低山丘陵区可见光谱的分形特征

低山丘陵区可见光谱的分形特征

第３第２期　　　　　　　　　　　　光谱学与光谱分析１卷，　

年２０１１２月　　　　　　　　　　　　ＳｅｃｔｒｏｓｃｏａｎｄＳｅｃｔｒａｌＡｎａｌｓｉｓ　　　　　　ｐｐｙｐｙ　４７３Ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．２，４７７－ｐｐ

，Ｆｅｂｒｕａｒ０１１　ｙ２

低山丘陵区可见光谱的分形特征

３３

，刘作新１＊，万昊雷２，，刘　淼１张法升１，

１．中国科学院沈阳应用生态研究所，辽宁省节水农业重点实验室，辽宁沈阳　１１００１６２．中国科学院北京基因组研究所，基因组科学及信息重点实验室，北京　１０００２９３．中国科学院研究生院，北京　１０００４９

摘　要　遥感影像记录的反射光谱特征主要来源于异质反射地物的光谱综合作用，了解其空间分布特征有助于影像解译和遥感模型的建立。该文以低山丘陵区１０月底多光谱ＴＭ遥感影像为研究对象，采用统计学和多重分形相结合的手段分析其空间变异性。结果表明，研究区可见光谱（０．４５～０．６９μｍ）亮度值（ｄｉｉｔａｌｇ，（空间分布表现出统计意义上的尺度不变性；广义分维函数ＤｎｕｍｂｅｒＤＮ）２０．５２～０．６０μｍ）　ｑ分析表明ＴＭ（（和ＴＭＤＮ值空间分布为单一分形，ＴＭ１０．４５～０．５２μｍ）３０．６３～０．６９μｍ）ＤＮ值则表现出统计多重分形　　］分析进一步显示ＴＭ和［特征；多重分形谱参数（－ｆ（３ＤＮ值具有高度异质的空间αααα　ｍａｘ－ｍｉｎ）ｍａｘ）ｍｉｎ）ｆ（

分布特征和最丰富的信息量，其次是ＴＭ１，而ＴＭ２ＤＮ值则具有相对较低的空间异质性和信息量。　　关键词　亮度值；尺度不变性；多重分形；空间异质性

：／（）中图分类号：Ｎ９３　　文献标识码：Ａ　　　ＤＯＩ１０．３９６４０５９３２０１１０２０４７３０５．ｉｓｓｎ．１０００－－－ｊ

换等提供理论依据。

引　言

　　遥感影像是地物电磁波谱特征的实时记录，包含着地物

相应的空间特征，因此，利用遥感影像记录的地物反射光谱特征反演获取地表信息成为光谱学、土壤学、生态学和地理

］１４－。地球表面客观存在各种尺度学等学科的研究热点之一［

１　材料与方法

１．１　研究材料

研究区位于中国辽宁省阜新市（１２１°０１′Ｅ～１２２°５６′Ｅ，

，为低山丘陵区，地形、地貌情况复杂；４１°４１′Ｎ～４２°５６′Ｎ）

土地利用类型主要为耕地、林地、草地、居民点和矿区等建设用地。数据采用ＬａｎｄＳａｔ５多光谱ＴＭ影像，时间为２００６　年１０月２７日，云覆盖量为０％。１０月底，研究区域内土壤表面较干燥且有限的植被覆盖主要为低山林地及防护林等。１．２　研究方法

１．２．１　图像多分辨率金字塔

图像多分辨率金字塔是一种高效地对图像局部尺度与整体进行分析的方法。通过一定算法，将研究影像生成一系列不同空间分辨率的新图像系列。本研究采用的算法为，εＬ＝

Ｌ

，其中，４εεε０×Ｌ和０分别为Ｌ层上图像和原始图像的象元

大小。Ｌ变化范围为０～４，象元大小变化范围为３０ｍ×３０ｍ

的景观异质性，导致其反射光谱特征的空间分布也往往表现出高度复杂性，一般的统计处理手段很难完全量化这些复杂

５］

。的空间异质性［

，分形理论（是一种描述非常复杂但具Ｍａｎｄｅｌｂｒｏｔ１９８２）

］６８－

。由于其处理复杂有标度不变性系统的非线性科学理论［

现象方面的优势，在波段选择、光谱识别、影像压缩、分割、去噪和纹理分析等方面得到了广泛应用究具有现实意义

［５，１１］

［９，１０］

，因此，有关遥

感影像光谱数据空间分布的分形特征，尤其多重分形特征研。本研究以ＬａｎｄＳａｔ５记录的多光谱　

ＴＭ影像为研究对象，采用多重分形方法分析可见光谱（０．４５～０．６９μｍ）ＤＮ值空间分布的分形特征，尝试利用非线性科学手段准确描述反射光谱特征的空间结构信息和变化规律，为反射光谱数据的统计分析、遥感模型的建立和尺度转

，修订日期：２０１００３２２２０１００６２６　收稿日期：－－－－

８０ｍ×４８０ｍ。部分分辨率图像见图１。～４

），国家自然科学基金项目（）和中国科学院陆地生态过程重点实验室开放课题２００８ＢＡＤＡ４Ｂ０６４０８０１０６９　基金项目：国家科技支撑计划项目（

资助

：１９８４年生，中国科学院沈阳应用生态研究所博士研究生　　ｅａｉｌｆａｓｈｅｎ０６＠１６３．ｃｏｍ　作者简介：张法升，－ｍｇ

：ａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎａｉｌｌｉｕｚｕｏｘｉｎ＊通讯联系人　　ｅ－ｍ＠ｙ