基于CNN和农作物光谱纹理特征进行作物分布制图

以卷积神经网络（Convolutional Neural Network, CNN）为代表的深度学习技术，在农作物遥感分类制图领域具有广阔的应用前景。以多时相Landsat 8 多光谱遥感影像为数据源，搭建CNN模型对农作物进行光谱特征提取与分类，并与支撑向量机（SVM）常规分类方法进行对比。进一步引入影像纹理信息，利用CNN对农作物光谱和纹理特征进行提取，优化作物分布提取结果。实验表明：① 基于光谱特征的农作物分布提取，验证结果对比显示，CNN对应各类别精度、总体精度均优于SVM，其中二者总体精度分别为95.14%和91.77%；② 引入影像纹理信息后，基于光谱和纹理特征的CNN农作物分类总体精度提高至96.43%，Kappa系数0.952，且分类结果的空间分布更为合理，可有效区分花生、道路等精细地物，说明纹理特征可用于识别不同作物。基于光谱和纹理信息的CNN特征提取，可面向种植结构复杂区域实现农作物精准分类与分布制图。     

基于CNN和农作物光谱纹理特征进行作物分布制图

以卷积神经网络（Convolutional Neural Network, CNN）为代表的深度学习技术,在农作物遥感分类制图领域具有广阔的应用前景。以多时相Landsat 8 多光谱遥感影像为数据源,搭建CNN模型对农作物进行光谱特征提取与分类,并与支撑向量机（SVM）常规分类方法进行对比。进一步引入影像纹理信息,利用CNN对农作物光谱和纹理特征进行提取,优化作物分布提取结果。实验表明：① 基于光谱特征的农作物分布提取,验证结果对比显示,CNN对应各类别精度、总体精度均优于SVM,其中二者总体精度分别为95.14%和91.77%;② 引入影像纹理信息后,基于光谱和纹理特征的CNN农作物分类总体精度提高至96.43%,Kappa系数0.952,且分类结果的空间分布更为合理,可有效区分花生、道路等精细地物,说明纹理特征可用于识别不同作物。基于光谱和纹理信息的CNN特征提取,可面向种植结构复杂区域实现农作物精准分类与分布制图。     

基于多时相Landsat 8 OLI影像的农作物遥感分类研究

时序遥感数据及地物细微光谱特征对于提取作物分布有重要作用,基于此,利用多时相Landsat 8 OLI影像,结合光谱角填图和决策树分类提取大同市新荣区东部地区主要农作物分布情况,并与最大似然法提取的分布结果进行对比。研究发现:①研究区内春玉米、谷物、大豆和马铃薯种植面积依次减小并呈镶嵌式分布;②结合光谱角填图与决策树分类总体精度为85.34%,Kappa系数为0.76,与最大似然法结果相比,总体精度提高22.51%,Kappa系数增加0.31,分类结果与实际作物分布具有更好的一致性;③利用时序遥感影像进行作物分类的精度明显高于单时相遥感影像的分类精度,且从光谱角差异的角度分析时序数据可有效削弱中高分辨率影像物谱不一致现象的影响。研究结果验证了多时相遥感影像对农作物分类研究的积极作用,并发展了光谱角填图法结合决策树分类在中高分辨率遥感影像中进行农作物分类的用法,具有一定的应用前景。     

基于高分辨遥感数据的胡杨与柽柳树冠提取

胡杨、柽柳是干旱荒漠区生境的指示种,其树冠提取是荒漠生境遥感定量监测的基础。以塔里木河下游胡杨、柽柳为研究对象,基于QuickBird数据,使用光谱单数据源SVM、光谱结合纹理SVM、面向对象分类和最大似然分类法提取树冠。结果表明:1光谱结合纹理SVM比光谱单源SVM分类精度高9.65%,冠幅估测精度高7.18%,表明高分辨影像上纹理是提高分类精度的重要因素;2面向对象分类法精度最高,分类总体精度86.47%,较光谱单源SVM提高15.67%,较光谱结合纹理SVM提高6.02%,较最大似然法提高22.58%,其冠幅估测精度达87.45%。它兼顾面向对象影像分割与支持向量机方法优点,有效利用分割对象光谱、纹理和空间等信息,较好地解决了其他方法"同物异谱、异物同谱"造成提取树冠破碎的问题,使树冠提取具有较好的稳定性和较高精度。     

高光谱遥感影像纹理特征提取的对比分析

地物的“同物异谱”或“异物同谱”问题,使得仅仅依据高光谱影像的光谱信息较难得到理想的分类精度。纹理特征是地物空间分布的重要结构信息,能够一定程度上弥补光谱特征在高光谱遥感影像分类中的不足。纹理特征提取在高光谱遥感影像分类中得到了诸多发展,然而当前的纹理特征方法缺乏较为全面的对比分析。因此,选取旋转不变局部二值模式、简单线性迭代、扩展形态剖面、差分形态剖面、属性剖面、3D-Gabor、联合双边滤波和导向滤波共8种典型的纹理特征方法,利用印第安纳、帕维亚大学和雄安3个高光谱数据集设计分类实验,采用分类精度、计算时间、总体分类精度的标准差来进行定量评价。实验结果表明：扩展形态剖面的总体分类精度和计算速度整体上优于其他7种方法。     

结合像元形状特征分割的高分辨率影像面向对象分类

针对高分辨率遥感影像空间分辨率高,结构形状、纹理、细节信息丰富等特点,提出一种新的融合特征的面向对象影像分类方法来提取城市空间信息。基本过程包含以下4个方面:①提取影像的几何纹理等结构;②融合几何与纹理特征的面向对象影像分割;③提取对象的形状、纹理和光谱特征,并优选最佳特征子集;④最后基于支持向量机(SVM)完成面向对象的影像分类。通过对福州IKONOS影像数据实验,结果表明融入影像特征后的分割效果明显优于原始影像的分割结果,而信息最大化(mRMR)的特征选择能够快速地获得较好的特征子集。通过与eCognition最邻近分类方法比较,表明本文方法的分类总体精度大约提高了6%,效果显著。     

基于面向对象的多源卫星遥感影像玉米倒伏面积提取

风灾引起的玉米倒伏可能导致玉米大量减产,利用遥感技术准确监测玉米倒伏面积与空间分布信息对灾情的评估非常重要。利用Planet和Sentinel-2影像分别结合面向对象与基于像元方法提取研究区玉米倒伏,同时评估了不同影像特征（光谱特征、植被指数和纹理特征）与不同分类方法（支持向量机法SVM、随机森林法RF和最大似然法MLC）对玉米倒伏提取精度的影响。结果表明：(1)使用高空间分辨率的Planet影像进行玉米倒伏提取的精度普遍高于Sentinel-2影像;(2)从分类精度和面积精度来看,Planet影像的光谱特征+植被指数+均值特征结合面向对象RF分类,总体精度和Kappa系数分别为93.77%和0.87,面积的平均误差最低为4.76%;(3)采用Planet和Sentinel-2影像结合面向对象分类提取玉米倒伏精度高于基于像元分类。研究不仅分析了面向对象方法的优势,还评估了使用不用影像数据结合面向对象方法的适用性,可以为遥感提取作物倒伏相关研究提供一定的借鉴。     

山东省寿光市滨海地区盐田信息提取方法研究

山东省寿光市滨海地区盐田水体因含盐度高,其光谱特征与海域水体及其他地物差异大,光谱特征显著;盐田系人为建造,排列整齐\,几何特征明显,遥感影像上表现为纹理特征显著(棋盘状纹理、条纹状纹理),纹理指标可计算性强。首先采用缨帽变换方法增强光谱信息,采用定向滤波及灰度共生矩阵方法增强纹理信息;其次基于增强的光谱与纹理信息,采用以面向应用为目的的感兴趣地物提取方法对研究区TM图像进行分类,将分类结果与仅依据纯光谱及仅依据纯纹理分类结果相对比,分类总体精度分别为90.8985%、84.9102%和60.4017%。结果表明:以面向应用为目的的感兴趣地物提取方法分类精度最高。     

基于核最小噪声分离变换的高光谱遥感影像特征提取研究

高光谱遥感影像具有高维非线性的特点,线性特征提取方法容易造成信息丢失和失真。在最小噪声分离变换(MNF)线性特征提取算法的基础上,引入核方法,提出核最小噪声分离变换(KMNF)高光谱遥感影像非线性特征提取方法。KMNF通过核函数,将样本映射到高维特征空间,在特征空间中运算线性MNF,实现原始空间中的非线性KMNF算法。进行基于KMNF的高光谱影像特征提取实验,分析样本个数对KMNF特征提取的效果,发现样本数量对KMNF特征提取的结果影响很小,较少的样本数即可达到较多样本时特征提取的效果。对比KMNF与MNF特征提取的效果,分析它们降维的效率与保留的信息量,发现KMNF总体降维效率与MNF相当,且体现出高光谱图像的非线性特征;在KMNF和MNF特征提取的基础上,利用SVM进行高光谱图像分类,KMNF+SVM的分类精度优于MNF+SVM。     

结合纹理特征的SVM样本分层土地覆盖分类

支持向量机(SVM)分类在精度、泛化性、高维数据处理等方面都具有较强的优势,在遥感影像分类中也得到了广泛应用。由于遥感影像“同物异谱”和“异物同谱”现象的影响,结合纹理特征提高SVM分类精度已成为遥感应用研究的热点。但不同尺度的纹理特征突出的信息不一,在同一尺度上难以区分的地物在多尺度空间则更容易区分,因此,采用多尺度纹理特征进行SVM分类,并从分类样本和纹理特征的选取两个方面探讨SVM土地覆盖分类的方法。首先,以ALOS影像为例,通过灰度共生矩阵提取不同尺度、不同方向的几种纹理特征;然后在光谱分类结果基础上,借助地类特征曲线,选取有效的多尺度纹理特征,最后进行样本分层分类。样本分层分类是选取首层样本进行分类,再从“漏分和错分”地块中选取新样本加入到首层样本中,得到第二层样本并对整个影像进行分类;用同样的方法选出第三层样本或更高层样本进行分类,直到结果满意为止。结果表明:该方法比仅用光谱特征的SVM分类总精度提高了8.11%,Kappa系数增加了0.11。其中,纹理特征的引入使分类总精度提高了4.13%,且对纹理特征较明显的地类更有效;采用样本分层后的分类总精度进一步提高了3.98%,且各单一地类的精度也都有不同程度的提高。借助地类特征曲线选择合适的纹理特征具有一定的可行性,并且采用样本分层的方法能够提高SVM分类的精度。     

基于GEE云平台和Sentinel-2数据的普洱市森林覆盖制图

快速准确获取森林的空间分布对评估森林资源和生态环境状况具有重要的意义。以云南省普洱市为研究区,基于Google Earth Engine(GEE)平台和Sentinel-2影像数据,结合实地调查数据、机载遥感数据及地形辅助数据,提取影像的光谱特征、纹理特征以及地形特征,通过特征筛选,得到适合森林分类的最优特征数据集。结合简单线性非迭代聚类（SimpleNon-Iterative Clustering,SNIC）超像素分割算法,探究不同分类方法、特征变量等因素对分类精度的影响。结果表明：面向对象分类方法的分类精度要优于基于像元分类方法,分类总体精度为88.21%,Kappa系数为0.87,可以较为准确地对普洱市进行森林覆盖制图。面向对象方法可以有效减轻“椒盐现象”,特征优选避免了冗余信息对分类结果的影响,有效提高了分类效率。GEE平台与面向对象方法结合可以提供大区域、高精度的森林覆盖遥感快速制图。     

基于子空间-粗集法的高光谱数据光谱与纹理特征优选

为提高光谱数据光谱信息和纹理信息利用率,提出基于自动子空间划分和粗集理论的光谱与纹理特征优选方法。该方法在传统子空间划分法的基础上,利用粗集约简思想对不同类别地物光谱特征进行约简,得到基于光谱的初选波段,再利用灰度共生矩阵法计算出初选光谱波段的纹理信息,并约简优选,得到基于光谱和纹理信息的终选波段。利用黑河生态水文遥感试验中所获取的机载高光谱数据CASI,开展该方法的实证研究。对原始光谱波段、初选光谱波段和终选波段进行SVM(Support Vector Machine)分类,结果表明:与原始光谱数据相比,经过光谱初选得到的初选波段和增加纹理优选的终选波段,总体分类精度分别提高了0.84%和2.78%,Kappa系数分别提高了0.01和0.035;对地物纹理信息进行深度挖掘可以进一步提高遥感影像分类精度。     

深度卷积神经网络特征提取用于地表覆盖分类初探

目的 地表覆盖监测是生态环境变化研究、土地资源管理和可持续发展的重要基础,在全球资源监测、全球变化检测中发挥着重要作用。提高中等分辨率遥感影像地表覆盖分类的精度具有非常重要的意义。方法 近年来,深度卷积神经网络在图像分类、目标检测和图像语义分割等领域取得了一系列突破性的进展,相比于传统的机器学习方法具有更强的特征学习和特征表达能力。基于其优越的特性,本文进行了深度卷积神经网络对中分辨率遥感影像进行特征提取和分类的探索性研究。以GF-1的16 m空间分辨率多光谱影像为实验数据,利用预训练好的AlexNet深度卷积神经网络模型进行特征提取,以SVM为分类器进行分类。分析了AlexNet不同层的特征以及用于提取特征的邻域窗口尺寸对分类结果的影响,并与传统的单纯基于光谱特征和基于光谱+纹理特征的分类结果进行对比分析。结果 结果表明在用AlexNet模型提取特征进行地表覆盖分类时,Fc6全连接层是最有效的特征提取层,最佳的特征提取窗口尺寸为9×9像素,同时利用深度特征得到的总体分类精度要高于其他两种方法。结论 深度卷积神经网络可以提取更精细更准确的地表覆盖特征,得到更高的地表覆盖分类精度,为地表覆盖分类提供了参考价值。     

新疆干旱区绿洲土壤盐渍化信息提取对比研究

在遥感影像分类的过程中非光谱特征起着重要的辅助作用。纹理特征作为一种重要的非光谱特征对于遥感影像分类精度的提高也有很重要的作用。以渭干河-库车河三角洲绿洲为例,利用ETM+数据,探讨了该绿洲盐渍化土地覆盖信息的提取方法。提出了基于SVM的光谱和纹理两种信息复合的分类方法,通过此方法对该绿洲进行分类研究,并将分类结果与最小距离法、最大似然法(MLC)、神经网络法(Neural net)和单源数据(光谱)SVM分类结果进行定性和定量比较分析。研究结果表明：该方法能够有效地解决单数据源分类效果破碎、分类精度不高等问题,并对高维输入向量具有较高的推广能力。总精度达到93.179 5%,比单源信息的SVM分类法提高了3.161 8%,比最大似然法提高了4.825 2%,比神经网络法提高了7.475 6%,而与最小距离法相比,总精度甚至提高了11.102 9%,取得了良好的效果。与传统的分类方法的比较表明,文中所提出的分类方法具有明显的优越性和良好的前景,因此该方法更适合于遥感图像分类和盐渍化信息提取,是地物遥感信息提取的有效途径。     

基于改进决策树分类算法的遥感影像分类研究

针对现有分类器对遥感影像分类结果存不准确的问题,本文提出了一种基于决策树分类器的遥感影像分类方法,该方法以复合决策树Boost Tree思想为基础,首先利用分形理论中的毯模型提取遥感影像的纹理特征,根据遥感影像分类的特点,构造新的单棵决策树生成算法对遥感影像进行分类。以北京市五环内区域为研究区,使用landsat7 ETM数据源,实现了基于分形纹理特征、光谱特征的改进决策树分类。实验结果表明：通过毯模型提取的纹理特征可以很好地表达表面特征,辅以该纹理信息的改进决策树分类精度相比于只用光谱信息进行分类的精度有一定的提高,改善了分类效果。     

联合快舟一号影像纹理信息的城市土地覆盖分类

仅依靠光谱信息无法满足高分辨率遥感分类的应用需求,辅之以纹理特征信息进行分类,可提高影像分类精度。利用KZ\|1卫星影像和Landsat\|8卫星影像数据,基于面向对象的影像分割法和灰度共生矩阵纹理分析法对新疆石河子市局部城区进行了地表覆盖分类实验,将不同空间分辨率的全色影像纹理信息、光谱信息构成多种影像特征组合进行分类比较研究,以选择最佳的分类特征集。结果表明:KZ-1影像能为城市区域的土地覆盖分类提供丰富的纹理信息,面向对象的影像分割可较好地利用高分辨率数据的几何结构信息实现优化的影像分割,从而提高多光谱影像的分类精度,总体分类精度为90.06%,Kappa系数为87.93%,比单纯利用光谱信息分类的总体精度提高了8.02%,Kappa系数提高了9.65%,表明KZ\|1数据可为光谱分类提供丰富的纹理信息,从而提高城市区域的土地覆盖分类精度。     

利用高分二号数据提取香蕉林信息及精度分析

针对海南农田地块细碎以及多云多雨气候条件下获取多时相的高质量卫星影像往往存在困难等问题,提出了一种利用单时相高分二号高分辨率卫星影像和随机森林算法的香蕉林信息提取方法。主要通过从高分辨率遥感影像中提取香蕉林的光谱和纹理等特征变量,然后利用综合不同光谱与纹理特征变量的随机森林分类算法进行香蕉林信息提取,并与以往的支持向量机分类算法进行了精度对比。结果表明,综合光谱和纹理信息的随机森林分类算法提取香蕉林空间分布结果最优,提取的香蕉林制图精度(PA)达到93.56%,用户精度(UA)达到87.43%;相比于支持向量机分类算法,PA和UA分别提高了11.99%和7.55%;相比只考虑光谱信息的随机森林分类算法,考虑纹理信息的随机森林分类算法提取的香蕉林PA提高了7.41%,UA提高了16.80%。研究结果可为人工园林的遥感信息提取提供技术参考。     

利用SVM与灰度共生矩阵从QuickBird影像中提取枇杷信息

以福建省莆田市东圳水库库区为例,采用QuickBird卫星影像,利用主成分分析方法对灰度共生矩阵方法提取的地物纹理特征进行筛选,选择最佳的影像纹理特征,组成新的波段组合,并应用支持向量机方法(Support Vector Machine,SVM)进行枇杷树的提取分类,最后与只依靠光谱信息来分类的SVM法分类结果进行比较,其分类总精度由原来的71.33%提高到了86.67%,Kappa系数也由原来的0.6410提高到了0.8293,分类精度明显提高,表明光谱信息加入纹理特征信息能辅助并提升高分辨率遥感枇杷树信息提取的精度。     

基于HJ-1A高光谱遥感数据的湟水流域典型农作物分类研究

利用高光谱遥感技术识别农作物类型已经成为高光谱遥感研究的热点领域。以青海省湟水流域内油菜、小麦和青稞等典型农作物为分类对象,以HJ-1A HSI高光谱数据和GF-1 WFV高分辨率数据为数据源,探讨利用高光谱遥感影像进行农作物类型信息提取的方法。数据经预处理后,首先,利用WFV数据采用面向对象方法提取研究区农作物种植边界,并利用其对HSI高光谱影像进行种植区域提取;其次,将提取后的高光谱影像经数据形式变换获得包括:R、1/R、Log(R)、d(R)、d(Log(R))和CR共6种数据形式;最后,利用上述6种数据形式的全波段数据和经遗传算法GA-SVM进行光谱波段选取后的6种特征数据,采用支持向量机SVM方法进行农作物分类。结果表明:采用基于样本的面向对象分类方法提取耕地信息精度高且实现周期短;利用GA-SVM波段选取后的6种特征数据集进行农作物分类,其精度显著高于全波段数据集分类精度;6种数据变换形式中,d(Log(R))和CR是两种最优的高光谱分类数据形式,其全波段和特征波段数据进行农作物分类均能获得较好的分类精度,总体精度最高分别达88%和86%,而采用1/R、Log(R)和R数据形式需经GA-SVM光谱波段选取后才能获得较优分类精度。     

基于多地表特征参数的遥感影像分类研究

地表特征是反映地表信息的重要参数,是了解地表时空多变信息的定量要素。提出基于多地表特征参数的遥感影像分类方法,并利用武汉市的Landsat ETM+影像为例进行试验。试验选择通用植被指数(VIUPD)、地表温度和纹理特征等多地表特征参数,在考虑光谱特征和空间信息的前提下,结合分层思想的决策树方法,对遥感影像进行分类。结果证明利用多地表特征参数的决策树分类方法与传统的基于光谱反射率特征的决策树分类方法和SVM分类方法相比较,分类精度有了明显的提高。