一种多时相多光谱遥感影像变化检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多时相多光谱遥感影像变化检测方法及系统，所述方法首先利用非负矩阵分解融合多时相遥感影像的变化矢量幅值和多时相的光谱角映射图，获取新的差异影像。然后，对差异影像应用FCM算法获取CRF的一元能量项。其次，根据图像的邻域和差异影像，获取CRF的二元能量项。最后通过循环信度传播算法对CRF的能量最小化获取最终的变化检测结果。本发明专利技术能够更好地刻画图像邻域间的关系，提高了变化检测的精度；变化检测结果更加可靠，也更加具有稳健性。

【技术实现步骤摘要】
一种多时相多光谱遥感影像变化检测方法及系统
本专利技术属于图像处理
，尤其涉及一种多时相多光谱遥感影像变化检测方法。
技术介绍
遥感影像的变化检测就是从不同时期的遥感数据中，定量地分析和确定地表变化的特征与过程。各国学者从不同的角度和应用研究提出了许多有效的检测算法，总体来说，根据检测过程中是否需要训练样本，可以将变化检测分为三个大类：非监督变化检测算法、半监督变化检测算法和监督变化检测算法。由于非监督变化检测算法无需训练样本，加之建模过程无需先验知识，因此该类算法获得了广泛的应用。常规的非监督变化检测算法有变化矢量分析法(ChangeVectorAnalysis，CVA)、基于主成分变换的检测方法、基于FuzzyC-means(模糊C均值聚类算法，FCM)的聚类方法、基于多元变化检测算法、基于无向图的变化检测算法(包括MRF、CRF等)等。变化检测建模中，像素和其邻域具有高度相关性，MRF和CRF两种概率图模型均可以刻画这种邻域关系。由于CRF能够同时考虑观察场与标记场的空间上下文信息，比MRF建模更加灵活，其在多时相变化检测领域应用具有优势。2015年12月16日中国专利数据库公开了一种基于非平稳分析与条件随机场的SAR图像变化检测方法(专利号：201510526592.5)，但是检测方法是监督类变化检测，实际应用中需消耗大量的人力成本等去构建训练样本。现有技术中还公开了一种基于CRF的非监督变换检测方法[GuoCao,XuesongLi&LicunZhou.Unsupervisedchangedetectioninhighspatialresolutionremotesensingimagesbasedonaconditionalrandomfieldmodel.EuropeanJournalofRemoteSensing,2016,49:225-237.]，该检测方法应用于多光谱多时相遥感图像检测过程中，能够提高检测精度，但该方法在构建CRF一元能量项中，没有充分利用多光谱影像多个差异信息，导致检测性能的下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种多时相多光谱遥感影像变化检测方法及系统，融合了不同的差异图像，检测结果更加可靠、稳健，检测精度更高。为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：一方面，本专利技术提供了一种多时相多光谱遥感影像变化检测方法，所述方法包括如下步骤：融合多时相遥感影像的变化矢量幅值和光谱角信息，得到差异影像；根据差异影像获取条件随机场的一元能量项；根据多时相遥感影像的邻域和差异影像构建条件随机场的二元能量项；根据一元能量项和二元能量项构建条件随机场能量项；以能量最小化为目标，对条件随机场能量项进行优化，获取最终的变化检测结果。进一步的，采用公式(1)计算多时相遥感影像的变化矢量幅值XM：其中：(i,j)表示遥感影像的坐标；XM(i,j)表示坐标(i,j)处的变化矢量幅值；B表示每一个时相遥感影像的波段数目；b表示波段的序号；X1b(i,j)表示前一时相第b波段遥感影像坐标(i,j)处的像素值；X2b(i,j)表示后一时相第b波段遥感影像坐标(i,j)处的像素值。进一步的，采用公式(2)计算多时相遥感影像的光谱角信息XSA：其中：XSA(i,j)表示坐标(i,j)处的光谱角值；B表示每一个时相遥感影像的波段数目；(i,j)表示遥感影像的坐标；b表示波段的序号；X1b(i,j)表示前一时相第b波段遥感影像坐标(i,j)处的像素值；X2b(i,j)表示后一时相第b波段遥感影像坐标(i,j)处的像素值。进一步的，采用非负矩阵分解算法融合多时相遥感影像的变化矢量幅值和光谱角信息。进一步的，采用模糊C类均值聚类算法获取条件随机场的一元能量项。进一步的，所构建的条件随机场能量项如下：其中：S表示节点的集合，E表示相邻节点的集合，参数β是正则化参数，用于控制一元能量项和二元能量项间的比重；k,q表示节点k与其相邻的节点q组成的一个相邻节点对，Uk表示节点k处的一元能量项；Uk,q表示相邻节点对(k,q)处的二元能量项。进一步的，采用循环信度传播优化算法对条件随机场能量项进行优化获取最终的变化检测结果。进一步的，对多时相遥感影像进行融合前，还包括对多时相遥感影像进行预处理，所述预处理包括：利用ENVI遥感图像处理软件对同一区域、不同时相的遥感影像进行影像配准。进一步的，所述预处理还包括：利用多元变化检测方法对影像配准后的遥感影像进行辐射归一化校正。另一方面，本专利技术提供了一种多时相多光谱遥感影像变化检测系统，包括处理器和存储设备，所述存储设备中存储有多条指令，用于所述处理器加载并执行前述任一项多时相多光谱遥感影像变化检测方法的步骤。因此，本专利技术提供了多时相多光谱遥感影像变化检测方法及系统，通过NMF融合变化矢量幅值和光谱角映射图信息后，来构建CRF的能量项，能够更好地刻画图像邻域间的关系，提高了变化检测的精度；变化检测中，融合不同的差异图像，可以使得变化检测的结果更加可靠，也更加具有稳健性。附图说明图1是本专利技术实施例的多时相多光谱遥感影像变化检测方法的流程图；图2是本专利技术所采用的2007年1月的沙特阿拉伯Mina地区高分辨率IKONOS图像第3波段示意图；图3是本专利技术所采用的2007年12月的沙特阿拉伯的Mina地区高分辨率IKONOS图像第3波段示意图；图4是变化检测参考(GroundTruth)图像；图5是EM-MRF算法检测结果图像；图6是CRF1算法检测结果图像；图7是CRF2算法的检测结果图像；图8是采用本专利技术实施例方法的检测结果图像。具体实施方式本专利技术首先利用非负矩阵分解(NMF)融合多时相遥感影像的变化矢量幅值和多时相的光谱角映射图(SpectralAngleMapper，SAM)，获取新的差异影像XF。然后，对XF应用FCM算法(FuzzyC-Means,FCM)算法获取CRF的一元能量项。其次，根据图像的邻域和XF，获取CRF的二元能量项。最后通过循环信度传播(LoopyBeliefPropagation,LBP)算法对CRF的能量最小化获取最终的变化检测结果。本专利技术能够更好地刻画图像邻域间的关系，提高了变化检测的精度；变化检测结果更加可靠，也更加具有稳健性。下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。参照图1，是本专利技术实施例的多时相多光谱遥感影像变化检测方法的流程图，包括如下步骤：步骤1：输入同一区域、不同时相的两幅高分辨率光学遥感影像，分别记为：X1和X2。步骤2：利用ENVI遥感图像处理软件对X1和X2进行影像配准，分为粗校正和精校正两个步骤：对于几何粗校正，利用ENVI4.8软件中的相关功能实现，具体操作步骤为：(1)显示基准影像和待校正影像；(2)采集地面控制点GCPs；GCPs应均匀分布在整幅图像内，GCPs的数目至少大于等于9；(3)计算误差；(4)选择多项式模型；(5)采用双线性插值进行重采样输出。双线性差值法，若求未知函数f在点P＝(x,y)的值，假设已知函数f在Q11＝(x1,y1)，Q12＝(x1,y2)，Q21＝(x2,y1)及Q22＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多时相多光谱遥感影像变化检测方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：融合多时相遥感影像的变化矢量幅值和光谱角信息，得到差异影像；根据差异影像获取条件随机场的一元能量项；根据多时相遥感影像的邻域和差异影像构建条件随机场的二元能量项；根据一元能量项和二元能量项构建条件随机场能量项；以能量最小化为目标，对条件随机场能量项进行优化，获取最终的变化检测结果。

【技术特征摘要】
1.一种多时相多光谱遥感影像变化检测方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：融合多时相遥感影像的变化矢量幅值和光谱角信息，得到差异影像；根据差异影像获取条件随机场的一元能量项；根据多时相遥感影像的邻域和差异影像构建条件随机场的二元能量项；根据一元能量项和二元能量项构建条件随机场能量项；以能量最小化为目标，对条件随机场能量项进行优化，获取最终的变化检测结果。2.根据权利要求1所述的多时相多光谱遥感影像变化检测方法，其特征在于：采用公式(1)计算多时相遥感影像的变化矢量幅值XM：其中：(i,j)表示遥感影像的坐标；XM(i,j)表示坐标(i,j)处的变化矢量幅值；B表示每一个时相遥感影像的波段数目；b表示波段的序号；X1b(i,j)表示前一时相第b波段遥感影像坐标(i,j)处的像素值；X2b(i,j)表示后一时相第b波段遥感影像坐标(i,j)处的像素值。3.根据权利要求1所述的多时相多光谱遥感影像变化检测方法，其特征在于：采用公式(2)计算多时相遥感影像的光谱角信息XSA：其中：XSA(i,j)表示坐标(i,j)处的光谱角值；B表示每一个时相遥感影像的波段数目；(i,j)表示遥感影像的坐标；b表示波段的序号；X1b(i,j)表示前一时相第b波段遥感影像坐标(i,j)处的像素值；X2b(i,j)表示后一时相第b波段遥感影像坐标(i,j)处的像素值。4.根据权利要求1所述的多时相多光谱遥感影像变化检测方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：石爱业，李学亮，马贞立，王鑫，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32