[發(fā)明專利]基于時間序列重要點分析的高光譜遙感圖像波段選擇方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010195127.5
• 申請日: 2010-06-08
• 公開（公告）號: CN101859383A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李士進;楊金花;余宇峰;萬定生;馮鈞;朱躍龍
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06T7/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，尤其是涉及一種高光譜遙感圖像波段選擇方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和航空航天技術(shù)及遙感科學(xué)的飛速進步，可獲取的高光譜遙感數(shù)據(jù)正以驚人的速度增長，如何處理與利用這樣豐富的光譜信息，又希望提高學(xué)習(xí)效率和速度，是人們研究的熱門課題。處理高光譜遙感數(shù)據(jù)一個最重要的前提是要對波段數(shù)目進行降維，常用的降維方式分為特征提取與特征選擇，此時特征選擇即波段選擇。通常特征提取會改變光譜波段的原始物理意義，不利于地物反演，因此許多研究者為了充分利用高光譜遙感的豐富波段信息，積極研究波段選擇方法。

目前的波段選擇方法較多，如常用的搜索算法，有窮舉搜索法、順序前進或后退法、分支定界法等。這類方法用于維數(shù)不多的特征選擇時，計算量與計算復(fù)雜度都還可以接受，但是用于成百上千的高光譜圖像波段選擇時，由于計算效率較低而不實用。劉春紅等人[劉春紅，趙春暉，張凌雁：一種新的高光譜遙感圖像降維方法.中國圖象圖形學(xué)報，2005，10(2)：218-222]便提出了自適應(yīng)波段選擇方法(ABS，Adaptive?Band?Selection)。該方法充分考慮了高光譜圖像的空間相關(guān)性和譜間相關(guān)性，并通過計算各個波段的指數(shù)來選擇信息量大并且與其他波段相關(guān)性小的波段，效果較好，其計算復(fù)雜度也大大降低，但是這種方法選擇出的波段分布不均勻，有信息損失，不能充分利用高光譜圖像豐富的光譜信息。還有人[Chavez?P?S，Berlin?G?L，Sowers?L?B：Statistical?method?for?selectingLandsat?MSS?ratios.Journal?of?applied?photographic?engineering，1982，1(8)：23-30.]提出基于信息量的最佳波段選擇方法，通過計算高光譜圖像的熵與聯(lián)合熵、組合波段的協(xié)方差矩陣行列式或者最佳指數(shù)(OIF，Optimum?Index?Factor)，并將這些反應(yīng)信息量的指標值按照從大到小的順序排序，根據(jù)需要選擇最優(yōu)組合波段。這些計算指標通常都能找到信息量最大的波段組合，但是都沒有考慮到不同地物類別之間在組合波段上區(qū)分的難易度。而劉建平等人[劉建平，趙英時，孫淑玲：高光譜遙感數(shù)據(jù)最佳波段選擇方法試驗研究.遙感信息，2001，1(1)：7-13.]針對這個問題提出了基于類間可分性的最佳波段組合選擇方法。實驗證明此類方法能夠找到最佳波段組合，實現(xiàn)維數(shù)降低。但是在實際應(yīng)用中，存在一定的局限性，并不能總是找到最優(yōu)組合，而且不適用于高維數(shù)據(jù)。王立國等人[王立國，谷延鋒，張曄：基于支持向量機和子空間劃分的波段選擇方法.系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2005，27(6)：974-977.]提出了基于支持向量機和子空間劃分的波段選擇方法，該方法通過對支持向量機判決函數(shù)進行敏感度分析，同時對數(shù)據(jù)源進行子空間劃分，然后結(jié)合敏感度分析結(jié)果和子空間劃分結(jié)果來實現(xiàn)有效的波段選擇。此方法有效去除了冗余，并大幅度的提高了分類精度，可行有效，但計算過程復(fù)雜。

綜上所述，現(xiàn)有的高光譜遙感圖像波段選擇方法均存在計算復(fù)雜度高的問題，對圖像處理系統(tǒng)的軟、硬件配置也提出了極高的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種計算復(fù)雜度低、實現(xiàn)過程方便快捷的高光譜遙感圖像波段選擇方法。

本發(fā)明是通過將時間序列分析方法引入高光譜遙感圖像的波段選擇來實現(xiàn)上述目的。下面先對時間序列分析方法的原理和內(nèi)容進行簡單介紹：

時間序列分析方法是一種動態(tài)數(shù)據(jù)處理的統(tǒng)計方法。從統(tǒng)計的意義上講，所謂時間序列，就是根據(jù)某一個指標在不同的時間上順序記錄的一系列的數(shù)據(jù)。嚴格按照上述定義來說，時間序列數(shù)據(jù)都是按照時間順序變化的，但是王振龍[王振龍：時間序列分析.北京：中國統(tǒng)計出版社，2000.]提出只要觀測量按照一定的順序排列而成均可認為是時間序列。那么引申而出，一定的順序可以是時間順序，也可以是其他物理意義的物理量，例如長度，溫度，速度等。因此，時間序列只強調(diào)順序的重要性，而沒有強調(diào)必須要用時間順序排列，因此完全可以將時間序列與高光譜遙感圖像數(shù)據(jù)聯(lián)系起來。以Washington?DC?Mall數(shù)據(jù)集的為例，下表是其中第一類中一個樣本點的數(shù)據(jù)：

波段號???????????1????????????2????…?????????190?????????191

波段值????0.757223?????0.824438????…????0.479944????0.490868