[發(fā)明專利]基于協(xié)整理論的光譜匹配檢測(cè)方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310097144.9
• 申請(qǐng)日: 2013-03-25
• 公開（公告）號(hào): CN103198478A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹繼豪;姜志國(guó);高超;孫建穎;徐胤;李輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于協(xié)整理論的光譜匹配檢測(cè)方法，屬于高光譜遙感圖像處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高光譜遙感(Hyperspectral?Remote?Sensing)技術(shù)是一種近三十年來(lái)快速發(fā)展的應(yīng)用型空天對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，無(wú)論是在商業(yè)、軍事還是民用領(lǐng)域，它都具有重要的理論價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。高光譜遙感技術(shù)利用成像光譜儀從待測(cè)目標(biāo)的電磁波譜中獲取具有狹窄間隔的光譜響應(yīng)序列，具有圖譜合一的特性。我國(guó)是世界上少數(shù)幾個(gè)獨(dú)立擁有完整的高光譜遙感技術(shù)體系的國(guó)家之一，近年來(lái)我國(guó)科研工作者對(duì)礦物勘探、醫(yī)學(xué)診斷、敵后偵察、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)控、植被量測(cè)、城市規(guī)劃等范疇展開全方位、多層次、寬領(lǐng)域的高光譜遙感技術(shù)綜合應(yīng)用研究，均取得豐碩的成果。

與常規(guī)遙感圖像相比，高光譜遙感圖像主要存在以下兩個(gè)突出特點(diǎn)：

1）數(shù)據(jù)量大。對(duì)同一地面瞬時(shí)觀測(cè)域，高光譜遙感圖像的數(shù)據(jù)量比常規(guī)遙感圖像普遍高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)，這對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)的吞吐量和處理算法的復(fù)雜度有較高要求；

2）相關(guān)性強(qiáng)。高光譜遙感圖像既存在相鄰像元之間的空間相關(guān)性，又存在相鄰波段之間的光譜相關(guān)性，而后者遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)前者，導(dǎo)致了大量的冗余信息。

綜上所述，高光譜遙感圖像的優(yōu)越性是以大數(shù)據(jù)量和強(qiáng)相關(guān)性為代價(jià)的，因此，針對(duì)灰度級(jí)、全彩色和多光譜的常規(guī)遙感圖像處理技術(shù)將很難直接適用于高光譜遙感圖像處理領(lǐng)域，需要結(jié)合具體應(yīng)用加以改進(jìn)或提升。

作為高光譜遙感圖像處理的主要研究方向之一，光譜匹配檢測(cè)通過(guò)研究?jī)蓚€(gè)光譜曲線的相似度來(lái)判斷地物的歸屬類別，得到待測(cè)光譜屬于某種已知光譜的確認(rèn)概率，因此，基于光譜匹配的地物識(shí)別算子需要若干先驗(yàn)信息，但這并不會(huì)影響到光譜匹配檢測(cè)在高光譜遙感圖像處理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

本發(fā)明將協(xié)整理論引入高光譜遙感圖像地物識(shí)別，實(shí)現(xiàn)光譜匹配檢驗(yàn)。協(xié)整理論的核心是協(xié)整關(guān)系，協(xié)整關(guān)系并不是統(tǒng)計(jì)意義上的相關(guān)關(guān)系或是函數(shù)關(guān)系，而是指從一個(gè)長(zhǎng)期區(qū)間來(lái)看，對(duì)于若干各自具有長(zhǎng)期波動(dòng)規(guī)律的變量，它們之間存在的一種長(zhǎng)期均衡關(guān)系。協(xié)整理論自從提出就受到廣泛關(guān)注，經(jīng)典時(shí)間序列分析的平穩(wěn)性假設(shè)過(guò)于理想化，會(huì)導(dǎo)致偽回歸現(xiàn)象，偽回歸現(xiàn)象是指變量之間本來(lái)并不存在真正的關(guān)系，而是由于變量都是非平穩(wěn)序列造成的虛假顯著性關(guān)系。在偽回歸的情況下，模型中的系數(shù)估計(jì)以及其他相關(guān)統(tǒng)計(jì)量不可靠，其本質(zhì)原因是傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)量的估計(jì)不再滿足理論推導(dǎo)時(shí)假設(shè)的收斂性、一致性和無(wú)偏性，協(xié)整理論的提出很好的解決了這個(gè)問(wèn)題。

設(shè)序列X(t)是非平穩(wěn)的，如果序列X(t)至少需要進(jìn)行d階差分才能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)，那么稱X(t)是d階單整的，簡(jiǎn)記為X(t)～I(xiàn)(d)。特別的，如果序列X(t)自身已是平穩(wěn)序列，則X(t)～I(xiàn)(0)。

單整衡量單個(gè)序列的平穩(wěn)性，它具有如下的重要性質(zhì)：

1)如果X(t)～I(xiàn)(0)，則對(duì)于任意非零實(shí)數(shù)a,b，有a+bX(t)～I(xiàn)(0)。

2)如果X(t)～I(xiàn)(d)，則對(duì)于任意非零實(shí)數(shù)a,b，有a+bX(t)～I(xiàn)(d)。

3)如果X(t)～I(xiàn)(d),Y(t)～I(xiàn)(d)，則對(duì)于任意非零實(shí)數(shù)a,b，有aX(t)+bY(t)～I(xiàn)(d)。

4)如果X(t)～I(xiàn)(d_x),Y(t)～I(xiàn)(d_y)，則對(duì)于任意非零實(shí)數(shù)a,b，有aX(t)+bY(t)～I(xiàn)(d)，其中d≤max[d_x,d_y]。

設(shè)序列X(t),Y(t)均是d階單整的序列，如果存在一個(gè)非零系數(shù)α使得y(t)-αx(t)～I(xiàn)(p),d≥p，那么稱X(t),Y(t)是CI(d,p)階協(xié)整的，簡(jiǎn)記為x(t),y(t)～CI(d,p)，α是協(xié)整系數(shù)。特別的，如果y(t)-αx(t)～I(xiàn)(0)，則x(t),y(t)～CI(d,d)。

協(xié)整理論主要探討如何判斷是否存在協(xié)整關(guān)系，而不需要預(yù)先知道單整或者協(xié)整的具體階數(shù)，雖然光譜響應(yīng)序列是非平穩(wěn)的，但是相同目標(biāo)地物的光譜響應(yīng)序列應(yīng)當(dāng)具有相似的趨勢(shì)，這點(diǎn)啟發(fā)考察光譜響應(yīng)序列之間的協(xié)整關(guān)系。設(shè)目標(biāo)地物ω是高斯分布的，X,Y是從ω中任選的兩個(gè)樣本，那么X-Y是零均值、雙倍方差高斯分布的，因此，X-Y～I(xiàn)(0)。然而，由于混合光譜的疊加和測(cè)量誤差的干擾，光譜響應(yīng)序列可能存在整體的偏移，此時(shí)，X-Y不再是零均值序列。但是，如果存在一個(gè)非零系數(shù)α使得X-αY～I(xiàn)(0)，那么依然可以認(rèn)定X,Y屬于同一目標(biāo)地物。

發(fā)明內(nèi)容