[發明專利]基于證據融合自適應閾值的多源遙感圖像云檢測方法

有效

• 申請號: 201711113064.2
• 申請日: 2017-11-13
• 公開（公告）號: CN107944357B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 方薇;喬延利;張冬英;易維寧;黃紅蓮;杜麗麗
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/46
• 代理公司: 34131 合肥國和專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 張祥騫

本發明涉及基于證據融合自適應閾值的多源遙感圖像云檢測方法，與現有技術相比解決了難以通過多數據源融合與自適應閾值聯合進行云檢測的缺陷。本發明包括以下步驟：數據源圖像的選取和預處理；對“云”、“非云”二類事件估計初分布；分類閾值初選和確定信任區間；基于順序決策樹和證據融合的優化分類；輸出云檢測分類結果。本發明采用多波段光學傳感器和多角度偏振探測儀聯合工作的方式，對“云”檢測中需要用到的多數據源數據進行融合，有效解決“云”和“非云”分類的準確性問題，提高云邊緣檢測時的分類精度。

技術領域

本發明涉及遙感圖像處理技術領域，具體來說是基于證據融合自適應閾值的多源遙感圖像云檢測方法。

背景技術

衛星影像成像過程中，云遮擋是導致影像質量嚴重下降的主要因素。盡管與地面物相比，云通常有較高的反射率和較低的溫度，似乎可以采用簡單的窗口閾值來區分。但是多種云形態如卷云、積云、含水滴云、冰云等，使得云與地物反射率缺乏足夠的對比度。人類活動引起的環境演變、溫室效應和氣溶膠使得云的反射效應加劇變化。同樣，地面覆蓋也存在“同物異譜、同譜異物”等光譜失真、生態演變等現象，云邊緣更是檢測中難題。

光學與電子技術的進步研發了更多、更新的遙感檢測傳感器，遙感圖像發展具有多傳感器、多時相、高分辨率的趨勢，不僅探測波段范圍更廣，新的成像技術如偏振成像對于大氣氣溶膠、含水量的檢測更加靈敏，再加上計算機大數據處理技術的發展，采用多個傳感器數據源來分辨復雜目標有了可能。

由于植被在紅波段的反射率較低，多光譜光學傳感器使用670nm波段的反射率檢測下墊面為陸地的云像元，增加云和地物的對比度。對于下墊面為海洋則采用870nm波段更好。通常，云檢測常采用“云”比“非云”有更高的發射率和較低的溫度的物理特性。研究表明多角度偏振光學傳感器適用于獲取云粒子大小和形狀等多種信息，如國外發射的地球觀察衛星PARASOL上裝載多角度偏振相機POLDER3，云檢測效果好。在下墊面為陸地時，使用490nm波段進行云檢測，該波段的偏振反射率主要來自大氣分子散射，其地表反射率(如植被和土壤)比較低，散射角為80°至120°的偏振相機對于大氣氣溶膠、卷云和含小水滴云均呈現很強的偏振反射率，利用它估算大氣分子光學厚度，云比非云有更低的大氣分子光學厚度。紅外865nm波段偏振探測儀在散射角140°附近有更強的“積云”和“晴”區分能力。因而，云檢測發展趨勢是采用多波段、多種遙感傳感器以獲取更多的信息。IT技術的快速發展，為多源數據處理和分析提供多種優化技術與方法。

閾值法是光學遙感圖像常用的二類目標區分法。目前的閾值選取一是根據歷史經驗確定，二是根據圖像本身的信息決定，前者稱為有監督分類，后者稱為無監督分類。前者方法比較簡單，但是難以兼顧當前圖像的信息，因而無法應對圖像像元的時空動態變化，有人根據地物反射率設置閾值達到動態閾值，但是需要大量的先驗知識和數據庫積累，所謂自適應閾值只是用多窗口局域閾值代替全局圖像而已。后者部分彌補了前者的缺陷，但是很難準確選擇閾值，為此，有的采用光學灰度與紋理結合，有的采用光學與微波探測結合的方法，其出發點是希望獲取更多的云的特征信息，從而提高閾值分割的準確性，這些改進增加了計算的復雜度，不利于應用的推廣。其他方法有：無監督聚類如K-means方法，需要大量計算和仔細的初始種子選擇；有監督分類有貝葉斯決策、用最大類間方差求雙亮度閾值等，需要大量訓練樣本和先驗知識。深度學習CNN神經網絡檢測是近期研究的熱點，缺點是巨量的學習樣本和耗時，分類的物理意義不夠明確。由于閾值法相對簡單，物理意義明確，在許多場合獲得應用，隨著計算機技術的發展，各種改進的方法正在研究中。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中難以通過多數據源融合與自適應閾值聯合進行云檢測的缺陷，提供一種基于證據融合自適應閾值的多源遙感圖像云檢測方法來解決上述問題。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

基于證據融合自適應閾值的多源遙感圖像云檢測方法，包括以下步驟：