光谱分辨率对地物分辨能力的影响分析.pdf

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1、第29卷第7期测绘科学V01．29No．72004年12月ScienceofSunreyingandMappingDec光谱分辨率对地物分辨能力的影响分析肖平①，方勇②，王旭红①(1．陕西省基础地理信息中心，西安710054；2．西安测绘研究所，西安710054)【摘要】对高光谱数据进行地物识别处理时，如果直接采用原始观测值进行分析，由于相邻波段之间相关性强，进行地物识别时需要大量的训练样本，而且对于一些分布较少的地物类别则无法处理，因此需要通过特征选择来消除数据中存在的冗余，提高数据分析效率。本文针对在不同光谱分辨率条件下，对典型地物分辨能力

2、的统计，分析了光谱分辨率对地物自动识别能力的影响情况。同时通过模拟数据的办法比较了高光谱数据和多光谱数据(以TM数据为例)对地物光谱特征的描述能力，指出高光谱数据存在的优势。通过本文的研究，为高光谱遥感技术在地物自动识别方面的应用提出了初步的方向。【关键词】高光谱数据；光谱分辨率；特征选择；地物识别【中图分类号】P23【文献标识码】A【文章编号】1009．2307(2004)07．0050-03．，．一个光谱段间隔分辨率图像(光谱分辨率约为28nm)；⑤20个1“9光谱段间隔分辨率图像(光谱分辨率约为56nm)；⑥模拟TM对高光谱数据进行地物识

3、别处理时，如果直接采用原图像(利用PHI资料进行模拟，光谱分辨率参照表1)，统计始观测值进行分析，由于相邻波段之间相关性强(参见图在不同光谱分辨率下具有物质组分典型差异的地物要素(81)，容易引起数据处理得不到预期的结果(如图2中的a，种：屋顶1、屋顶2、树林、水塘、道路、耕地、沙地、草造成地物之间的分离度为一1)。而且进行地物识别时需要地)的分离程度，进而分析光谱分辨率对地物自动识别能大量的训练样本，对于一些分布较少的地物类别则无法处力的影响。根据统计规律发现，随着光谱分辨率降低，相理，因此有必要通过特征选择来消除数据中存在的冗余，关性呈下降

4、趋势，所以降低光谱率能达到减弱相关性的提高数据分析效率。为了分析光谱分辨率对地物分辨能力目的。的影响，首先采用主成份变换克服高光谱数据中存在的强对于高光谱数据特征选择的效果，这里采用类别间分相关。然后通过分析在不同光谱分辨率下具有物质组分典离度作为判别标准。类间分离度是反映各类别在特征空间型差异的地物要素(8种：屋顶1、屋顶2、树林、水塘、道可分辨情况的描述，它尤其适用于特征选择，好的特征将路、耕地、沙地、草地)的分离程度来分析光谱分辨率对使各类别之间尽可能被分开，减少类别间的重叠。目前类地物自动识别能力的影响。间分离度的描述算子比较多，常用的

5、包括散度、归一化散度、B距离、卜—肘距离等，它们均满足当两类完全不交叠时距离取最大值，两类分布密度相同时距离取零的条件。以M距离为例：％=2(1一e邛)曰=如叫T(毕)。1(他一mJ)+÷ln图l高光谱数据的相关性统计∥邪习其中：(机载PHI资料。l加个通道)i，J表示类别i，J；2光谱分辨率对地物分辨能力的影响mi为类i的均值；∑为类i的均方差矩阵。通过采用以下6种方案：①原始图像(光谱分辨率约为当K=2时，表示类别i，J完全可分；而当％=O时，2．3—5．8nm)；主成份图像(第1，2，3主分量图像)；③5表示i，J完全不可分。通过统计在高

6、光谱特征选择前个光谱段间隔分辨率图像(光谱分辨率约为14nm)；④10后分离度的改变，可以作为特征选择的评定标准之一。收稿日期：2004．11．10增刊肖平等：光谱分辨率对地物分辨能力的影响分析51表1．IM资料基本参数3实验情况及分析1)不同光谱分辨率对比图2给出了不同方案得到的结果，比较可见，随着光谱间隔加大(口．e)，即光谱分辨率的降低，波段之间相关性降低，而平均地物分离度也随之降低，相对而言，适当的光谱间隔(如5个波段间隔)分辨率的数据能够取得较好的结果。由于本次实验数据的质量较差，主要是条带噪声和其它噪声非常严重，因此严重影响了主成分

7、变换结果，其中第二分量主要是噪声，因此严重影响了分析结果。(a)原始数据地物分离度(b)主成分图像地物分离度(c)5个光谱段间隔地物分离度(d)10个光谱段间隔地物分离度(e)20个光谱段间隔地物分离度(f)模拟TM图像地物分离度图2不同光谱分辨率下地物分离度统计2)高光谱数据与多光谱数据对比过对比可见，高光谱影像在反映地物光谱特性能力方面较相对于高光谱数据，模拟TM数据的平均地物分离度7IM影像有了实质性的提高。严重降低。地物之间混淆程度加大，在高光谱数据空间完4结束语全可分的地物在TM空间不能完全可分(参见图2中的(f))。以植被为例(参见

8、图3)，高光谱影像体现了植被在通过研究和试验可以得出以下结论：对于光谱分辨率，工作波段范围内连续、详细描述了光谱特性，而删影像不是越高越有利于地物要素