1、影像質量對遙感應用的影響分析摘 要：根據遙感監測工作實際需求，從時間分辨率、光 譜分辨率、空間分辨率、輻射分辨率等四個方面對遙感影像 數據質量的影響進行了分析，并通過小樣本數據實驗對影像 質量的影響從遙感解譯、變化檢測的角度進行了分析。關鍵詞：遙感；影像質量；遙感應用中圖分類號：tp79文獻標識碼：a遙感影像應用分析日益廣泛，但其也存在較多的影響因 素，這些因素能夠對遙感分析結果的精度產生較大的影響。 如：（1）遙感影像數據本身包含的誤差，即影像數據質量的 影響；（2）數據預處理引入的誤差（如幾何誤差和輻射誤差）； （3）數據分析過程中的誤差（如量化誤差、分析方法引入的 誤差）；（4）數據產品

2、存儲方式轉換的誤差（如柵格與矢量轉 換誤差）。其中，影像數據質量作為影像應用的先天條件， 往往對遙感影像的應用領域和精度水平起到決定性作用。而在遙感影像質量分析中，分辨率是一個至關重要的概 念，并表現為多重含義1。影像分辨率簡單來說就是成像 系統對影像細節分辨能力的一種度量，也是影像中目標細微 程度的指標，它表示地物信息的詳細程度。因此，對遙感數 據質量的描述往往利用遙感影像的四種類型的分辨率來進 行，包括：時間分辨率、光譜分辨率、輻射分辨率和空間分 辨率。一、時間分辨率的影響時間分辨率（temporal resolution） 一般指是指對同 一目標的序列影像成像的時間間隔，即對同一地區進行

3、重復 觀察的頻率。從這一含義來講，多時相影像分析能夠提供所 需的變化信息。例如，美國國家海洋大氣局（n0aa）的地球 靜止軌道環境業務衛星（goes）運行于地球同步軌道上，可 獲取高時間分辨率的影像（如：每半小時），使得氣象學家 可以每小時更新一次鋒系和颶風的位置，并綜合其他信息預 測風暴的路徑時間分辨率表達的另一含義是：主動式傳感器（如：激 光雷達，lidar）向地面發射單脈沖后，能記錄的回波個數。 例如，大多數lidar系統發射一個脈沖，并記錄該脈沖的多 個回波響應。測量多個回波響應之間的時差就可以確定目標 的高度和地形特點。主動式傳感器發射的一束能量信號所持 續的時間長度成為脈沖寬度，采

4、用短脈沖可以獲得相當精確 的距離測量結果。對于常規的土地利用動態遙感監測工作而言，時間分辨率一般從屬于第一層含義，即利用多時相遙感數據對土地覆 蓋信息進行變化檢測2。其一般要求兩個重要的時間分辨 率保持不變。第一，影像獲取時間應大致在一天中的相同時刻。這樣 可以有效地消除太陽高度角的影響，使遙感數據中的反射特 征不會因太陽高度的不同而產生太大的差異。第二，針對監測目標內容，選擇合適時令和季節的影像 進行檢測，并盡可能是同一地區不同年份但相同季節的遙感 影像。其原因在于，不同時令季節的情況下，地面植被物候、 季節性太陽高度角等存在較大差異，這些差異都會導致地物 光譜特性的差異，進而對變化檢測結果

5、產生負面影響。二、光譜分辨率的影響光譜分辨率(spectral resolution)是指遙感器所能 記錄的電磁反射波譜中某一特定的波長范圍值。波長范圍越 寬，則光譜分辨率越粗糙；反之越精細。遙感影像變化檢測的基本假定是：如果ifov內的生物 物理目標在兩個時相間發生變化，那么該像元在兩景影像中 的光譜響應就會有差異。理想情況下，傳感器應具有足夠的 光譜分辨率以記錄光譜區內的反射通量，并且該光譜區間能 夠最好的獲取物體最具描述意義的光譜特性。因此，高的光 譜分辨率可以保證監測目標能夠在影像上有所響應，以提供 更為豐富的信息。但光譜分辨率并不是越高越好，相反由于光譜分辨率過 高，往往會造成信息的

6、大量冗余和波段之間相關性太強，進 而容易引起數據處理得不到預期的結果3。d. landgrede與 b. shahshahani利用了四種分類算法，通過對訓練樣本數目 與最終分類精度的實驗，揭示了光譜分辨率對分類精度的影 響4。實驗結果圖如下所示：圖1訓練樣本數量、分類器與特征維數對分類精度的影 響從圖3-1可以發現，使用傳統的統計分析模式分類，隨 著波段數目增大，訓練樣本數量相對于特征空間維數的比例 減小，分類過程中計算得到的參數估值偏差也逐漸變大，最 終會導致分類精度的降低，而這對利用分類后變化檢測算法 有著相當大的影響。因此，遙感影像變化檢測要求確定合適 的光譜分辨率影像。另一方面，遙感

7、影像變化檢測還要求選擇波段基本一致 的影像數據。例如，landsat mss的第4波段（綠光）、第5 波段（紅光）和第7波段（近紅外），spot的第1波段（綠 光）、第3波段（紅光）和第4波段（近紅外）一起使用。 如果各傳感器間的波段匹配得不好，變化檢測的很多算法都 將無法應用，效果很差。三、輻射分辨率的影響輻射分辨率（radiometric resolution）又稱亮度閾值, 是指在一個波段中所記錄的代表地物反射電磁波的強度（表 現為亮度或灰度）的所有可能的數值。在影像中表現為影像 的灰度級。例如，在字節長度為8位的文件中，像元點亮度 值可以分為256級，則代表地物亮度的數值可為從0255

8、 中的某個值。輻射分辨率與影像灰度級成正比，灰度級越高, 其輻射分辨率就越高。在遙感影像直觀上來看，灰度級越高, 影像的細節表達能力就越強。如下圖所示：(a) (b) (c)圖2 (a)經過處理的輻射分辨率為8bit. im空間分辨 率的i konos圖像(i konos圖像的輻射分辨率為libit)； (b) 經處理的輻射分辨率為4 bit的影像；(c)經過處理的輻射分 辨率為1 bit的影像從圖2可以看出，輻射分辨率的降低使得影像的細節模 糊，主要體現在其空間分辨率的相應降低。因此，輻射分辨 率對變化檢測的影響可以從空間分辨率的角度來分析。四、空間分辨率的影響空間分辨率(spatial r

9、esolution)是指遙感器所能分 辨的最小的目標大小，即影像目標的空間細節在影像中可分 辨的最小尺寸。空間分辨率越高則目標和面積值越小。空間分辨率直接影響著像元的純度。空間分辨率高的遙 感影像單位像元對應的地面范圍小，純像元出現的概率大， 混合像元的數量相對較少，使得目標地物與背景的灰度反差 大，區分度好。但另一方面，高分辨率也帶來問題：純像元 的個數越多，噪聲就相對越多，使得同一類別地物內部的光 譜響應值差異越大，同一地物的識別區分難度也相應加大12 o如下圖3所示，對一幅空間分辨率為0. 69米的 quickbird影像，降低其分辨率依次為2. 76米、5. 52米， 展示其直方圖，并

10、利用canny算法提取邊界。(a) (b) (c)(d) (e) (f)(g) (h) (i)圖3(a)為空間分辨率為0. 69米的quickbird影像；(b) 為經過處理的、空間分辨率為2. 73米的quickbird影像； (c)為經過處理的、空間分辨率為5. 52米的quickbird影 像；(d)、(e)、(f)均為其對應的影像直方圖；(g)、(h)、(i) 為對應的邊緣提取結果圖從上述實驗可以看出，利用0.69米分辨率的遙感影像 提取出來的邊緣結果復雜；利用5. 52米的遙感影像提取出 來的邊緣結果有殘缺。而利用2. 73米分辨率的遙感影像能 夠較為清晰的提取出邊緣結果。這個現象可

11、以解釋為：適當 的分辨率圖像可使具有大面積分布的連續目標地物仍構成 單純像元；同時使小面積同亮度的地物不能構成純凈像元， 只能與周圍地物構成混合像元，使得整個像元亮度比目標地 物的低。因此，在進行遙感應用分析時，不同分辨率的遙感影像 的分析效率是不一樣的，存在一個最佳的分辨率，既可以清 晰地分割出人工地物，又可以濾除許多噪聲。相反，如果分 辨率過低會造成人工地物信息提取困難，過高則會造成噪聲 過多。五、小結綜上所述，對于常規的遙感應用工作而言，時間分辨率 的選取其一般要求兩個重要的時間分辨率保持不變。而光譜 分辨率則存在一個最佳值得選取問題，光譜分辨越高往往會 造成信息的大量冗余和波段之間相關性太強，進而容易引起 數據處理得不到預期的結果。輻射分辨率對遙感應用的影響 可以從空間分辨率的角度來分析。空間分辨的選擇也存在一 個最佳的分辨率，既可以清晰地分割出人工地物，又可以濾 除許多噪聲。相反，如果分辨率過低會造成人工地物信息提 取困難，過高則會造成噪聲過多。參考文獻1 杜永明，不同分辨率對遙感影像中識別人造地物的 影響