[發明專利]基于全向搜索機制變異函數的最優遙感尺度選擇方法

有效

• 申請號: 201110287032.0
• 申請日: 2011-09-26
• 公開（公告）號: CN102354391A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 吳浩;遲旭;周璐;李輝;李巖;嚴冬
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰

技術領域

本發明屬于土地利用技術領域，特別是一種基于全向搜索機制變異函數的最優遙感尺度選擇方法。

背景技術

土地利用變化是近年來全球變化研究的重要領域和熱點問題。土地利用變化具有地域性和層次性。不同的研究區域和觀測尺度，土地利用變化的空間分布和結構特征都會有所差異。因此，選擇最優空間尺度的遙感影像對特定研究區域的土地利用變化進行研究是非常必要的。

在最優尺度選擇方面，已經有很多學者做了大量工作并取得了一定成果，從國內外目前遙感影像的最優尺度選擇方法來看，主要集中在平均局部方差法(Local?Variance)和變異函數法(Variogram)。Woodcock和Strahler(1987)首次系統研究了遙感中的尺度因子，他們提出了一種運用遙感影像平均局部方差(the?mean?local?variance)確定最優空間分辨率的方法，且基于此探討了最優空間分辨率對遙感影像分類精度的影響。Atkinson等(1997)采用變異函數(variogram，也稱半方差)來確定不同遙感應用中的最優空間尺度，并對比分析了用此方法和用局部方差法選取影像的最優空間分辨率。基于類似的計算過程，Wang和Gertner等(2001)以不同分辨率變異函數的塊金方差(Nugget?Variance)和基臺方差(Sill?Variance)的比作為確定最優空間分辨率的指標。相對于平均局部方差法分析范圍必須以某一種地物為主、影像存在著嚴重邊界效應等缺點來說，變異函數法由于充分考慮了地物空間的相關性而使最優空間尺度選擇的結果更準確。

目前，據文獻統計，雖然國內外已有眾多學者將變異函數應用于遙感影像最優空間尺度的選擇之中，但由于對這些傳統普通變異函數算法并未進行改進，導致這些算法一方面存在計算過程復雜的缺陷，另外一方面沒有考慮地物在空間上不僅具有距離的空間相關性，而且具有方向的相關性，從而導致其計算出來的最佳尺度還不是很準確。

發明內容

本發明的目的是為彌補傳統變異函數算法用于遙感影像最優空間尺度選擇中僅考慮的各向同性而產生的局部最優尺度“假象”的影響，無法準確表達地物在不同距離乃至不同方向空間點位的相關關系，而提出一種基于全向搜索機制變異函數的最優遙感尺度選擇方法。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種基于全向搜索機制變異函數的最優遙感尺度選擇方法，該方法首先利用已獲取的遙感影像選擇研究區域，然后通過全向搜索算法計算出遙感影像在每一方向不同空間間隔下對應的變異函數值；在此基礎上，建立空間間隔及其變異函數值的映射關系，進而基于變異函數模型中的球狀模型回歸擬合，求解出每一方向上對應的局部最優空間尺度；最后把擬合度最大值所對應的局部最優空間尺度作為遙感影像最優空間尺度，具體為：

(1)利用已獲取的遙感影像選擇研究區域，得到研究區域的遙感影像數據；

(2)將研究區域影像數據作為輸入數據，通過全向搜索算法計算出該影像在每一個方向上不同空間間隔下對應的變異函數值；

(3)將得到的這些變異函數值進行處理，建立空間間隔及其變異函數值的映射關系，進而基于球狀模型回歸擬合，求解出每一方向上對應的局部最優空間尺度；

(4)把擬合度最大值所對應的局部最優空間尺度作為遙感影像的最優空間尺度。

本發明可以采用以下方法獲取研究區域影像并進行數據轉換，其步驟包括：

(1)利用AOI文件在Erdas軟件的圖標面板工具條中利用DataPrep/Subset，對所獲取的遙感影像進行裁剪，獲取研究區域的遙感影像；

(2)在ArcGIS軟件中，利用Conversion?Tools/From?Raster/Raster?to?ASCII，對遙感影像進行數據格式轉換，獲取研究區域影像的ASCII碼值。

本發明可以采用以下方法計算變異函數值：

(a)將研究區域ASCII碼值類同為一個rows*cols大小的數值矩陣；

(b)判斷循環條件，不斷增加空間間隔，以該空間間隔作為搜索半徑，在對應方向上尋找像元，計算該像元與起點像元的灰度差，然后根據變異函數的計算公式計算出現行空間間隔下的變異函數值。這里一共包含了八個方向，即北、東北、東、東南、南、西南、西、西北，考慮到對稱性，只需要計算四個方向；

(c)逐步擴大搜索半徑大小，依據步驟(b)中方法計算對應空間間隔下的變異函數值，并記錄每次計算得出的結果。

本發明可以采用以下方法確定遙感影像的最優空間尺度：