无人机影像的分类精度,不看分辨率看什么
有人问无人机影像分类能做到多少精度,2 厘米的分辨率是不是就够了。
分辨率是必要条件,不是充分条件。真正决定你能分对什么的,是你要识别的东西有多大,以及你要的是一个像素级的结果还是一个面积级的结果。
2 厘米说的是一件事
GSD 2 厘米,意思是一个像素代表地面上 2 厘米见方。这句话只描述影像,不描述精度。
拿它去分辨地块边界,够用——田埂一般 30 到 50 厘米宽,2 厘米的影像上占十几个像素,边界画得出来。
但你要识别单株作物、数苗、看病株,那就另一回事。2 厘米能看到叶片形状,但叶片互相遮挡、行间有阴影、品种之间形态差异很小,这个尺度上"看清楚"和"判得对"之间还差着很远。
同一张影像,做地块提取可能做到 95%,做病害识别可能连 70% 都费劲。分辨率没变,任务变了。
像素级对,面积不一定对
这是最容易出问题的地方。
无人机影像做分类,逐像元算出来的 OA 可以很漂亮。但把分类结果转成矢量、算面积,数字经常对不上实测。
原因有几个,都跟分辨率有关:
混合像元。 地块边缘那一圈,一个像素里一半是玉米一半是田埂或者沟渠。分类器只能给它一个标签,判成玉米就多算了,判成其他就少算了。地块越小,边缘占比越大,误差越明显。
田埂被吃掉。 相邻两块地中间那道埂,宽度可能只有几十厘米。分类时它跟作物光谱接近,很容易被判成作物,两块地的面积一起虚高。一百块地累积起来,几个百分点就出去了。
拼接误差。 无人机影像要拼接,拼接靠控制点。控制点少、分布不均,整幅图会有轻微的几何变形。这种变形在图上肉眼看不出,但量面积的时候会系统性地偏——有的地方拉伸,有的地方压缩。
所以做面积任务的时候,我不看像素级 OA,我看图斑叠合度和总面积差。这两个才是甲方要的。
重投影这一步会再错一次
无人机原始成果常见的是 WGS84 或者某个本地坐标,要算面积必须先投影。
这一步有两个坑:
用了不适合算面积的投影。 Web Mercator 最典型,它在高纬度会把面积放大,北纬四十度一带大约放大 1.76 倍。数字出来大得离谱,但很多人第一反应是怀疑数据源,不是怀疑坐标系。
坐标值没跟着转。 有的数据文件头写着高斯-克吕格的 EPSG 号,打开一看坐标数值还是经纬度或者 Web Mercator 的。只改了元数据没改坐标,软件按新投影去解释旧数值,算出来的面积毫无意义。
判断办法只有一个:拿一个已知面积的地块(比如一个标准足球场,或者一块量过的试验田)双算一遍,两个结果对得上才算数。别信文件头。
控制点比算法重要
如果只能在一件事上多花时间,我建议花在控制点上。
无人机没有 RTK 的时候,靠地面控制点做几何校正。控制点数量够、分布均匀,整幅图的几何精度才稳;控制点集中在一边,另一边的变形会很明显。
实际做法:飞之前先想好控制点布在哪,边缘和四角必须有,中间均匀撒几个。别等飞完了在地上随便找几个点凑数——那种点往往精度不够,还会把误差带进整幅图。
还有一件事常被忽略:飞行高度和重叠度决定了几何质量,不是像素大小。 飞得低能拿到更小的 GSD,但如果重叠度不够,拼接就会出问题。为了 GSD 好看而牺牲重叠度,是拿几何精度换一个数字。
该看什么数
如果任务是地块提取和面积统计,我建议看这几个,而不是 OA:
图斑叠合度,跟参考图斑的交并比;总面积相对误差,跟实测或承保面积比;地块数量对不对,有没有把一块地拆成两块或者把两块并成一块。
这几个数直接对应最后要交付的东西。像素级 OA 只能说明分类器在样本上表现如何,说明不了交付物能不能用。
一句话:2 厘米是影像的属性,不是成果的精度。精度是任务、分辨率和几何质量三者共同决定的,缺一个都不成立。