并步骤：确定基本运算参数类别数最大迭代次数各类别最小样本数集群分裂标准集群合并标准根据基本运算参数，采用总体直方图均匀选心法自动选取初始类中心聚类处理：按照距离判别函数将所有像元划归到各个类别中去类别的取消处理：当类别成员数少于一定数目，即予取消；迭代次数阈值分析：判别迭代次数是否达到预先规定的数量，或者前后两次迭代结果近似，若如此则过程结束；否则继续下面的步骤类别的分裂处理：当类别成员数多于一定数目，使类别标准差超过一定阈值即予分裂，由此使新的类均值和方差为类别的合并处理。类间距小于一定的阈值，则定义新的合并类的均值和方差为回到步骤3，进行新一次迭代运算，直至无需进行分裂和合并处理，或者达到最大迭代次数阈值为止。2023年4月7日影像分类69初始类中心数据密度大小初始类边界ISODATA算法中2023年4月7日影像分类70ISODATA算法新的多波段类均值或者类中心新的类边界2023年4月7日影像分类71ISODATA算法对光谱空间的划分结果1次迭代的结果20次迭代的结果ENVI非监督分类ISODATA预设参数类别数量范围最大迭代次数变换阈值类别中最小像元数最大分类标准差类均值之间的最小距离合并类别最大值距离类别均值的最大标准差允许的最大距离误差（可选）2023年4月7日影像分类72ISODATA分类算法实现对特征光谱空间的划分2023年4月7日73影像分类2023年4月7日影像分类74典型算法2：K均值算法（K-Means）

基本思路：通过迭代，移动各个基准类别的中心，直至得到理想分类结果为止。属于ISODATA方法的简化形式算法步骤：按照预设类别数选择初始类中心均值矢量，迭代次数计数为1；在第k次迭代中，将像元一次归入绝对值距离最小的一个类别当中去，根据均值和方差确定拒绝超出阈值的像元；利用归入各个类别中的全部像元矢量得到各个新的类中心均值矢量；迭代计数增1比较前后两次迭代所得各个类中心的距离，如果类中心距离小于规定阈值，或者达到预定的迭代次数，则迭代运算结束，否则回到第2步，继续迭代直至达到最大的迭代次数。算法实现：ERDASImagine无ENVI/IDL有PCIGeomatica有ENVI非监督分类K-means：使用聚类分析方法随机查找类中心和类均值矢量，然后通过迭代运算对类中心进行重新配置，进而完成分类过程。配置参数分类数最大迭代次数距离类别均值的最大标准差允许的最大距离误差2023年4月7日影像分类752023年4月7日影像分类766.5.模糊分类(FuzzyClassification)若用X表示一个全集，其中的元素表示为x，也就是。X对于包含其中的经典集合A的隶属度（membership）通常可看作是

中的一个二元特征函数xA，当且仅当

。相反，X对于模糊集合B用隶属度函数（membershipfunction）fB规定化，每个x对应0～1之间的一个实体。fB(x)的值越接近1，x属于B的可能性就越大。因此，模糊集并没有严格的边界界定，一个像元（X

集合中的一个元素）可以部分地隶属于几个类别。模糊分类与传统硬分类（包括监督分类与非监督分类）的异同相同点：训练特征空间划分不同之处：决策vs

隶属度混合像元中包含多种组成类的信息可选择异质混合区域作为训练区模糊集理论2023年4月7日77模糊分类的地理学依据很多地理现象呈现空间上逐渐变化的特点，地理区域之间的界限都是模糊的、渐变的，且对界线的认知本身也因人而异、存在一定的差异例如：兰州地区自南向北自然植被之间的渐变性关系：高寒草甸——亚高山灌丛——亚高山针叶林——针阔混交林——落叶阔叶林——山地草原——荒漠草原影像像元可根据其所包含地物的性质分为纯像元和混合像元在北半球中高纬地区模糊分类模糊分类与传统硬分类的异同2023年4月7日影像分类782023年4月7日影像分类79基于最大似然法的模糊分类方法光谱空间的划分结果实际上是得到总体为X的一系列模糊集合F1，F2，…，Fm，其中的每个x是X的一个元素，并且式中，m是训练类的个数，fF1是模糊集合的隶属度函数。2023年4月7日影像分类80基于最大似然法的模糊分类方法像元ABCDEFGH……水体0.000.000.000.000.000.000.000.00……工业用地0.000.000.000.000.000.000.000.00……居民地0.000.000.000.000.990.640.480.24……林地0.990.670.540.000.000.130.000.00……草地0.000.330.450.870.000……牧场0.000.000.000.000.000.000.000.14……裸土0.000.000.000.120.000.000.350.62…………像元性质纯混合混合混合纯混合混合混合2023年4月7日影像分类81模糊分类隶属函数的确定模糊统计法模糊分布函数专家打分法推理法二元对比排序法模糊统计法模糊统计试验要求在每次试验下，对u0是否属于A做一个决定性的判断。经过n次试验以后，可计算出u0对A的隶属频率一般地，随着n的增大，隶属频率呈现稳定性。隶属度分布函数2023年4月7日影像分类822023年4月7日影像分类83ERDASImagine模糊分类2023年4月7日影像分类846.6.分类后处理与精度评价分类后处理的意义：监督分类或非监督分类的结果图中总会产生大量而散乱分布的微小图斑，称为“椒盐（pepperandsalt）现象”。在专题制图过程中，如果既要保持良好的制图质量又要保持所需要的精度，就必须对这些微小图斑进行剔除。分类后处理方法和步骤：监督分类聚类统计（clump）：通过对分类专题影像每个分类图斑面积的计算、邻域最大图斑面积的分类值记录等操作，产生一个clump类组输出影像，其中每个图斑都包含clump类组属性，用于进一步处理。过滤分析（sieve）：对经clump处理后的clump类组，按照定义的数值大小，剔除其中面积较小的类组图斑，并给所有小图斑赋予新的属性值0，亦即未分类状态。去除分析（eliminate）：删除原始分类影像中的小图斑或clump聚类中的小clump类，经过eliminate处理后，分类图斑的属性值自动恢复为clump处理前的原始分类编码。非监督分类分类重编码（recode）：将专题分类影像与原始影像对照，人工判断每个分类的专题属性，然后对相近或类似的分类通过影像重编码进行合并，并定义分类名称和颜色。ENVI分类后处理2023年4月7日影像分类85ENVI分类后处理更改分类颜色设置聚类处理（Clump）过滤处理（Sieve）主要/次要成分分析：Majority分析采用卷积滤波的方法将较大类别中的待分类像元归到此类中，定义一个变换核尺寸，用变换核中占主要地位（像元数最多）的像元类别代替中心像元的类别。Minority分析则将变换核中占次要地位的像元的类别代替中心像元的类别。Combineclasses：选择性地合并分类类别。分类统计（classstatistics）：基于分类结果计算相关输入文件的统计信息，包括基本统计、直方图统计和协方差统计。分类叠加（overlayclasses）：可将分类结果的各种类别叠加在一幅背景影像上，更好地展示分类结果。2023年4月7日影像分类866.6.2.精度评价（accuracyassessment）造成分类不准确的原因误分类土地利用分类体系设计不合理，同物异谱、异物同谱现象的存在分类特征选取不当，造成类别可分性不足分类算法质量不高数据源季相差异训练区样本的选取质量过渡区与混合像元问题影像预处理质量不高几何校正辐射校正边界不准确几何精纠正与配准问题参考数据不准确定位不准确定性不准