張德慧 楊勇 宋凱
摘 要:針對(duì)多時(shí)相遙感影像的變化檢測技術(shù)進(jìn)行研究,根據(jù)圖像的變化推出研究目標(biāo)的變化信息,完成對(duì)研究目標(biāo)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測,該技術(shù)無論在理論上還是在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用中都具有重要的研究意義和廣泛的應(yīng)用前景。文章根據(jù)多時(shí)相遙感影像變化檢測流程對(duì)遙感影像的預(yù)處理、遙感影像變化信息的提取和精度評(píng)價(jià)等關(guān)鍵技術(shù)展開一些積極的探索和研究,旨在經(jīng)過創(chuàng)新和改進(jìn),在一定程度上克服現(xiàn)有方法存在的困難,提高變化檢測的精度和效率。
關(guān)鍵詞:多時(shí)相遙感影像;變化檢測;精度評(píng)價(jià)
遙感是通過遙感器“遙遠(yuǎn)”地采集目標(biāo)對(duì)象的數(shù)據(jù),并通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析來獲取有關(guān)地物目標(biāo)、或地區(qū)、或現(xiàn)象的信息的一門科學(xué)和技術(shù)[1]。隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展,通過將各種傳感器搭載至衛(wèi)星平臺(tái),對(duì)地遙感觀測累積了海量的地表對(duì)時(shí)間變化的數(shù)據(jù),如何加快對(duì)這些遙感數(shù)據(jù)的充分處理和利用,促進(jìn)其轉(zhuǎn)化為更有價(jià)值的知識(shí),為有關(guān)部門做出相應(yīng)的、準(zhǔn)確的、快速的決策提供豐富且有益的輔助信息,促使了多時(shí)相遙感影像變化檢測技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展。
1 多時(shí)相遙感影像變化檢測的技術(shù)路線
多時(shí)相的遙感影像變化檢測技術(shù)是指給定同一個(gè)地區(qū)的多個(gè)時(shí)相的單波段或多波段遙感圖像,采用圖像處理的方法快速而高效地檢測出該地區(qū)的地物是否發(fā)生變化,若發(fā)生變化則進(jìn)一步分析變化的特點(diǎn)和原因,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)遙感圖像的分析與理解。
首先選擇同一地區(qū)的多時(shí)相遙感影像作為數(shù)據(jù)源,然后通過對(duì)遙感影像的輻射校正和圖像配準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的預(yù)處理,接著通過變化檢測算法得到變化結(jié)果生成圖或生成表實(shí)現(xiàn)變化信息的提取,再次通過分析變化檢出率和檢測虛警率對(duì)變化檢測結(jié)果做出科學(xué)的精度分析實(shí)現(xiàn)精度評(píng)價(jià)。
2 關(guān)鍵技術(shù)分析
2.1 多時(shí)相遙感影像的預(yù)處理
輻射校正和圖像配準(zhǔn)是變化檢測中兩項(xiàng)關(guān)鍵的預(yù)處理過程,處理精度將直接影響變化檢測的精度。
2.1.1 輻射校正
由于遙感器本身的光電系統(tǒng)特征、太陽高度、地形以及大氣條件使得通過遙感器得到的測量值與目標(biāo)物的光譜反射率或光譜輻射亮度等物理量是不一致的,也就是說通過變化檢測算法得到的某些多時(shí)相遙感圖像的變化并不是由地物本身的變化而引起的,因此,為了正確地評(píng)價(jià)地物的反射特征以及輻射特征,必須盡量消除這種不一致,消除的過程稱為輻射校正。
2.1.2 圖像配準(zhǔn)
對(duì)于多時(shí)相遙感影像而言,由于時(shí)間不同、傳感器不同、視角不同使得同一場景的兩幅或多幅圖像在同一坐標(biāo)位置對(duì)應(yīng)的地物不一致,因此需要對(duì)多時(shí)相遙感影像進(jìn)行圖像配準(zhǔn)[2],旨在使不同時(shí)相影像中的相同坐標(biāo)表示地理環(huán)境的同一位置。
影像配準(zhǔn)工作一般分為相對(duì)配準(zhǔn)和絕對(duì)配準(zhǔn)兩種方案,絕對(duì)配準(zhǔn)即在同一地理坐標(biāo)系下對(duì)多幅圖像進(jìn)行幾何糾正,最后重采樣成相同分辨率的圖像,從變化檢測的結(jié)果和趨勢來看,絕對(duì)配準(zhǔn)更為符合應(yīng)用要求。
2.2 多時(shí)相遙感影像變化信息的提取
多時(shí)相遙感影像變化信息的提取是通過變化檢測算法有效地從多時(shí)相遙感影像的感興趣區(qū)域中提取出地物變化的信息,然后對(duì)變化信息加以分析和描述,最后得到變化檢測結(jié)果的過程[3]。多時(shí)相遙感影像的變化檢測算法主要有四個(gè)思路。
2.2.1 對(duì)不同的數(shù)據(jù)源進(jìn)行直接比較
基本思想是先對(duì)多時(shí)相遙感影像進(jìn)行逐像素的比較,再對(duì)比較得出的差異圖像進(jìn)行進(jìn)一步的處理達(dá)到分類,最后得到變化檢測結(jié)果。該類算法的優(yōu)勢是能夠減少由于數(shù)據(jù)獲取平臺(tái)和環(huán)境的不同引起的偽變化信息,不需要數(shù)據(jù)的輻射校正等復(fù)雜的預(yù)處理。
2.2.2 對(duì)不同的數(shù)據(jù)源提取信息后比較
基本思想是先對(duì)多時(shí)相遙感影像進(jìn)行分類標(biāo)記,然后根據(jù)相應(yīng)像素類別的差異來提取發(fā)生變化的區(qū)域,最后得到變化檢測結(jié)果。該類算法的優(yōu)勢是可以獲取變化的類別信息。
2.2.3 將不同的數(shù)據(jù)源放入統(tǒng)一的模型中進(jìn)行變化檢測
基本思想是將變化檢測的方法和過程作為一個(gè)整體,采用統(tǒng)一的模型進(jìn)行整體求解。該類算法的優(yōu)勢是有效地克服了噪聲和光照影響,簡化了復(fù)雜問題。
2.2.4 時(shí)間序列影像變化檢測算法
基本思想是通過連續(xù)觀測數(shù)據(jù),選擇能夠較為靈敏地反映地面變化的環(huán)境指數(shù)特征,分析地面檢測對(duì)象的變化過程與趨勢。該類算法的優(yōu)勢是能夠檢測瞬時(shí)變化,實(shí)時(shí)檢測和跟蹤變化,可預(yù)測未來變化。
2.3 精度評(píng)價(jià)
精度評(píng)價(jià)主要對(duì)變化的檢出率和檢測的虛警率進(jìn)行評(píng)價(jià)[4]。變化的檢出率是對(duì)是否發(fā)生變化及發(fā)生變化的位置是否精確進(jìn)行分析;檢測的虛警率是對(duì)檢測結(jié)果中偽變化的概率進(jìn)行評(píng)價(jià)。
在各種各樣的遙感影像精度評(píng)價(jià)的技術(shù)中,變化檢測誤差矩陣和Kappa系數(shù)評(píng)價(jià)方法是最成熟最常用的變化檢測精度評(píng)價(jià)方法,近些年,一些新的方法如模糊邏輯誤差矩陣也被用來對(duì)多時(shí)相遙感影像變化檢測結(jié)果進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。
3 結(jié)束語
應(yīng)用多時(shí)相遙感影像變化檢測技術(shù)找出感興趣區(qū)域在變化檢測時(shí)間內(nèi)發(fā)生的變化,并對(duì)其進(jìn)行定性和定量的描述,最終得到變化檢測結(jié)果,研究成果可以廣泛地應(yīng)用于土地利用分析、農(nóng)業(yè)、自然災(zāi)害調(diào)查、海洋和軍事等方面,具有重要的研究意義和廣闊的應(yīng)用前景。文章詳細(xì)介紹了多時(shí)相遙感影像變化檢測的技術(shù)路線和關(guān)鍵技術(shù),并在此基礎(chǔ)上對(duì)現(xiàn)有的多時(shí)相遙感影像變化檢測算法進(jìn)行了研究,具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
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