遥感典型地物提取综述

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1、考虑地物光谱多样性的遥感影像典型地物提取方法综述摘要光谱信息是遥感影像用于分类、地物提取和目标识别的最主要信息，然而在遥感高精度分类研究中，特别面对大区域（全国或全球尺度）地表分类时，由于地表情况复杂，地物光谱多样性问题突出，在对遥感影像进行具体处理时往往难以实现高精度的地物识别。例如对于水体而言，海洋水体和内陆水体会由于水体成分的不同而使得其具有不同的光谱特征。植被由于其具有物候特征，光谱往往会随着季节的变化而变化，城市不透水层由于建筑物材料的差异以及大量的建筑物阴影使得地物光谱之间具有较大的差异。这些由于空间或时间引起的地物光谱多样性特征会随着研究范围

2、的增大而变得更加突出。本文从基于像元级与基于亚像元级两个方面对地物提取研究进行综述，系统的介绍了当前国内外在考虑地物光谱多样性典型地物提取的研究进展，为后续的研究提供参考。关键词：遥感，光谱多样性，水体，植被，建筑物，像元级，亚像元级1.引言：光谱信息是遥感影像用于分类、地物提取和目标识别的最主要信息，然而在遥感高精度分类研究中，特别面对大区域（全国或全球尺度）地表分类时，由于地表情况复杂，地物光谱多样性问题突出，在对遥感影像进行具体处理时往往难以实现高精度的地物识别。例如对于水体而言，海洋水体和内陆水体会由于水体成分的不同而使得其具有不同的光谱特征。植被

3、由于其具有物候特征，光谱往往会随着季节的变化而变化，城市不透水层由于建筑物材料的差异以及大量的建筑物阴影使得地物光谱之间具有较大的差异。这些由于空间或时间引起的地物光谱多样性特征会随着研究范围的增大而变得更加突出。制约遥感影像上地物信息准确提取的最主要因素之一便是遥感影像上广泛存在的“同物异谱”现象，该现象产生的原因主要有：（1）地物自身属性随着空间-时间的变化而发生变化，即是该课题所研究的地物光谱多样性特征；（2）地物由于临近效应，大气散射等使得遥感影像上地物所表现出来的光谱特征相对于其原有光谱特征发生变化。原因（1）是导致“同物异谱”现象最主要的原因，

4、因此在对遥感影像进行处理中如果能够解决地物光谱多样性问题，其实也就很大程度上解决了遥感影像上的“同物异谱”问题。地物光谱多样性并不是毫无规律的，以落叶植被为例，在一年的周期里，落叶植被的叶绿素含量呈现出先增加后减少的自然规律，反映在遥感影像上为植被在绿光波段的反射率会先增加后减小。对于水体而言，无论是清澈水体还是浑浊水体，其在中红外波段区间的反射率都趋近于0。除此之外，对于不同地物的光谱多样性特征还有很多有待探索的规律。随着空间科学技术，信息技术以及传感器技术的发展，现已经能够获取到一些具有三高特性（高空间分辨率、高光谱分辨率和高时间分辨率）的遥感影像。这

5、为我们深入分析地物光谱多样性特征随着地物时空分布的不同所呈现出来的变与不变的内在规律提供基础。同时，由于光谱可变会严重影响混合像元分解中地物丰度估计的结果，因此关于光谱多样性问题在软分类领域已有较多研究，如近年来提出的CoB、EAR、IES等最有代表性端元光谱选取方法，能够从地物光谱库中找到地物光谱在某些波段区间的不变规律，以此筛选出最具有地物代表性的端元光谱。除此之外，软分类领域涉及解决地物光谱多样性问题的具体方法还有很多，这都为遥感影像上地物光谱多样性问题的解决提供了思路和参考。1.典型地物光谱规律探索地物光谱多样性特征是指同一种地物在时空中往往呈现出

6、多样化的光谱特征，地物光谱多样性体现在遥感影像上即为“同物异谱”、“端元可变(endmembervariability)”、“光谱可变(spectralvariability)”等现象。地物光谱的多样化并不是毫无规律的，其与时间、空间之间一定存在着某些变与不变规律。对于水体而言，传感器接受到的水体辐射包括了水面反射、水体底部物质反射和悬浮物反射，因此光谱吸收和透射特性不仅与水体本身性质有关，还受到水中各类有机物和无机物的影响(Davis等,1978;Palmer等,2015;Villa等2015)。浑浊水体随着水中悬浮泥沙浓度及粒径的增加，反射率也逐渐增加

7、，反射峰向长波方向移动，成为“红移”，至0.8um附近，由于水体对红外辐射的强烈吸收，反射率急剧衰减，“红移”现象终止（王伟武，2006;邢小罡等,2007;王繁,2008）。植被的光谱反射特性由其化学和生态学特征决定，健康的植被有着明显的光谱特征：在可见光蓝波段0.45um和红光波段0.67um附近各有一吸收谷值，绿光波段0.55um附近有反射率为10-20%的一个峰值：在红光波段0.7um附近反射率值迅速升高，并且在近红外0.8-1.0um间有一个反射率为50-60%的较宽反射坪；之后在1.4um、1.9um和2.7um出现三个强烈的水吸收波段（Lil

8、lesand等,2014;Das等,2013）。对于不透水层，城市