面向对象遥感分类方法在汶川地震震害提取中的应用

层 次结构 分割 遵守 以下 思想 ： 元层 和整个 影像 视 为两个 特殊 的对 象层 ， 何 分割所 形成 像 任
的对 象层则 介于其 间。大 尺度分 割下所形 成 的对象是 由小 尺度分 割所 形成 的对 象 组合 产生 的 ，以确保 不 同尺度下 的对 象可 以形成 良好 的层 次 ， 有利 于不 同层次 间信 息的传 递 。
象 可 以经过 若干 步骤 合并 成 大 的对象 ，每一 对象 大小 的调 整都 必须 确 保合 并 后 对象 的异 质
性小 于 给定 的 阈值 。因此 ，多 尺度 影像 分割 可 以理 解 为 一 个 局部 优 化 过 程 ，而异 质 性则 是 由对 象 的光 谱 和形 状差 异 确定 的 ， 状 的异 质 性则 由其光 滑 度 和紧 凑度 来衡 量 ， 同决定 形 共
传统 的遥感 图像 处 理技 术 不 再适 用 ， 不 可 能仅 仅依 靠 一种 技 术就 解决 所 有 问题 ， 须 寻 也 必 找新 的影 像处 理 技术 ，建立起 图像数 据 与 目标特 性 之 间 的物 理— —机 理 联 系 ，而 不 仅仅 是 统计 联 系 ，才 能充 分 挖 掘高 分辨 率 遥感 影 像所 包 含 的信 息 。而 面 向对 象 的图像 处 理方 法针 对这 一关 键 问题 开拓 了高分辨 率 遥感影 像 处理 的新 篇 章Ｌ 。 ５ ］ 本 文首先 阐述 了面 向对象 的遥感震 害 提取 思路 和 方法 ， 后应 用 汶Ｊ 地 震震 后 高 分辨 然 ｌ Ｉ 率航 空遥 感 数据 ，针 对建 筑 物震 害进 行 了 面 向对象 的快速 提取 与 自动分 类 。震 害 提取 的结 果 表 明 ，与基 于像 元 分类 比较 ，面 向对象 的建 筑 物震 害分 类 能够显 著 提高 分类 精度 。
０ ５Ｉ ， ． ｎ 波段 为 Ｒ ＧＢ彩色 。 该地 区在 震后 的破 坏程 度 有多 样 性 ，地 物特 征 明 显 ，而 且经 过 现场 的实地 调查 ， 具有代 表性 的典 型地 区。 是 完成 图像 对象 分割 后 ，分析所 选取 的研究 数据 中不 同地物类 型在 高 分辨 率影 像 上 的特 征 ，寻找不 同波段 下震 害 的光谱 、纹理 及相 互 关 系 的标 志特 征 ， 而 选择 适 合 的特 征 ，建 从 立分类 流程 。研究 中 ， 首先 应用 了 波段 比率 特 征 提取 绿 色植 被 、亮 度 特征 提 取 阴影 ，再 根
出 不 同地 物 的特 征 ， 震 害 调 查 中 ， 对 破 坏 建 筑 物 地 物 类 型 的 特 征 选 择 参 数 ，为 下 一 步 在 针 的分类打 下基础 。
另外 ， 尺度分 割方法 也可 较好 的解决 了噪声 问题［ 。传统 基 于像 元 的分 类方 法 对 噪 多 ９ ］
声 比较 敏感 ， 高分辨 率影像 中 ， 像 图斑更 加 破碎 ，在不 考 虑邻 域像 元 的 情 况下 ，对单 在 影
卫 星一 ， 字地球 公 司发射分 辨率 为 ０ ５ｍ 的全 球 观测 卫 星 。中 巴资源 卫 星 、日本 ＡＬ ５ 数 ． Ｏｓ
卫 星 、以色 列 Ｅ ＯＳ卫 星 、意 大利 Ｃ ＭＯ—ｋ Ｍｅ Ｒ ＯＳ Ｓ ｙ ｄ雷达 卫 星等 多 种类 型 的卫 星 的涌 现 ，
标 志着空 间高分 辨率遥 感卫 星时代 已经来 临 。 高分辨 率卫 星遥感影 像 出现后 ， 在城 市生 态 环境 评 价 、城 市规 划 、地形 图更新 等 方 面
有 效 的 提 高 震 害 的 分类 精 度 。 文 阐述 了面 向 对 象 的遥 感 震 害 提 取 思 路 和 方 法 ， 应 用 汶川 地 该 并 震 震 后 高 分 辨 率航 空 遥 感 数 据 ， 对 建 筑 物 震 害进 行 面 向对 象 的快 速 提 取 与 自动 分类 。 果 表 针 结
质密度 异质性 公式 为
ｈ 一 １ √ ຫໍສະໝຸດ （ １ ）（ ２）
式 中 ， 为 图斑对 象 的实际边 界 ， 为组成 图斑 对象 的像元数 。 Ｚ 光 滑度 异质性 公式为
ｈ～ 。 ｈ一 １ （） ３
式 中，ｚ 图斑对 象的实 际边界 ， 为 ｂ为 图斑对 象 的最短 可能边 界长度 。 多尺 度参数 中，每一 对 的参 数 的相 互关 系是 此 消彼 长 的 ，也 是相 互 依赖 的。而对 象 的
是 在抗震救 灾 、震情 预测 等方 面扮演 了重要 的角 色 。实 践 表 明 ，利用 遥 感 技术 开 展重 大 地
震灾 害应急 灾情监 测是 可行 的ｌ 。 ２ ］
１９ ９ ９年 ９月美 国空 间成像 公 司发射 成 功 的 Ｉ ＫＯＮＯＳ卫 星 ， 先 提供 了空 间分 辨率 为 率
ｌ 的卫星 影像 。２ ０ 年 ｌ ｍ ０１ ０月 美 国数字全球 公 司成 功 发射 了 Ｑｕｃ Ｂｒ ｉ ｉ ｋ ｄ卫 星 ，空 间分辨 率 首 次突破 米级 ， 到 了 ０ ６ 达 ． １ｍ。２ ０ 年 内轨 道影像 公 司发 射分 辨率 为 ０ ４ 的轨 道观 测 ０７ ． １ｍ
科研 业 务 专 项 （ ２ ７ ９２ ０ ０ ０ ６０ ３ ） 作 者简 介 ：王 岩 （９ ３） 女 ，辽 宁本 溪 人 ，２ ０ 年 在 读 研 究 生 ，主要 从 事 遥 感 分类 及 遥 感 震 害 应 用 等 研 究 。 １８ ， ０６
３ 期
王
岩 等 ： 向对 象 遥 感 分 类 方 法 在 汶 川地 震 震 害 提 取 中的 应 用 面 Ｉ
明 ， 基 于 像 元 分 类 比较 ，面 向对 象 的建 筑 物 震 害 分 类 能 够 显 著 改 善 分 类效 果 。 与
关键 词 ： 向对 象分 类 ；震 害识 别 ；高 分 辨 率遥 感 影 像 ；汶川 地震 面
中 图分 类 号 ： ３ ５ ７ Ｐ １． 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ： ０ ０３ ７ （ ０ ９ ０ —０ ４ ０ １ ０ —２ ４ ２ ０ ） ３０ ５ — ７
度 影像 分割 和模 糊 逻辑 分类 。
２ 多 尺度 影 像 分 割
多 尺度 影像 分 割是 一种 既能 自动 生成 遥感 影像 的影像对 象 ，又 能将这 些 影 像对 象 按 等
级 结构联 接 起来 的一 门技 术 。 ］
多 尺度 影像 分割 从任 一个 像 元开 始 ， 用 自下 而 上 的 区域合 并 方 法形 成 对象 。小 的 对 采
点 ，分 辨 率 低 的 图像 选 择 较 大 的 分 割 参 数 ， 筑 物 集 中 的 城 镇 地 区 比农 村 地 区要 选 择 较 大 建
的分割 参数 。
３ 研 究 影 像数 据 和分 类 特 征
研究 选取 的数据是 汶川 ８ ０级地震 震后都 江堰 城 区的航空遥 感 影像 。 空 间分 辨率 为 ． 其
第 ２ 卷 ９
第 ３期
地
震
Ｖｏ１ ９。Ｎｏ． ．２ ３
２０ ０ ９年 ７月
Ｅ ＡＲＴＨＱＵＡＫＥ
Ｊ１ ｕ．，２ ０ ０９
面 向对 象 遥 感 分 类 方 法 在 汶 川 地 震 震 害 提 取 中 的 应 用
王 岩 ，王 晓 青 ，窦爱 霞
（ 国地 震 局 地 震 预 测研 究 所 ，北京 １ ０ ３ ） 中 ０ ０ ６
１ 面 向对 象 的分 类 方 法
基于像 元 的分 类方 法 是 只利用 不 同波 段 的光谱 亮度 值进 行单 像 元 自动 分类 ，而 面 向对
象 的分类 方法 则不 仅考 虑 像 元 的光 谱 亮 度 值 ，还 利 用 像 元 和 其 周 围像 元 之 间 的空 间关 系 （ 图形纹 理 、特 征大 小 、形 状 、方 向性 、复杂 性 和结构 ） 如 ，对像 元进 行分 类 。 ］ 面 向对 象 的分类 方 法是 一种 智 能化 的 自动影像 分 析 方法 ， 的分 析 单元 不 再 是单 个 像 它 元 ，而是 由若 干个 像元 组成 的 像元群 ，即 目标 对象 。目标对 象 比单 个像 元更 具有 实 际意义 ， 特 征 的定 义和 分类 均是 基 于 目标 进 行 的】 。通 常面 向对象 的分 类方 法 包 括两 个 步 骤 ： 尺 ７ ］ 多
５ ５
已经被 证 明有 巨大 的应 用潜 力＿ ， 在 灾害 监测 、灾后 信 息 提取 等 方 面 的应 用 也 日益 受 到 ＿ 其 ３ ］ 重视 ，特别 像地 震 这种 突发 性灾 害 的应 急 监 测 中将 会 发 挥 巨大 的作 用 ｌ 。但是 ，由 于高 分 ４ ］
辨 率卫 星影像 的信 息是 复合 多样 的 ，更 是 复 杂 的 ，给 相关 领 域 的应 用 带 来 了一 系列 问题 。
多尺度 分割后 ， 像 的基 本 单 元 已不是 单 个 像 元 ，而 是 由同质 像 元 组 成 的多 边 形 对 影 象 。面 向每一 多边形 对象 可计 算 出所包 含像元 的光 谱 信息 以及 多边形 的形 状信 息 、纹 理信 息 、 置信 息 以及 多边形 间 的拓扑关 系信 息等 。选 择 不 同 的分 割尺 度 参数 ，可 以适合 的突 位
● 质 密度 异质 性
质 密度 异质 性＝ 卢 滑度 异质 性 ×形状 光
图 １ 多 尺 度 分 割 的参 数 构 成
地
震
２ ９卷
光谱 异质性 是通 过计算 特定权 重值 下各个 数据层 光谱 值 的标 准差 之和 ， 计算 公式 为
ｈ 。 ∑Ｗ 一
式 中 ， 为 Ｃ数 据层 的权重 ， 为 Ｃ数 据层上 光谱值 的标 准差 。 Ｗ
分 割效果 。多尺 度分 割依 据 的标 准如 图 １所示 。
● 尺度 参 数
ｉ 值 ，对 果 参越 图象越 数 大 像结 大
● 同质性 系数 的构 成
同质
． 颜 色信 息 ‘ ．
光 谱 信息
图光 度 质 滑 异 性