一种基于目标光谱的高光谱图像探测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于目标光谱的高光谱图像探测方法及装置。方法包括：确定待检测的高光谱图像P、目标光谱D和目标大小参数K，高光谱图像P包含L行、S列，且波段数为B；计算高光谱图像P的自相关矩阵R；依据高光谱图像P的自相关矩阵R和目标光谱D，计算目标样本投影矩阵Rd；计算目标样本投影矩阵Rd的逆矩阵Rd

A Method and Device for Detecting Hyperspectral Images Based on Target Spectrum

The invention provides a hyperspectral image detection method and device based on target spectrum. The methods include: determining P, target spectral D and target size parameter K of hyperspectral image to be detected, P of hyperspectral image contains L rows and S columns, and the number of bands is B; calculating autocorrelation matrix R of hyperspectral image P; calculating target sample projection matrix Rd based on autocorrelation matrix R and target spectral D of hyperspectral image P; calculating inverse matrix Rd of target sample projection matrix Rd.

【技术实现步骤摘要】
一种基于目标光谱的高光谱图像探测方法及装置
本专利技术涉及高光谱遥感目标探测
，尤其涉及一种基于目标光谱的高光谱图像探测方法及装置。
技术介绍
高光谱遥感以纳米级的光谱分辨率在可见光、近红外等范围同时成像，对地物的光谱信息与空间几何分布信息进行同步获取。基于高光谱图像的目标探测(简称高光谱图像目标探测)技术是高光谱遥感应用的重要方向之一。高光谱图像目标探测技术主要是依据目标与地物在光谱特征上存在的异同进行检测识别，每个像元所包含的光谱向量好比目标地物的“指纹”，从而更容易区分微小目标以及探索目标的本质。具体地，高光谱图像目标探测技术是直接利用目标光谱对高光谱图像中的像元作逐一匹配，匹配的方式例如包括光谱距离、光谱夹角、以及通过光谱编码后的相似性匹配等。然而，这些匹配方式的本质均是作光谱波形的匹配，而光谱波形的匹配方法对高光谱图像噪声非常敏感，由于受大气传输、系统噪声等因素的影响，实际应用中高光谱图像很难达到光谱匹配的质量要求，探测效果并不理想。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种基于目标光谱的高光谱图像探测方法及装置，用于提高探测效果，技术方案如下：基于本专利技术的一方面，本专利技术提供一种基于目标光谱的高光谱图像探测方法，包括：确定待检测的高光谱图像P、目标光谱D和目标大小参数K，其中所述高光谱图像P包含L行、S列，且波段数为B，目标光谱D＝{d1，d2，d3.......dN}，每条光谱d是一个B维列向量，其中L、S、B、N均为正整数；依据公式计算所述高光谱图像P的自相关矩阵R，其中xi表示所述高光谱图像P中的第i个像元，i为正整数；依据所述高光谱图像P的自相关矩阵R和所述目标光谱D，利用公式Rd＝R+DDT计算目标样本投影矩阵Rd；计算所述目标样本投影矩阵Rd的逆矩阵Rd-1；对于所述高光谱图像P中的任意一个像元x(l,s)，根据所述目标大小参数K计算该像元x(l,s)的样本投影矩阵Rx，其中l，s分别为向量x的行列号，l，s均为正整数；计算该像元x(l,s)的样本投影矩阵Rx的逆矩阵Rx-1；依据公式计算该像元x(l,s)的匹配探测结果output(x)。可选地，对于所述高光谱图像P中的任意一个像元x(l,s)，根据所述目标大小参数K计算该像元x(l,s)的样本投影矩阵Rx包括：利用公式计算该像元x(l,s)的样本投影矩阵Rx。可选地，所述目标光谱D通过地面实测或从光谱库中提取得到。可选地，所述方法还包括：依据得到的所述高光谱图像P中每个像元的匹配探测结果，将匹配探测结果满足预设条件的像元突出显示。可选地，所述方法还包括：在确定所述目标大小参数K时，根据待测目标的空间大小，调整所述目标大小参数K。基于本专利技术的另一方面，本专利技术提供一种基于目标光谱的高光谱图像探测装置，包括：确定单元，用于确定待检测的高光谱图像P、目标光谱D和目标大小参数K，其中所述高光谱图像P包含L行、S列，且波段数为B，目标光谱D＝{d1，d2，d3.......dN}，每条光谱d是一个B维列向量，其中L、S、B、N均为正整数；第一计算单元，用于依据公式计算所述高光谱图像P的自相关矩阵R，其中xi表示所述高光谱图像P中的第i个像元，i为正整数；第二计算单元，用于依据所述高光谱图像P的自相关矩阵R和所述目标光谱D，利用公式Rd＝R+DDT计算目标样本投影矩阵Rd；第三计算单元，用于计算所述目标样本投影矩阵Rd的逆矩阵Rd-1；第四计算单元，用于对于所述高光谱图像P中的任意一个像元x(l,s)，根据所述目标大小参数K计算该像元x(l,s)的样本投影矩阵Rx，其中l，s分别为向量x的行列号，l，s均为正整数；第五计算单元，用于计算该像元x(l,s)的样本投影矩阵Rx的逆矩阵Rx-1；第六计算单元，用于依据公式计算该像元x(l,s)的匹配探测结果output(x)。可选地，所述第四计算单元具体用于，利用公式计算该像元x(l,s)的样本投影矩阵Rx。可选地，所述目标光谱D通过地面实测或从光谱库中提取得到。可选地，所述装置还包括：突出显示单元，用于依据得到的所述高光谱图像P中每个像元的匹配探测结果，将匹配探测结果满足预设条件的像元突出显示。可选地，所述装置还包括：调整单元，用于根据待测目标的空间大小，调整所述目标大小参数K。本专利技术提供的基于目标光谱的高光谱图像探测方法及装置中，基于确定的包含L行、S列，波段数为B的高光谱图像P，确定的包含一条或多条光谱的目标光谱D，以及目标大小参数K，能够自动计算得到高光谱图像P中每个像元的匹配探测结果，该匹配探测结果表示了像元与目标光谱的相似程度，从而基于匹配探测结果能够得到目标位置的空间分布。本专利技术将高光谱图像P中的像元投影到包含不同样本的投影空间，通过比较其能量输出，计算像元与目标光谱的相关程度，不仅方法计算简便，且有效提高了探测性能和效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的一种基于目标光谱的高光谱图像探测方法的流程图；图2为本专利技术提供的一种基于目标光谱的高光谱图像探测装置的结构示意图；图3为本专利技术提供的另一种基于目标光谱的高光谱图像探测装置的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在具体介绍本专利技术技术方案前，申请人首先对本专利技术涉及到的相关参数进行说明。L：lines，行；S：samples，列；B：bands，波段数；Pixel：像元；像元x(l,s)：表示第l行，第s列的像元；像元xi：表示第i个像元；本专利技术中x(l,s)和xi的本质相同，都是用于表示某个像元，不同点仅在于表达方式不同；目标光谱D＝{d1，d2，d3.......dN}，目标光谱D是由长度均为B的N条目标光谱构成的矩阵，其中每条光谱d都是一个B维列向量，N为正整数；向量转置：xT表示向量x的转置；矩阵求逆：R-1表示矩阵R的逆矩阵。目标大小参数K可以根据目标在图像中可能覆盖的范围确定，根据不同探测场景人工设置。目标大小参数K为非负整数，本专利技术默认为1。如图1所示，本专利技术提供的基于目标光谱的高光谱图像探测方法可以包括：步骤101，确定待检测的高光谱图像P、目标光谱D和目标大小参数K，所述高光谱图像P包含L行、S列，且波段数为B，目标光谱D＝{d1，d2，d3.......dN}，每条光谱d是一个B维列向量，其中L、S、B、N均为正整数。在本专利技术实际应用过程中，确定的待检测的高光谱图像P可以是用户确定并输入的图像。对于该确定的待检测的高光谱图像P，其包含L行、S列，且波段数为B，即该确定的待检测的高光谱图像P包含的总像元个数为L×S个，该确定的待检测的高光谱图像P中的任意一个像元x(l,s)表示为第l行、第s列的像元，高光谱图像P中每一个像元均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于目标光谱的高光谱图像探测方法，其特征在于，包括：确定待检测的高光谱图像P、目标光谱D和目标大小参数K，其中所述高光谱图像P包含L行、S列，且波段数为B，目标光谱D＝{d1，d2，d3.......dN}，每条光谱d是一个B维列向量，其中L、S、B、N均为正整数；依据公式

【技术特征摘要】
1.一种基于目标光谱的高光谱图像探测方法，其特征在于，包括：确定待检测的高光谱图像P、目标光谱D和目标大小参数K，其中所述高光谱图像P包含L行、S列，且波段数为B，目标光谱D＝{d1，d2，d3.......dN}，每条光谱d是一个B维列向量，其中L、S、B、N均为正整数；依据公式计算所述高光谱图像P的自相关矩阵R，其中xi表示所述高光谱图像P中的第i个像元，i为正整数；依据所述高光谱图像P的自相关矩阵R和所述目标光谱D，利用公式Rd＝R+DDT计算目标样本投影矩阵Rd；计算所述目标样本投影矩阵Rd的逆矩阵Rd-1；对于所述高光谱图像P中的任意一个像元x(l,s)，根据所述目标大小参数K计算该像元x(l,s)的样本投影矩阵Rx，其中l，s分别为向量x的行列号，l，s均为正整数；计算该像元x(l,s)的样本投影矩阵Rx的逆矩阵Rx-1；依据公式计算该像元x(l,s)的匹配探测结果output(x)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于所述高光谱图像P中的任意一个像元x(l,s)，根据所述目标大小参数K计算该像元x(l,s)的样本投影矩阵Rx包括：利用公式计算该像元x(l,s)的样本投影矩阵Rx。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标光谱D通过地面实测或从光谱库中提取得到。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：依据得到的所述高光谱图像P中每个像元的匹配探测结果，将匹配探测结果满足预设条件的像元突出显示。5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在确定所述目标大小参数K时，根据待测目标的空间大小，调整所述目标大小参数K。6.一种基于目标光...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨斌，秦建新，胡顺石，万义良，吴涛，
申请(专利权)人：湖南师范大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43