地物目标识别和信息提取是遥感图像从数据转换为信息,进而服务于各行各业的中间环节,也是整个遥感应用服务链的核心技术之一。随着卫星传感器空间分辨率的不断提高,地物的结构、纹理、形状和边缘细节等特征信息越来越丰富,传统的基于像元光谱识别的方法已经不能满足当前高分辨率遥感应用的需求,成为制约大规模高分辨率遥感应用的瓶颈。目前,探讨如何从“基于像元”的遥感图像分类方法向“基于特征”的遥感信息识别技术的转变,已经成为遥感科学研究的热点和前沿。论文以国家高技术研究发展计划课题(2008AA12Z106)“高空间分辨率卫星图像分割的新型技术研究”,以及国家自然科学基金项目(40801166)“基于频域特征的高空间分辨率卫星图像多尺度分割方法研究”为项目支撑,以Parseval能量守恒定理为理论依据,结合频谱能量分析的相关技术手段,对研究区范围内QuickBird卫星图像上的地物特征进行了识别和提取研究,为高分辨率遥感图像在复频域中从基于像元的分类过渡到基于特征的识别奠定了理论基础。论文主要研究内容与结论包括：一、从Parseval能量守恒定理和地物特征的图谱识别理论出发,对遥感图像从“基于像元的光谱能量”识别,过渡到“基于特征的频谱能量”识别的可行性进行了论证。某一特定的地物特征信号,可以看作是由若干个不同谐波能量的波形叠置而成,从空域中叠置与从频域叠置都可以组成原来的特征信号,只是在空域上能量是按照像元位置(x,y)叠置分布的,而在频域上能量是按照频率位置(u,v)叠置分布的。因此除了从能量分布的光谱特性考虑以外,我们还可以从能量分布的频谱特性入手,对反映地物的色调、边缘、纹理和方向等特征的空间频率规律加以研究,以充分利用特定地物特征所固有的谐波能量的大小来识别地物目标。二、对高分辨率遥感图像上地物特征的频谱能量分布特点及其信息表征情况进行了分析和探讨。利用不同半径大小的圆内所包含的频谱能量占总能量的百分比,初步考察了地物特征频谱能量的分布状况,发现90%左右的能量集中在频谱中心周围,且这部分能量对于图像的总体轮廓及色调特征的重构起着重要作用,随着频谱半径的逐渐增大,高频能量逐渐被纳入,图像的边缘结构特征信息也越来越明显。进而通过频谱能量环状和楔状采样的方法,定量地分析了研究研究区不同地物特征的纹理粗糙程度、周期性以及方向性信息。研究表明,对遥感图像地物特征的频谱能量进行分析,可以获取在空间域中所无法得到的地物信息的表征,这为进一步开展地物特征的识别和提取提供了一条有效的新思路。三、探讨了低阶频谱能量系数与地物主体色调特征识别的理论机制。能量谱作为遥感图像的重要特征,是像元的光谱能量在频域内由低频向高频的重新分布。根据频域内的低阶能量系数构建特征向量,利用支持向量机的方法,可以实现研究区遥感图像上不同地物目标的有效识别,总体识别精度达到了88.96%。进一步以居民楼地物为例,通过绘制地物剖面线的方法,分析了低阶谐波能量的叠置对居民楼剖面亮度响应曲线的主体波动特征的表征程度,同时利用谐波能量的方差贡献以及统计检验分析的方法,确定了表征居民楼主体色调和轮廓特征的中心频率为0.023cycles/pixel。四、探讨了高阶频谱能量系数与地物局部边缘细节特征识别的理论机制。结合高阶谐波能量的叠置,对几何意义上剖面亮度响应曲线的波动特征给出合理的统计和物理解释：剖面亮度响应曲线的波动状况一定程度上反映了各次谐波能量的大小,如果曲线的波动比较剧烈,则亮度响应的方差越大,高阶谐波在能量叠置的过程中所起的作用就越大。同时根据谐波能量的叠置对曲线的逼近程度,利用谐波窗口分析的方法,分别获取了居民楼列向和幢向方向上局部边缘细节特征的高阶中心频率,并且根据重构曲线与原始亮度响应曲线的逼近程度分析,检验了识别标志建立的可行性。论文最后结合低频和高频识别标志,探讨了研究区居民楼地物特征的恢复和重建效果,并且应用在频谱能量上具有方向和频带选择性的匹配Gabor滤波器,实现了居民楼地物对象的提取,从而验证了本文所探讨的地物特征频谱能量识别理论及方法是切实可行的。研究结果表明,从表征地物目标特征信息的频谱能量入手,来探讨频域特征识别的相关研究具有重要的理论意义和实际应用价值。首先,基于傅立叶变换的频谱能量分析,将为高分辨率遥感图像从传统的像元分类过渡到特征识别提供了一套全新的思路和方法。其次,深入分析地物特征的空域表达和频域描述之间的关系,对于特征识别的内在机理的发掘具有重要的理论价值。同时,论文所提出的地物特征剖面分析,剖面信号的谐波能量叠置分析以及地物特征主体低频和局部高频识别标志确定的方法等,在方法和应用上具有重要的参考价值。