高分辨率遙感影像變化檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、高分辨率遙感影像包含更多、更豐富的地理和地形信息，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的很多領(lǐng)域。盡管如此，高分辨率遙感影像在變化檢測(cè)中仍面臨很多問題：地物內(nèi)部的異質(zhì)性、豐富的紋理；陰影及投影差；混合像元問題等。其中，幾何配準(zhǔn)誤差、相對(duì)輻射校正精度、陰影、像元尺度上較為破碎的變化檢測(cè)結(jié)果、噪聲等最為關(guān)鍵，本論文從這幾個(gè)問題出發(fā)，針對(duì)變化檢測(cè)中的變化與未變化兩種類別對(duì)象，對(duì)高分辨率遙感影像變化檢測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，主要包括以下幾個(gè)方面：
　　

2、 (1)提出了一種基于多變量變化檢測(cè)(MAD)得到的差異影像為基礎(chǔ)，做面向?qū)ο蠛蠓诸愄幚淼腛B-MAD方法，減小了高分辨率遙感影像變化檢測(cè)中不可避免的幾何配準(zhǔn)誤差和陰影等造成的“偽變化信息”。OB-MAD方法結(jié)合了多變量變化檢測(cè)(MAD)和基于對(duì)象的后分類方法。一方面，充分利用了面向?qū)ο蠛兔嫦蛳裨獌煞N方法的特點(diǎn)，提高了變化檢測(cè)精度。另一方面，幾何配準(zhǔn)誤差和陰影等在高分辨率的遙感影像中具有較好的形狀特征，MAD變換得到的差異影像集中了所有

3、的變化信息，為面向?qū)ο蟮暮蠓诸愄幚?，剔除“偽變化信息”奠定基礎(chǔ)。航拍影像通常具有1m以內(nèi)的空間分辨率，其幾何校正、陰影和噪聲等問題比衛(wèi)星影像更為明顯，是多時(shí)相航拍影像變化檢測(cè)的一個(gè)瓶頸。濕地生態(tài)系統(tǒng)又是全球環(huán)境變化檢測(cè)中的一個(gè)重要領(lǐng)域，濕地植被的變化、陰影等問題是濕地變化檢測(cè)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此，選用2006和2007年5月的航拍影像(分辨率0.15m)對(duì)美國加州中部的Gadwall North濕地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行變化檢測(cè)研究，詳細(xì)比較了

4、基于差異影的OB-MAD和其他幾種方法(OB-traditional，Threshold-MAD和PB-MAD)在變化檢測(cè)中的差異。研究結(jié)果表明，針對(duì)變化檢測(cè)研究中幾何配準(zhǔn)等造成的“偽變化信息”，三種基于MAD差異影像的方法取得的精度較高。其中，OB-MAD方法得到的總體精度最高(93.54％)，其次是Threshold-MAD(90.07％)和PB-MAD(86.09％)，相應(yīng)的地面未變化像元的用戶精度也是OB-MAD最高(90.57

5、％)，PB-MAD(82.2％)和Threshold-MAD(81.49％)。
　　 (2)多時(shí)相高分辨率遙感影像的變化檢測(cè)預(yù)處理過程中，不可避免的幾何配準(zhǔn)誤差、混合像元等都會(huì)帶來一定的影響。針對(duì)這些問題，提出將廣泛用于紋理特征提取、濾波除噪等方面的窗口用于相對(duì)輻射校正，用窗口區(qū)域范圍內(nèi)計(jì)算的相對(duì)平穩(wěn)的值作為該區(qū)域的特征提高相對(duì)輻射校正的精度。研究選擇廣東番禺區(qū)兩處具有不同空間異質(zhì)性的區(qū)域，選擇2005和2006的SPOT5影像

6、(分辨率2.5m)和2006及2007的航拍影像(分辨率0.15m)，3×3，5×5，7×7像元大小的窗口，自動(dòng)的相對(duì)輻射校正算法MAD和穩(wěn)健回歸，進(jìn)行基于窗口的相對(duì)輻射校正方法的敏感性分析。研究結(jié)果表明窗口的應(yīng)用較好的提高了相對(duì)輻射校正的精度，同時(shí)1)不同空間異質(zhì)性的遙感影像獲得最佳輻射校正所需的窗口大小不一：異質(zhì)性影像選擇3×3像元，而均質(zhì)性影像則選擇5×5像元；2)local size尺度上，穩(wěn)健回歸在不同異質(zhì)性的遙感影像中差異顯

7、著：異質(zhì)性影像中穩(wěn)健回歸優(yōu)于傳統(tǒng)的手動(dòng)方法，而在均質(zhì)性影像中則表現(xiàn)的沒有傳統(tǒng)方法穩(wěn)定，而MAD方法在兩種空間特性的影像中均表現(xiàn)出比穩(wěn)健回歸更強(qiáng)的魯棒性；3)幾何配準(zhǔn)誤差在具有較高空間分辨率的航拍影像的變化檢測(cè)中更為明顯，提高相對(duì)輻射校正所需窗口較大。
　　 (3)基于波段相減的圖像差值法對(duì)影像的質(zhì)量和預(yù)處理要求相對(duì)較高，通常只用于來自同一傳感器、同一時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)；預(yù)處理中不可避免的幾何配準(zhǔn)誤差、相對(duì)輻射校正精度、陰影等都是基于

8、差異影像的高分辨率遙感影像變化檢測(cè)中的典型問題；像素尺度上得到的變化檢測(cè)結(jié)果較為破碎。在這樣的背景下，提出一種面向?qū)ο蟮母叻直媛什町悎D像的變化檢測(cè)方法(OB-EM)，即在對(duì)象尺度上，對(duì)基于MAD變換和最小噪聲比率變換(MNF)得到的差異影像做閾值分析，將像元-像元之間的差異影像推廣到對(duì)象-對(duì)象。研究選擇廣東番禺區(qū)2005和2006的SPOT5影像(分辨率2.5m)，分析比較對(duì)象的不同特征選擇、不同尺度的差異影像(對(duì)象和像元)、不同的方法

9、(DFPS、Gams、EM、OB-MAD)等對(duì)變化檢測(cè)的影響。研究結(jié)果表明：1)基于決策樹的特征選擇極大的提高了面向?qū)ο蟮淖兓瘷z測(cè)精度；2)提出的OB-EM方法使得來自不同傳感器的遙感影像用于變化檢測(cè)變的可能；減小了對(duì)原始數(shù)據(jù)的要求和多時(shí)相影像的相對(duì)輻射校正的要求；改善了“椒鹽效應(yīng)”，提高了高分辨率遙感影像的變化檢測(cè)精度。3)基于Kappa系數(shù)的顯著性分析表明OB-EM和OB-MAD兩者之間差異顯著，說明基于對(duì)象的差異影像(OB-EM)