[發明專利]一種高光譜溢油信息提取方法

在審

• 申請號: 201310533895.0
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103559495A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 李穎;劉丙新;劉瑀
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G06K9/46
• 分類號: G06K9/46;G06F9/54
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術領域

本發明涉及海洋環境監測技術領域，尤其涉及一種高光譜溢油信息提取方法。

背景技術

高光譜遙感的出現是遙感界的一場技術革命，它起源于70年代初期的多光譜遙感技術，它使得本來在寬波段遙感中不可探測的物質，在高光譜遙感中能被探測。

在遙感監測油膜領域，多光譜傳感器，其光譜分辨率低、波段數目少，常常會出現同物異譜、同譜異物的現象，影響了油膜目標監測和識別。另一方面，海洋環境復雜，會對油膜的光譜特征造成影響，降低油膜識別精度。目前，對油膜波譜響應特征的認識主要基于海上試驗獲取的光譜數據（為點數據），利用地物光譜儀獲得油膜在可見光近紅外波段的光譜特征，分析油膜的光譜特征變化及油水反差規律。基于點的光譜數據有助于認識油種的光譜特征，但無法提供油膜分布信息，也無法及時獲取油種的信息，影響海上油膜應急水平的實質性提高。

高光譜成像數據不僅具有傳統傳感器的成像功能，還可同時利用光譜技術獲取地物的光譜信息，從而將被觀測各種地物的空間信息和光譜特性記錄下來。通過光譜技術與成像技術的有機結合，在圖像特征和光譜特征兩個維度對觀測目標進行處理和分析，有效排除假目標，提高海上油膜識別的準確性。現有技術中利用遙感數據進行溢油信息提取主要是通過波段運算，提高溢油與背景圖像的對比度，從而識別溢油。由于高光譜圖像具有的多波段特征，并且波段間的冗余度增加，數據量很大，利用常規的多光譜遙感分類方法處理速度很慢。

發明內容

為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種可以降低高光譜數據維數并提高溢油識別效率的高光譜溢油信息提取方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種高光譜溢油信息提取方法，包括以下步驟：

A、預處理：對原始遙感圖像進行預處理，所述的預處理包括輻射校正、大氣校正以及掩膜處理，以提高圖像的清晰度，得到預處理圖像；

B、MNF變換：對預處理圖像進行最小噪聲分離變換，得到MNF特征值圖像；所述的MNF為最小噪聲分離變換的英文MinimumNoiseFraction的簡稱；

設高光譜圖像第i個波段圖像構成的原始信號向量z_i由理想狀況下的無噪聲信號向量s_i和噪聲信號向量n_i組成，無噪聲信號向量s_i與噪聲信號向量n_i不相關，則z_i可表示為：

z_i=s_i+n_i

其中，i=1,2，·····，L，L為波段數；

首先通過低通濾波從原始信號向量z中分離出噪聲信號向量n，然后分別求出z和n的協方差矩陣Σ_Z和Σ_N，其中Z=(z₁,z₂,···,z_L)，N=(n₁,n₂,···,n_L)；

計算Σ_Z的特征值λ_i和相應的向量u_i，假設特征值滿足λ₁≥λ₂···≥λ_L，令U=（u₁，···，u_L），MNF變換后結果信號向量為Y，則MNF變換最終可定義為Y=U^TZ；由MNF變換后結果信號向量Y組成的圖像為MNF特征值圖像；

C、提取感興趣區：在步驟A所得預處理圖像上選擇海水、厚油膜、中等厚度油膜、薄油膜和甚薄油膜作為地物目標，建立海水、厚油膜、中等厚度油膜、薄油膜和甚薄油膜感興趣區，得到感興趣區分布圖；

D、MNF特征值曲線分析：在MNF特征值圖像和感興趣區分布圖上，尋找海水、厚油膜、中等厚度油膜、薄油膜和甚薄油膜感興趣區在MNF特征值圖像上對應位置，提取MNF特征值圖像上對應位置像元的MNF特征值曲線，并分析各地物目標MNF特征值曲線的差異，確定區分海水、厚油膜、中等厚度油膜、薄油膜和甚薄油膜的最佳波段或波段組合方式，確定區分海水、厚油膜、中等厚度油膜、薄油膜和甚薄油膜的閾值；

E、建立決策樹：根據步驟D對MNF特征值曲線的分析，對MNF特征值圖像建立分類決策樹進行分類，獲得溢油信息；