混合像元分解技术在影像解译中的重要应用

随着空间技术的不断发展，遥感（Remote Sensing）已成为人们获取对地观测信息的重要手段。经过短短几十年的发展，无论是遥感平台、传感器、遥感信息处理，还是遥感应用方面都得到了飞速发展。遥感数据获取手段已经能够从不同的角度、不同的高度探测地表物体对电磁波的反射及其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息；遥感信息处理技术也经历了从光学模拟、数字处理到智能化处理的方向发展；而遥感应用也扩展到诸如环境与灾害监测、城市规划、岩矿识别、气象预报、海洋水色定量检测、大气遥感、植被管理和军事目标的探测等众多方面（Green等，1988）。遥感已经成为当今最活跃的科技领域之一。

尽管遥感信息处理技术在全数字化、可视化、智能化和网络化等方面得到了很大的发展，但就目前遥感技术的发展状况来看，硬件技术的发展远远超前于遥感信息的处理，海量光谱信息远没有被充分挖掘和处理，信息处理还远不能满足现实需要（童庆禧和郑兰芬，1999）。据估计，空间遥感获取的遥感数据，经过计算机处理的远不足5%。因此，遥感信息处理方法与技术还有待于深入研究和开发。

在遥感图像中，遥感器所获得的地面反射或发射光谱信号是以像元为单元记录的，称为扫描仪的一个瞬时视场。每个像元所代表的是地面物体所能分辨的最小单元，即与地面范围大小相当的实际尺寸的大小。如果该像元仅包含一种地物类型，那么可以称之为纯净像元（Pure Pixel），它所记录的正是该类型的光谱响应特征或者光谱信号；但是，由于地球卫星的空间分辨率和地面的复杂多样性，在一幅遥感图像中有许多像元都包含有若干表面覆盖类（朱述龙和张占，2000；Small，2003），它们有着不同的光谱响应特征，这类像元称为混合像元。

混合像元可以有两种情况：一种情况是表示类间的混合，即像元内包含除背景外不同地物的混合，如不同地物分类边界地带的混合等；另一种情况是类内的混合，即在单一植被覆盖或某种植被覆盖处于主导地位的前提下，由背景、植被和阴影产生的混合。类间的混合包含了类内混合，可以认为类内混合是普遍存在的，严格来说，所有的像元应该均是混合像元。混合像元问题不仅影响地物识别分类精度，而且是遥感技术向定量化深入发展的重要障碍。如何从混合像元内部提取亚像元的信息？这是一个十分具有挑战性的难题，也是遥感影像处理中的一个热点。

混合像元分解技术正是解决这一问题的有效途径。它通常是一种针对多／高光谱的处理技术，虽然全色波段影像能够提供较高的空间分辨信息，但它不能进行光谱分解处理，因此，混合像元分解通常也指混合光谱分解，它是多高光谱遥感研究和应用的一个重要研究方向。为了改善从遥感数据中提取定量信息，人们建立了光谱混合模型的分析技术，目的是不仅能得到地表实际情况定性的分析，而且还能够进行定量的分析。

一直以来，人们研究混合像元的热情不减，建立了各种光谱混合模型的分析技术，除了对地表实际情况进行定性的分析以外，还希望能够突破传感器空间分辨率的限制，在亚像元精度范围内精确地刻画出混合像元的真实属性，使得定量的分析变成可能。这种光谱分解模型是提高遥感分类的有效手段，它能够突破到像元内部，进行亚像元级的精度分析，还提供了一种获得更高分类精度的可能，并且由此展开了一个重要的后续研究领域——亚像元定位。(www.xing528.com)

由于混合像元分解的目标是求取组成混合像元各端元组分的丰度，却无法确定在混合像元中各种端元组分在空间上的分布情况，这会造成遥感影像空间细节信息的丢失，如果想进一步了解混合像元中每一个亚像元的分布情况，就必须借助亚像元定位的方法，将混合像元切割成更小单元并将具体地物类别相应地分配到这些较小像元中去。

亚像元定位理论具有重要的科学意义和社会意义，作为混合像元分解的后续处理内容，它可以使结果图像的分类精度达到亚像元级，与原始分类相比较，精度能有很大的提高，这将有利于地物特征的区别和反演。该技术可以应用于利用中低分辨率的卫星遥感数据进行地物面积估计和变化检测等方面。

从研究的角度出发，亚像元定位技术不仅能够克服影像空间分辨率上的限制，提高目标探测精度，而且有助于揭示目标的形状、尺寸等空间特征信息，使由于像元混合严重而导致的错分、误分现象得到缓解，为进一步利用目标空间特征进行分类和识别提供有利的前提条件（吴柯，2008）。

正因为如此，它在实际应用中正受到越来越广泛的关注，主要表现在：①是一种实现遥感定量化和精确化分析的重要方法（张良培和张立福，2005）；②与亚像元目标探测（张兵等，2004）、影像决策级融合（Robinson等，2000）和数据压缩（Du和Chang，2004）等影像处理技术密切相关；③广泛应用在海岸线监测（Foody等，2003）、重要的边界线的划定（Aplin，1999）、湖泊的面积提取（张洪恩等，2006）等方面。混合像元的问题正受到越来越广泛的关注，发展遥感影像的混合像元分解技术已成为一个比较迫切的需求。

当前，传感器技术的发展使遥感影像的空间分辨率不断地提高，但是混合像元仍然是不可避免的。发展亚像元定位的理论与应用技术，可以突破到混合像元的内部去更深入地了解亚像元的空间属性信息，这大大地扩展了影像的解译能力，同时能够提高影像后续处理如目标识别、地物分类的精度，因此，将其应用在军事侦察、地形图更新、城市规划、地籍调查、生态环境评价等方面，意义重大而明确。