监督分类从参考样本学习地物类别
说明类别体系、训练样本、特征和分类器怎样共同形成土地覆盖图,并识别样本偏差和混合像元。
监督分类从参考样本学习地物类别
监督分类利用已知类别的参考样本,学习影像特征与地物类别之间的关系,再为未标注像元或对象预测类别。结果质量不仅取决于分类器,也取决于类别体系、样本代表性、影像时相、特征和空间尺度。算法无法从样本中学习没有被定义或没有出现的类别。
类别体系先于模型训练
土地覆盖类别应互斥、可观察,并与影像分辨率和应用目标一致。“森林”可以按冠层覆盖、树种或用途进一步划分,但影像是否能稳定区分这些层次需要验证。
类别定义要说明时间和最小制图单元。轮作农田在不同季节外观差异很大,城市绿地与林地的边界也可能依赖业务规则。参考人员若使用不同理解,标签噪声会直接进入模型。
未知或混合类型不能总被强制塞入已有类别。可以设置其他类、拒识规则或保留置信度,但这些选择会影响最终面积和精度。
训练样本必须覆盖真实变化
样本应覆盖每个类别在区域、季节、地形、管理方式和传感器条件下的变化。只在交通方便或视觉最典型位置采样,模型会把局部特征当作全域规律。
类别数量不平衡时,少数类可能被多数类淹没。增加样本、设置权重或分层采样各有影响,不能只复制少数样本制造独立信息。
同一地块内大量相邻像元高度相关。将它们随机分到训练和验证会得到过于乐观的结果。应按地块、场景或区域分组,确保评价面对真正未见对象。
参考标签有自己的时间与误差
地面调查、历史地图和高分辨率影像可能与待分类影像日期不同。土地变化、物候和定位误差都会造成标签与像元不一致。样本元数据应保留来源、日期、解释者和置信度。
点样本落在混合像元或边界附近时,类别代表性较弱。可设置内部缓冲只取同质区域,但这会减少边界样本,使模型对过渡区域认识不足。
已有土地覆盖图适合提供候选样本,却可能把旧图错误带入新模型。需要抽样复核,不能把大规模自动匹配当作真值。
特征不仅是单景光谱波段
原始反射率、光谱指数、纹理、地形和多时相统计都可作为特征。特征应有物理或业务依据,并在训练与推理区域使用一致处理。
多时相数据能表达物候,提高作物和植被区分,但云缺测和观测日期不一致会改变特征。合成窗口、质量掩膜和缺失处理必须固定。
纹理和邻域特征受分辨率与窗口大小影响。窗口跨越地物边界时会混入其他类别,模型性能提升可能只适用于当前尺度。
分类器输出需要校准解释
最大似然、树模型、支持向量机和神经网络使用不同决策边界与假设。没有一种算法对所有地区和特征天然最好,应在同一数据边界和指标下比较。
预测分数不一定是可靠概率。类别不平衡、重采样和分布变化都会影响置信度。低置信像元可标记待审或拒识,但阈值需用独立验证选择。
空间上零散的高置信错误仍可能存在。平滑和多数滤波能改善地图外观,也可能删除真实小斑块。后处理规则应计入最终精度评价。
像元分类与对象分类尺度不同
像元分类逐格预测,保留细节但容易出现椒盐噪声。对象方法先分割同质区域,再用区域光谱、形状和上下文分类,结果取决于分割尺度。
对象过大可能合并不同地物,过小则接近像元噪声。分割参数也是模型选择的一部分,不能在测试地图上反复调整后仍报告原测试精度。
最终制图最小单元可能大于像元,面积统计和边界精度要按地图产品尺度解释。
跨区域与跨年份需要重新验证
同一类别在不同土壤、气候和传感器中具有不同光谱。一个地区训练的模型迁移到另一地区,可能把背景差异误当类别差异。
跨年份时作物制度、传感器处理和物候日期也会变化。增加多区域样本、做域适配或重新训练都需要独立目标域验证。
模型输出看起来合理不能代替参考评价。新区域至少要抽取概率样本检查各类别误差和面积偏差。
可复现流程保留数据血缘
应记录影像产品和日期、质量掩膜、特征、类别定义、样本来源、划分单位、算法版本、超参数和后处理。训练代码相同但样本版本不同,也会得到不同地图。
训练、验证和最终精度样本承担不同职责。训练样本用于拟合,验证用于选择,独立参考样本用于报告地图质量。混用会让结果偏乐观。
监督分类是从有限参考样本推广到完整区域的推断。可靠地图来自清楚类别、代表样本、一致特征和独立评价,而不是某个分类器名称本身。
资料依据
- NASA ARSET:Land Cover Classification with Satellite Imagery,https://appliedsciences.nasa.gov/land-cover-classification-satellite-imagery
- NASA ARSET:Fundamentals of Remote Sensing,https://appliedsciences.nasa.gov/sites/default/files/Fundamentals_RS_Session2_Land_Final.pdf