ArcGIS教程:Spatial Analyst 扩展模块进行影像分类

  在 ArcGIS Spatial Analyst 扩展模块中,多元分析工具集提供了用于监督分类和非监督分类的工具。影像分类工具条提供了一个用户友好的环境,可创建监督分类中使用的训练样本和特征文件。最大似然法分类工具是主要的分类方法。识别类别及其统计数据的特征文件是此工具的必需输入。对于监督分类,通过影像分类 工具条使用训练样本来创建特征文件。对于非监督分类,则通过运行聚类工具来创建特征文件。Spatial Analyst 也提供了用于分类后处理的工具,如过滤和边界清理。以下图表说明了影像分类工作流的详细步骤。

  

1. 数据探索和预处理

  数据浏览

  分类分析基于以下假设:波段数据和训练样本数据符合正态分布。要检查波段中数据的分布,可使用 Spatial Analyst 工具条上的交互式直方图工具 。要检查各个训练样本的分布,可使用训练样本管理器 上的直方图工具 。

  波段数据的拉伸

  分类过程对各波段中的值范围很敏感。要使各波段的属性数大致相同,各波段的值范围应类似。如果相对于其他波段,某一波段的值范围过小(或过大),则可以使用 Spatial Analyst 工具箱中的数学工具将其拉伸。例如,可以使用乘算术工具将波段乘以一个常数以拉伸其值范围。

  主成分分析

  主成分分析会变换多波段影像以移除波段间的相关性。输出影像中的信息主要集中在头几个波段中。通过增强头几个波段,影像在 ArcMap 中显示时可在影像中看到更多的详细信息。这可能有助于收集训练样本。通过“多元分析”工具集上的主成分分析工具,可执行主成分分析。

  创建多波段影像

  影像分类 工具条适用于多波段影像图层。要将单个波段加载到一个新的多波段影像,可使用波段合成工具。

  创建用于分类的波段子集

  要在分类中使用影像数据集中的所有波段,可将该影像数据集添加到 ArcMap 并在影像分类 工具条中选择影像图层。

  要在分类中仅使用现有数据集中的某些波段,,可使用创建栅格图层工具为其创建新的栅格图层。新的栅格图层将仅包含波段的指定子集,并可用于影像分类 工具条中。

2. 收集训练样本

  在监督分类中,训练样本用于识别类并计算其特征。可使用影像分类 工具条上的训练样本绘图工具交互式创建训练样本。创建训练样本与在 ArcMap 中绘制图形类似,只不过训练样本形状是通过训练样本管理器 而不是在 ArcMap图形图层中管理的。

  要创建训练样本,可在影像分类 工具条上选择一个训练样本绘制工具(例如,多边形工具),然后在输入影像图层上进行绘制。每个训练样本中的像素数都不应过小或过大。如果训练样本过小,则可能无法提供足够信息以充分地创建类特征。如果训练样本过大,则可能包括不属于该类的像素。如果影像中的波段数为 n,则各训练样本的最佳像素数应在 10n 和 100n 之间。

  

3. 评估训练样本

  在显示界面中绘制训练样本时,自动在训练样本管理器中创建新类。管理器提供三种工具来评估训练样本 – 直方图工具 、散点图工具 和统计数据工具。可以使用这些工具来探查不同区域的光谱特性。也可以使用这些工具来评估训练样本,以查看类之间是否有足够间隔。

  

4. 编辑类

  根据训练样本的评估结果,可能需要将彼此重叠的类合并为一个类。可以使用管理器窗口中的合并工具 完成此操作。此外,可以对类进行重命名或重新编号、更改显示颜色、分隔类、删除类、保存和加载训练样本等。下图显示如何合并两个类:

  

5. 创建特征文件

  确定训练样本可代表所需类并且可彼此区分后,可使用管理器窗口中的创建特征文件工具 创建特征文件。

  

6. 聚类(非监督分类)

  在监督分类中,从已知并已定义的类(例如,土地利用类型)创建特征文件,这些类通过在多边形中封闭的像素来识别。在非监督分类中,通过像素的统计属性来创建簇(而非类)。对多元空间中与统计属性类似的像素进行分组以形成簇。与监督分类中的类不同,簇没有类别含义(例如,土地利用类型)。

  对于使用影像分类 工具条的非监督分类,可通过运行 Iso 聚类非监督分类工具来创建特征文件。也可以使用多元分析工具集中的 Iso 聚类工具。

  Iso 聚类工具只创建随后可在分类中使用的特征文件(以上工作流图表中的步骤 9)。创建了一个新工具 Iso 聚类非监督分类(从影像分类 工具条或多元分析工具集访问该工具均可)后,您便可以只通过一个工具来创建特征文件和输出分类影像(步骤 6 和 9)。

7. 检查特征文件

  可使用树状图工具检查特征文件中连续合并类之间的属性距离。输出为 ASCII 文件,树图显示类间隔。通过树状图,可以确定两个或多个类或簇是否可区分;如果不能区分,可能会决定在下一步中合并它们。

  通过 Spatial Analyst 的“多元分析”工具集访问树状图工具。

8. 编辑特征文件

  不应直接在文本编辑器中编辑特征文件。而应使用“多元分析”工具集中的编辑特征工具。可通过此工具合并、重新编号和删除类特征。

9. 应用分类

  要对影像进行分类,应使用最大似然法分类工具。此工具基于最大似然概率理论。它基于类特征(存储在特征文件中)的平均值和方差向某个不同的类分配像素。也可通过影像分类 工具条访问该工具。

  也可以通过交互式监督分类工具对影像进行分类。此工具可加快最大似然法分类过程。使用此工具可以快速预览分类结果,而无需运行最大似然法分类工具。

10. 分类后处理

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