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一种多光谱遥感影像变化检测方法技术

技术编号:8959859 阅读:247 留言:0更新日期:2013-07-25 19:23
本发明专利技术涉及遥感影像处理技术领域,提出了一种多光谱遥感影像变化检测方法,主要解决当遥感地物类型较复杂时,传统方法构造的差异影像信息冗余大,伪变化信息及背景噪声干扰严重;传统基于EM算法求得的高斯混合模型(GMM)对差异影像直方图拟合效果差,检测精度低的问题。其实现过程包括下述步骤:首先,采用主成分(PCA)变换与相关系数融合法相结合的方式构造差异影像;其次,利用分支数为k的GMM对差异影像进行建模,并利用MDL-EM算法自适应估计模型各参数;最后,利用基于统计最小错误率的Bayes判别准则确定变化检测的阈值,得到目标影像的变化检测结果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及遥感影像处理
,特别涉及,适用于同一区域不同时相的多幅含有地物变化信息的多光谱遥感影像数据的变化检测。
技术介绍
基于遥感影像的变化检测是根据同一区域不同时相的遥感影像,辨识观测对象或者现象的状态变化过程。它已广泛应用于资源管理与规划、环境保护等诸多领域,并为相关部门提供科学决策的依据。当前,遥感影像的变化检测问题已经成为一个非常活跃的研究方向,如美国的国家地理空间智能研究所、意大利的Trento大学、中国科学院遥感所、武汉大学等机构和研究小组都在开展相关方面的研究和应用开发,取得了诸多成果。目前遥感影像变化检测方法主要有:代数法、变换法、分类比较法、高级模型法、GIS集成法、视觉分析法和其它方法。其中代数法以其操作简单、易于实现成为当前变化检测中使用最广泛的方法之一,主要包括差值法、比值法等。代数法的变化检测核心问题为:差异影像的获取和阈值的选取。仅依靠单一方法获取差异影像,并不能较好地反映地面真实变化情况。通过融合的方法来构造差异影像可以克服此问题,但是其不足是该方法主要是针对单一波段遥感影像。通过差异影像来对感兴趣区的变化和非变化像元做出判定的关键是阈值的选取,常规的手动选择阈值准确性不高,且自动化程度较低。为了克服这些缺点,L.Bruzzone等提出一种基于统计最小错误率的Bayes判别准则的变化检测算法,将差异影像视作由变化和非变化两类像元组成的高斯混合分布,然后利用(Expectation-Maximization, EM)算法估计出高斯混合分布密度函数的参数,进而确定出变化检测的阈值。但当“差异影像”含有多种地物变化类型,光谱信息较复杂时,把差异影像视作仅有两类的高斯混合分布,显然会降低其变化检测精度。另外,EM算法是在已知高斯混合模型(Gaussian Mixture Model,GMM)分支数的情况下对参数进行估计的,而在实际的应用中,这点很难做到。
技术实现思路
本专利技术针对上述已有的技术不足,提出。该方法能最大限度地保留目标数据变化的细节信息,减少伪变化信息及背景噪声的干扰,准确估计GMM的参数(分支数,权重,均值,方差),实现了对差异影像直方图的最佳拟合,提高了目标影像的变化检测精度。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案:,包括下述步骤:步骤I,数据准备:选取需要进行变化检测的同一区域、不同时相的2幅多光谱遥感影像数据;步骤2,构造差异影像:对2幅多光谱遥感影像数据通过相关系数融合法构造差异影像;差异影像的构造分以下几步进行,首先对经过步骤I得到的2幅多光谱遥感影像数据X1, X2,通过ENVI4.8软件分别进行PCA变换,并分别提取其第一主成分Xlpc;1,X2pcl ;然后,求取Xlpc;1,X2pcl的差值就影像AY1以及比值影像AY2,最后对获取的差值、比值影像进行融合构造出差异影像;对于PCA变换,采用ENVI4.8软件对目标数据进行PCA变换时以协方差矩阵的特征向量对应的矩阵作为变换矩阵;对于n 维随机变量 X1, X2,…,Xn,若 Cij=Cov (Xi, Xj) =E {[X1-E (Xi) ] [XrE (Xj)]都存在,i, j=l, 2,…n,则n维随机变量X1, X2,…,Xn的协方差矩阵为:本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种多光谱遥感影像变化检测方法,其特征在于:包括下述步骤:?步骤1,数据准备:?选取需要进行变化检测的同一区域、不同时相的2幅多光谱遥感影像数据;?步骤2,构造差异影像:?对2幅多光谱遥感影像数据通过相关系数融合法构造差异影像;?差异影像的构造分以下几步进行,首先对经过步骤1得到的2幅多光谱遥感影像数据X1,X2,通过ENVI4.8软件分别进行PCA变换,并分别提取其第一主成分X1pc1,X2pc1;然后,求取X1pc1,X2pc1的差值就影像ΔY1以及比值影像ΔY2,最后对获取的差值、比值影像进行融合构造出差异影像;?对于PCA变换,采用ENVI4.8软件对目标数据进行PCA变换时以协方差矩阵的特征向量对应的矩阵作为变换矩阵;?对于n维随机变量X1,X2,…,Xn,若cij=Cov(Xi,Xj)=E{[Xi?E(Xi)][Xj?E(Xj)]都存在,i,j=1,2,…n,则n维随机变量X1,X2,…,Xn的协方差矩阵为:?通过相关系数融合法构造的差异影像F在坐标(p,q)处的像元值为:?F(p,q)=λpq[αΔY1(p,q)+βΔY2(p,q)]???(2)?式中,λpq=ΔY2(p,q)/max(ΔY2);α=a|r|+b;α+β=1;r为ΔY1与ΔY2的相关系数;其表达式为:?式中,N为GMM的像元总数,分别为ΔY1与ΔY2的均值,a,b为常数;?常数a,b作为权重α的调节因子,a,b∈[0,1];通过调节a,b的值来调整差值影像和比值影像的权重α,β,取a,b∈{0.1,0.2,…,1},则a,b的值可由下式确定;?式中,m为差异影像F的行数,n为差异影像F的列数,且有N=m×n;?步骤3,建立模型:?首先,采用GMM对差异影像进行建模,然后,利用EM算法估计GMM的参数,所述参数包括权重,均值,方差;?步骤4,确定变化检测阈值:?利用基于统计最小错误率的Bayes判别准则确定变化检测的阈值,得到多光谱遥感影像的变化检测结果。FDA00002961047700011.jpg,FDA00002961047700012.jpg,FDA00002961047700013.jpg,FDA00002961047700014.jpg,FDA00002961047700021.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种多光谱遥感影像变化检测方法,其特征在于:包括下述步骤: 步骤I,数据准备: 选取需要进行变化检测的同一区域、不同时相的2幅多光谱遥感影像数据; 步骤2,构造差异影像: 对2幅多光谱遥感影像数据通过相关系数融合法构造差异影像; 差异影像的构造分以下几步进行,首先对经过步骤I得到的2幅多光谱遥感影像数据X1, X2,通过ENVI4.8软件分别进行PCA变换,并分别提取其第一主成分Xlpc;1,X2pcl ;然后,求取Xlpc;1,X2pc;1的差值就影像AY1以及比值影像A Y2,最后对获取的差值、比值影像进行融合构造出差异影像; 对于PCA变换,采用ENVI4.8软件对目标数据进行PCA变换时以协方差矩阵的特征向量对应的矩阵作为变换矩阵;对于 n 维随机变量 X1, X2,…,Xn,若 Cij=Cov (Xi, Xj) =E {[X1-E (Xi) ] [XrE (Xj)]都存在,i, j=l, 2,…n,则n维随机变量X1, X2,…,Xn的协方差矩阵为:2.根据权利要求1所述的一种多光谱遥感影像变化检测方法,其特征在于:所述步骤3包括如下步骤: 首先,采用GMM对差异影像进行建模,然后,利用MDL-EM算法估计GMM的参数; 对于GMM的构造,具体实现为:设f i为差异影像F的第i个像元灰度值;i=l,…,N,F中存在k个待识别的类,即为k个分支;每个像元之间是相互独立的,且不考虑分支间的相关性,则有:3.根据权利要求2所述的一种多光谱遥感影像变化检测方法,其特征在于:所述步骤3中的GMM中分支数k通过如下方法确定: 在选定初始最大分支数k_的情况下,通过引入合并最小距离分支的办法来自适应地依...

【专利技术属性】
技术研发人员:吴宝国石爱业王赵玺夏晨阳严威
申请(专利权)人:河海大学
类型:发明
国别省市:

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