濕地遙感影像的特征和樣片庫的建立綜述

熊永榮

摘 要：濕地是地球必不可少的生態系統，而利用遙感影像對其進行分析能有效節約時間。對于遙感影像的特征分析和提取是研究濕地的關鍵，因此此項工作具有實際意義和應用前景。而建立有效的樣片庫，使得特征數據得到了有效地管理和調用。

關鍵詞：濕地；遙感影像；特征提取；樣片庫

1.引言

濕地自然生態系統與森林、海洋并列為世界三大生態系統被譽為“地球之腎”[1]。遙感對地觀測技術，是從空中（或宇宙空間）對地球進行觀測的技術， 包括大氣空間及地球體[2]。利用衛星遙感技術對大面積濕地資源及其生態環境進行動態監測和分析具有顯著優勢[3]。濕地的識別與信息提取是遙感技術在濕地資源監測中的最基本也是最重要的應用[4]。在遙感影像的分類識別過程中，圖像的各種特征提取技術在其中扮演了重要角色。遙感影像特征提取主要包括三個部分：光譜特征提取，紋理特征提取以及形狀特征提取。光譜信息反映了地物反射電磁波能量的大小，是圖像目視判讀的基本依據。紋理是圖像的重要特征之一，它反映了圖像灰度的性質及其空間關系，是圖像中一個重要而又難以描述的特性。而有關遙感影像樣片庫的建立，有特征庫、紋理庫和空間數據庫。本文主要討論光譜特征和紋理特征及其提取，并討論有關樣片庫的建立。

2.光譜特征

光譜特征是遙感應用的基礎，通過該光譜數據 庫及對其進行基于圖形界面的分析，用戶可以開展各種專題信息的查詢和數據分析，為遙感應用服務光譜特征是圖像中目標物的顏色及灰度或者波段間的亮度比等，它通過原始波段的點運算獲得。光譜特征的特點是，它對應于每個像素，但與像素的排列等空間結構無關。光譜特征是一種地物區別于另一種地物的本質特征，是組成地物成分、結構等屬性的反應，正常情況下不同地物具有不同的光譜特征（在一些特殊情況下會出現同物異譜、同譜異物現象），因此根據地物光譜特征可以對遙感圖像進行特征提取。在遙感圖像的所有信息中最直接應用的是地物的光譜信息，地物光譜特性可通過光譜特征曲線來表達。遙感圖像中每個像素的亮度值代表的是該像素中地物的平均輻射值，它隨地物的成分、紋理、狀態、表面特征及所使用電磁波的不同而變化。

3.紋理特征

紋理是圖像的重要特征之一，它反映了圖像灰度的性質及其空間關系，是圖像中一個重要而又難以描述的特性。與其他圖像特征相比，紋理特征是一種不依賴于物體表面色調或亮度、反映圖像灰度的空間排列分布模式、能夠放映圖像中同質現象的視覺特征。以紋理為主導的圖像稱為紋理圖像。通常由各種觀測系統獲得的圖像大多是紋理圖像。很多自然景物圖像也可以看成紋理圖像。

4.提取方法

常用的光譜特征提取主要有以下兩種方法，主成分分析法和基于遺傳算法的特征提取。主成分法師在統計特征基礎上的多維（如多波段）正交線性變換，也是遙感數字圖像處理中最常見的一種算法；基于遺傳算法的特征提取是一種結合了遺傳算法子空間搜索功能的低階特征提取算法，它不但包括了光譜特征提取功能，還結合了空間濾波和增強，可以對其他特征進行提取。

常用的紋理特征提取方法就有以下四種方法，灰度共生矩陣法、Laws紋理能量法、空間自相關函數法和波變換以及小波包變換方法。基于遺傳算法的特征提取式一種結合了遺傳算法子空間搜索功能的低價特征提取算法，它不但包括了光譜特征提取功能，還結合了空間濾波和增強，可以對其他特征進行提取[5]；Laws紋理能量法是根據一對像素或其領域的灰度組合分布紋理測量的方法，常稱為二階統計分析方法。空間自相關函數法，紋理常用地物表面結構的粗糙性是紋理的一個重要特征，其粗糙性的程度與局部結構的空間重復周期有關，它是計算紋理測度的一種基本方法；波變換以及小波包變換方法是小波變換的的推廣，其理論和算法都是基于小波變換的。小波變換能夠 在所有的頻率范圍進行聚集，不但保留了小波分解的多分辨率特性，而且充分利用了紋理圖像豐富的細節信息，對遙感圖像的紋理特征進行提取更具有優勢。特征提取是對天體輻射能量測量指標的分解、重組和選擇的過程，關鍵環節有：（1）特征的檢測和定位；（2）特征的表達。按照特征的表達方式，已有的光譜特征提取方法本質上可分為統計約簡法、

特征譜法和譜線法。在特征提取方法的選擇上，需要考慮的問題有：挖掘結果物理意義的可解釋性，自動處理的效率，對噪聲和畸變的穩健性，以及適用性等。例如，統計約簡法的優點是一般均有比較自動化的步驟，易于操作和使用，但是如果使用的時候不考慮光譜處理的科學問題需求，則易于陷入從輸入到輸出的純“黑盒”式數字游戲，導致結果失去物理意義；譜線法的典型優點是物理意義強，基于譜線法的光譜挖掘研究易于集成天文學家的先驗知識，缺點是譜線提取的穩健性易受噪聲和畸變影響，線比分類法的適用性往往受光譜紅移范圍限制。

5.樣片庫的建立

（1）樣片庫大體有光譜遙感數據庫，紋理特征庫。建立地物光譜數據庫，運用先進的計算機技術來管理和分析各種典型地物的光譜數據信息，是提高遙感信息的分析處理水平并使其能得到高效、合理之應用的一個有效途徑。并且有對應的光譜數據庫系統，光譜數據庫系統的基本功能有數據庫編輯 ，光譜數據輸入 ， 數據格式轉換數據，查詢光譜曲線及參數顯示光譜曲線及參數表輸出包括打印輸出和文件輸出兩種方式常規數據處理和數據分析應用程序接口系統服務和系統維護等 。

（2）紋理通過灰度空間分布特性反映了圖像空間結構特征，不同地物的紋理庫也是不同的。影像紋理是遙感影像中的重要信息，原始的光譜信息加上紋理信息可以提高影像的精確性。作為提高影像分類精度的重要方法，紋理分析，合理有效地使用紋理分析方法至關重要。不同的紋理分析方法，不同程度的提高影像分類的精度。并對紋理特征進行分類，根據灰度共生矩陣建立紋理庫。

6.結語

遙感影像的特征對于分析影像非常重要，利用光譜遙感影像的特征直觀分析，紋理特征不依賴色調或色度，用于分析地物的結構和排列。通過特征的提取可以有效地降低數據空間的維數，從而快速、準確地對遙感圖像進行分類識別。而光譜數據庫和紋理特征庫的建立，有效地管理和整合了有關的特征信息。

參考文獻：

[1] 張良培，李翠琳.基于小波變換的影像紋理特征提取試驗. 測繪信息與工程，2005，（6）.

[2] 裴亮，譚陽.輔以紋理特征的遙感影像神經網絡分類. 測繪與空間地理信息，2008，（4）.

[3] 楊玉禁，馮建輝.紋理特征提取及輔助遙感影像分類技術研究. 海洋測繪，2008，（4）.

[4]許真，孫韶媛，代中華，等.基于紋理特征庫的微光圖像色彩紋理傳遞. 東華大學信息科學與技術學院，上海 2016，（2）.

[5]李幸麗， 杜培軍， 張華鵬. 典型光譜數據庫的建立及其圖形界面分析.中國礦業大學 GIS與遙感科學系， 2010，（8）.endprint