監督分類

監督分類壹般是先在圖像中選取已知樣本 ( 訓練區) 的統計數據，從中找出分類的參數、條件，建立判別函數，然後對整個圖像或待分類像元作出判別歸類。遙感圖像處理中常用的監督分類方法有最小距離法、貝葉斯線性和非線性判別法 ( 最大似然法) 、多級分割法 ( 平行六面體法) 、特征曲線法 ( 光譜角法) 、馬氏距離法、費歇爾線性判別法等。

1. 最小距離法

最小距離法的基本原理是根據已知類別或訓練樣本的模式特征選擇特征參數並建立判別函數，通過待分類像元與各類別均值向量的距離比較而將其劃分至與之距離最小的類別之中。為保證分類精度，需要對特征空間進行正交變換 ( 如 K-L 變換等) 。首先在圖像顯示屏上選出訓練樣區，並且從圖像數據中求出訓練樣區各個波段的均值和標準差; 而後再去計算其他各像元的亮度值向量到訓練區波譜均值向量之間的距離。該方法依據的分類指標為絕對值距離或歐氏距離，其中歐氏距離最為常用。如果距離小於指定的閾值 ( 壹般取標準差的倍數) ，且與某壹類的距離最近，遂將該像元歸為某類。該分類法的精度取決於訓練樣區 ( 地物類別) 的多少和樣本區的統計精度。由於計算簡便，並可按像元順序逐壹掃描歸類，壹般分類效果也較好，因而是較常用的監督分類方法。

圖 4-23 ISODATA 方法框圖

2. 貝葉斯線性和非線性判別法 ( 最大似然法)

該方法假定各類別總體的概率密度分布均為正態分布，通過待分類像元與各類別的似然率比較而將其劃分至與之似然率最大的類別之中。其分類指標為似然率 ( 條件概率) 。它是用貝葉斯判別原則進行分析的壹種非線性監督分類。簡單地說，它可以假定已知的或確定的訓練樣區典型標準的先驗概率，然後把某些特征歸納到某些類型的函數中，根據損失函數的情況，在損失最小時獲得最佳判別。該法分類效果較好，但運算量較大。

3. 多級分割法 ( 平行六面體法)

多級分割法的基本原理是在特征空間中每個特征變量軸上設置壹系列的分割點 ( 依據訓練數據的統計特征進行分割點的確定) ，將多維特征空間劃分為互不重疊的子空間，每個子空間對應於壹個分類類別，將分類像元歸屬於與其所在子空間相對應的類別。為提高分類精度，需要對特征空間進行正交變換 ( 如 K-L 變換等) 。

4. 特征曲線法 ( 光譜角法)

特征曲線法的基本原理是以地物的特征參數曲線 ( 如地物波譜特性曲線) 之間的相似系數 ( 變量空間中樣品點向量之間的夾角余弦) 作為分類判別指標。

5. 馬氏距離法

馬氏距離法充分考慮了多維變量空間中反映樣本點隨機概率密度分布特征的協方差矩陣，當各變量正交時其相當於加權的歐氏距離，故該方法相對於最小距離法等方法而言壹般具有較好的分類識別效果。

監督分類的結果明確，分類精度相對較高，但對訓練樣本的要求較高，因此，使用時須註意應用條件，某壹地區建立的判別式對別的地區不壹定完全適用。此外，有時訓練區並不能完全包括所有的波譜樣式，會造成壹部分像元找不到歸屬。故實際工作中，監督分類和非監督分類常常是配合使用，互相補充的，使分類的效率和精度進壹步提高。

基於最大似然原理的監督法分類的優勢在於如果空間聚類呈現正態分布，那麽它會減小分類誤差，而且分類速度較快。監督法分類主要缺陷是必須在分類前圈定樣本性質單壹的訓練樣區，而這可以通過非監督法來進行，即通過非監督法將壹定區域聚類成不同的單壹類別，監督法再利用這些單壹類別區域 “訓練”計算機。通過 “訓練”後的計算機將其他區域分類完成，這樣避免了使用速度比較慢的非監督法對整個影像區域進行分類，在分類精度得到保證的前提下，分類速度得到了提高。具體可按以下步驟進行。

第壹步，選擇壹些有代表性的區域進行非監督分類。這些區域盡可能包括所有感興趣的地物類別。這些區域的選擇與監督法分類訓練樣區的選擇要求相反，監督法分類訓練樣區要求盡可能單壹。而這裏選擇的區域包含類別盡可能得多，以便使所有感興趣的地物類別都能得到聚類。

第二步，獲得多個聚類類別的先驗知識。這些先驗知識的獲取可以通過判讀和實地調查得到。聚類的類別作為監督分類的訓練樣區。

第三步，特征選擇。選擇最適合的特征圖像進行後續分類。

第四步，使用監督法對整個影像進行分類。根據前幾步獲得的先驗知識以及聚類後的樣本數據設計分類器，並對整個影像區域進行分類。

第五步，輸出標記圖像。由於分類結束後影像的類別信息也已確定，所以可以將整幅影像標記為相應類別輸出。

圖像分類處理目前在農林、土地資源遙感調查中應用較廣。對於地質體的分類，由於幹擾因素較大，壹般要經變換 ( 比值變換、K-L 變換等) 處理的圖像再作分類處理，現常用於巖性填圖或熱液蝕變填圖等，隨著計算機軟硬件技術的日益成熟，圖像的計算機分類將應用得越來越普遍。

復習思考題

1. 數字圖像的基本概念是什麽?

2. 數字圖像的存儲格式有哪幾類?

3. 遙感單波段和多波段數據基本統計量有哪些?

4. 什麽是輻射誤差? 其主要來源有哪些?

5. 什麽是大氣校正? 試說明回歸分析和直方圖校正的原理。