当前位置:首页>> >>


基于IR-MAD算法的多元遥感影像变化检测方法研究.rar

收藏

资源目录
    文档预览:
    编号:20180915222316456    类型:共享资源    大小:4.36MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
    尺寸:148x200像素    分辨率:72dpi   颜色:RGB    工具:   
    20
    金币
    关 键 词:
    基于 IR MAD 算法 多元 遥感 影像 变化 检测 方法 研究
    资源描述:
    山 东 科 技 大 学 本 科 毕 业 设 计 ( 论 文 )摘 要 : 变 化 检 测 技 术 逐 渐 在 各 个 行 业 中 发 挥 着 重 大 作 用 , 辐 射 校 正 是 进行 变 化 检 测 的 必 要 前 提 。 目 前 , 遥 感 技 术 向 着 高 分 辨 率 、 多 光 谱 、 多 时 相 、多 传 感 器 等 方 面 多 元 化 发 展 , 但 现 有 的 变 化 检 测 算 法 已 不 能 满 足 要 求 。 本文 从 多 元 遥 感 影 像 开 始 论 述 , 根 据 变 化 检 测 技 术 的 概 念 、 作 用 及 特 点 , 对当 前 国 内 外 研 究 现 状 进 行 了 深 入 分 析 。本 文 选 取 了 1995年 9月 18日 的 TM影 像 和 2010年 10月 5日 的 ETM影像 作 为 多 元 遥 感 数 据 源 , 研 究 区 域 为 山 东 省 内 黄 河 入 海 口 部 分 区 域 。 首 先进 行 了 数 据 预 处 理 和 相 对 辐 射 校 正 , 然 后 进 行 了 多 元 变 化 监 测 ( MAD) 和 迭代 加 权 多 元 变 化 检 测 ( IR-MAD) , 得 到 如 下 研 究 成 果 :( 1) 研 究 并 重 新 推 导 了 典 型 变 量 ( CCA) 、 MAD、 IR-MAD的 数 学 原 理 与基 本 模 型 , 理 解 了 算 法 的 本 质 , 为 后 续 编 程 实 现 变 化 检 测 算 法 奠 定 了 理 论基 础 。( 2) 根 据 IR-MAD法 变 化 检 测 的 数 序 原 理 与 模 型 , 使 用 MATLAB工 具 编写 程 序 代 码 , 克 服 了 许 多 关 键 性 问 题 , 实 现 MAD和 IR-MAD的 相 对 辐 射 校 正以 及 多 时 相 遥 感 影 像 的 变 化 检 测 。( 3) 为 了 实 现 变 化 检 测 , 首 先 选 取 了 伪 不 变 特 征 法 、 直 方 图 法 、 MAD法 、 IR-MAD法 4种 方 法 进 行 相 对 辐 射 纠 正 , 并 应 用 均 值 差 和 平 均 梯 度 分 别从 从 影 像 相 似 度 信 息 损 失 度 进 行 结 果 评 价 , 从 而 得 出 最 合 适 的 相 对 辐 射 校正 方 法 。( 4) 在 进 了 合 适 的 相 对 辐 射 校 正 的 基 础 上 使 用 MAD 与 IR-MAD 进 行 变化 检 测 , 使 用 K均 值 法 对 变 化 检 测 结 果 分 类 成 二 值 影 像 图 , 并 选 取 随 机 样本 区 进 行 变 化 检 测 结 果 评 价 , 得 出 结 论 为 IR-MAD法 较 MAD法 更 适 合 于 变 化检 测 。关 键 词 : 多 光 谱 遥 感 影 像 , 相 对 辐 射 校 正 , 变 化 检 测 , MAD, IR-MAD算 法Abstract: Changedetectiontechnologyplaysasignificantroleinallwalksof山 东 科 技 大 学 本 科 毕 业 设 计 ( 论 文 )lifegradually. Radiationcorrectionisanecessarypreconditionofchangedetection. Now,remotesensingtechnologyisdevelopingtowardtheaspectsofhigh-resolution, multi-spectral, multi-temporal, multi-sensorandetc. ButcurrentchangedetectionmethodsCannotmeettherequirements. Thispaperstartswithdescribingmultivariantremotesensingimage, accordingtotheconcepts, functionsandcharacteristicsofchangedetectiontechnique, analyzestheresearchstatus.The09.08.1995TMand10.05.2010ETMareselectedtobetheresearchdataandtheresearchareaistheendoftheYellowRiver.TheradiometriccorrectionisusedfirstandthenistheMADandIR-MAD.Hereistheresults:(1)Inthispaper,thetheoryandthemodelofCCA、 MAD、 IR-MADarededucedagain.It’seasytowritethecodesincommandoftheessenceofthetheoryandthemodel.(2)WeusethetoolofMATLABtowritecodestoachievetherelativeradiometriccorrectionaccordingtothetheoryofIR-MADandovercomemanysignificantproblems.(3)WeusethePIF、 HM、 MAD、 IR-MADmethodstoachievetherelativeradiometriccorrectionforthechangedetection.Themeandifferisusedtodisplaythelikelybetweentwoimagesandthemeangradientisusedtoindicatelostoftheimages.(4)Aftertherelativeradiometriccorrection,theMADandIR-MADareusedtoachievethechangedetection.ThenK-meansisemployedtoproducethetwovalueimage.Nextwechooserandomareatoevaluatetheresult.FinallytheconclusioniscomingthattheIR-MADisthebetterwaytohavechangedetection.山 东 科 技 大 学 本 科 毕 业 设 计 ( 论 文 )K ey words: MultispectralRemoteSensingImage, RelativeRadiometricCorrection, ChangeDetection, MAD, theIR-MADAlgorithm山 东 科 技 大 学 本 科 毕 业 设 计 ( 论 文 )I目 录1 绪 论 .................................................................................................11.1研 究 背 景 和 意 义 .....................................................................................11.2国 内 外 研 究 现 状 .....................................................................................21.2.1 国 外 研 究 现 状 ................................................................................................21.2.2 国 内 研 究 现 状 ................................................................................................31.2.3 多 元 遥 感 影 像 变 化 检 测 存 在 的 局 限 性 ........................................................31.3研 究 主 要 流 程 及 技 术 路 线 .....................................................................42 IR-MAD 算 法 的 数 学 原 理 与 模 型 .................................................62.1典 型 相 关 分 析 算 法 基 本 原 理 .................................................................62.2 多 元 变 化 检 测 算 法 ................................................................................82.3 最 大 期 望 算 法 ......................................................................................102.4 迭 代 加 权 多 元 变 化 检 测 算 法 ..............................................................112.5 本 章 小 结 ..............................................................................................123 多 元 遥 感 影 像 的 获 取 ...................................................................133.1 多 光 谱 遥 感 影 像 的 获 取 ......................................................................133.1.1 影 像 来 源 ......................................................................................................133.1.2 原 始 影 像 基 本 统 计 量 .................................................................................143.13 原 始 影 像 直 方 图 信 息 ..................................................................................163.2影 像 预 处 理 ...........................................................................................163.3本 章 小 结 ...............................................................................................174 多 元 遥 感 影 像 的 相 对 辐 射 校 正 ..................................................184.1 基 于 波 段 运 算 的 伪 不 变 特 征 法 ..........................................................194.1.1 PIF 样 本 点 的 选 择 .......................................................................................194.1.2 校 正 参 数 的 计 算 ..........................................................................................204.1.3 相 对 辐 射 校 正 的 实 现 ..................................................................................214.2灰 度 直 方 图 匹 配 法 ...............................................................................224.3 多 元 检 测 变 换 法 ..................................................................................224.3.1MAD 变 换 ....................................................................................................224.3.2 回 归 方 程 的 计 算 .........................................................................................224.4.1IR-MAD 变 换 ...............................................................................................234.4.2 回 归 方 程 的 计 算 .........................................................................................23山 东 科 技 大 学 本 科 毕 业 设 计 ( 论 文 )II4.5 相 对 辐 射 校 正 的 评 价 ..........................................................................244.5.1 均 值 差 .........................................................................................................244.5.2 影 像 信 息 损 失 度 .........................................................................................254.6 实 验 结 果 的 对 比 分 析 与 结 论 ..............................................................264.6.1 结 论 .............................................................................................................265 多 元 遥 感 影 像 变 化 检 测 ..............................................................285.1MAD法 .................................................................................................285.2IR-MAD法 及 二 值 影 像 的 生 成 ......................................................................285.3 变 化 检 测 的 评 价 ..................................................................................295.3.2 混 淆 矩 阵 ......................................................................................................315.3.3 其 它 评 价 参 数 .............................................................................................316 总 结 与 展 望 ...................................................................................336.1 总 结 ......................................................................................................336.2 展 望 ......................................................................................................347 参 考 文 献 ........................................................................................................35致 谢 ....................................................................................................................37附 录 ....................................................................................................................38山 东 科 技 大 学 本 科 毕 业 设 计 ( 论 文 )11 绪 论1.1 研 究 背 景 和 意 义广 义 的 变 化 检 测 是 通 过 不 同 时 间 的 观 察 进 而 识 别 一 个 物 体 或 现 象 的 状态 差 异 的 过 程 。 遥 感 影 像 的 变 化 检 测 主 要 是 指 对 两 幅 或 多 幅 数 字 图 像 进 行的 变 化 检 测 , 它 检 测 的 变 化 包 括 目 标 的 位 置 和 范 围 的 变 化 及 目 标 种 类 属 性的 变 化 [1]。 早 期 遥 感 影 像 变 化 检 测 的 主 要 方 法 与 手 段 是 人 工 目 视 解 译 , 但该 方 法 主 要 依 赖 于 解 译 人 员 的 目 视 判 读 经 验 , 效 率 低 下 。 随 着 遥 感 技 术 、计 算 机 技 术 、 传 感 器 技 术 的 不 断 发 展 , 使 得 高 分 辨 率 遥 感 影 像 的 动 态 观 测得 到 空 前 的 发 展 , 快 速 有 效 的 变 化 检 测 方 法 日 益 受 到 重 视[2]。 基 于 遥 感 技术 的 变 化 检 测 的 重 要 前 提 是 遥 感 影 像 波 谱 反 射 辐 射 值 的 变 化 能 很 好 的 表 现地 表 覆 盖 类 型 的 变 化 , 即 不 同 的 地 物 类 型 在 光 谱 上 有 不 同 的 波 谱 反 射 特 性 ,同 时 , 地 表 真 实 的 变 化 必 须 大 于 其 他 的 一 切 干 扰 因 素 (如 大 气 、 气 候 、 日 照和 传 感 器 等 差 异 ), 否 则 变 化 检 测 结 果 的 可 信 度 很 差 甚 至 完 全 失 效 。 但 影 像成 像 过 程 容 易 受 到 季 节 迁 移 、 气 候 变 化 、 太 阳 高 度 、 光 照 条 件 、 气 象 条 件 、空 气 状 况 , 以 及 地 物 自 身 的 外 部 几 何 形 状 、 纹 理 、 材 质 、 传 感 器 姿 态 等 因素 的 影 响 , 造 成 不 同 时 相 影 像 间 的 光 谱 差 异 , 尤 其 是 时 光 变 迁 、 季 节 更 替等 自 然 地 物 覆 盖 变 化 容 易 与 特 定 目 标 的 变 化 混 叠 在 一 起 , 增 加 检 测 的 难 度 。不 同 的 变 化 检 测 方 法 对 不 同 时 相 间 的 辐 射 度 差 别 、 噪 声 、 几 何 配 准 和 阴 影等 因 素 敏 感 度 不 同 , 同 时 , 很 多 变 化 检 测 方 法 对 影 像 数 据 要 求 比 较 严 格 ,例 如 要 求 待 测 数 据 必 须 来 自 相 同 的 传 感 器 , 空 间 集 合 配 准 要 达 到 较 高 精 度 ,成 像 时 间 要 在 同 一 个 季 节 并 时 相 相 差 不 能 太 大 等 [3]。为 了 尽 可 能 地 解 决 上 述 棘 手 问 题 , 提 高 多 元 遥 感 数 据 的 利 用 程 度 , 降低 变 化 检 测 的 难 度 以 及 提 高 检 测 结 果 的 精 度 [4], 通 过 对 比 分 析 及 对 已 有 方法 的 改 进 发 现 , IR-MAD算 法 在 相 对 辐 射 校 正 领 域 与 变 化 监 测 领 域 中 具 有山 东 科 技 大 学 本 科 毕 业 设 计 ( 论 文 )2一 定 的 优 越 性 。 本 文 对 IR-MAD算 法 的 研 究 从 其 基 本 数 学 原 理 开 始 , 循 序渐 进 , 逐 渐 掌 握 掌 握 IR-MAD算 法 的 原 理 、 特 性 以 及 处 理 多 元 遥 感 影 像 的实 现 方 式 , 同 时 也 对 其 他 方 法 进 行 分 析 并 得 出 结 论 , 为 今 后 的 学 习 研 究 和工 作 生 产 提 供 可 靠 的 理 论 依 据 。1.2 国 内 外 研 究 现 状1.2.1 国 外 研 究 现 状1999年 , 针 对 传 统 分 析 方 法 的 局 限 性 , AllanNielsen等 人 首 先 提 出 了一 种 基 于 多 元 统 计 分 析 中 典 型 相 关 分 析 ( CanonicalCorrelationAnalysis, 简称 CCA) 变 换 的 方 法 , 名 为 多 元 变 化 检 测 ( MultivariateAlterationDetection,简 称 MAD) [5]; 2003年 , AllanNielsen等 人 将 MAD算 法 应 用 于 高 光 谱 数据 的 变 化 检 测 , 总 结 出 了 该 算 法 的 特 点 [6]; 2004年 , MortonCanty, AllanNielsen等 人 应 用 MAD算 法 进 行 多 光 谱 数 据 的 相 对 辐 射 校 正 , 并 获 得 相 关结 论 [7]; 2005年 , 在 MAD算 法 基 础 上 , MortonCanty等 人 结 合 概 率 理 论中 的 一 种 迭 代 算 法 — — 期 望 最 大 化 ( ExpectationMaximization, 简 称 EM)算 法 , 首 次 提 出 了 能 通 过 迭 代 计 算 自 动 获 取 阈 值 的 算 法 , 名 为 迭 代 加 权 多元 变 化 检 测 ( IterationRe-weightMultivariateAlterationDetection, 简 称IR-MAD) 法 ; 2006年 , ToddA.Schroeder, WarrenB.Cohen等 人 利 用 IR-MAD算 法 对 多 时 相 的 Landsat数 据 进 行 了 相 对 辐 射 校 正 ; 20007年 , AllanNielsen将 IR-MAD算 法 用 于 高 光 谱 和 多 光 谱 数 据 的 变 化 检 测 ; 2008年 , CarlosJavierBroncanoMateos等 人 将 IR-MAD算 法 用 于 相 对 辐 射 校 正 ; 同 年 ,MortonCanty和 AllanNielsen应 用 IR-MAD算 法 进 行 多 光 谱 数 据 的 相 对 辐射 校 正 ; 2010年 , AllanNielsen和 B.P.Olsen再 一 次 对 MAD及 IR-MAD算法 进 行 了 分 析 , 并 将 该 算 法 在 变 化 检 测 中 的 应 用 进 行 了 叙 述 ; 2011年 ,WenjingLiang, DanielleHoja等 人 首 次 应 用 IR-MAD算 法 对 高 分 辨 率 数 据进 行 了 相 对 辐 射 校 正 , 并 以 影 像 的 纹 理 信 息 作 为 辅 助 信 息 。山 东 科 技 大 学 本 科 毕 业 设 计 ( 论 文 )31.2.2 国 内 研 究 现 状在 国 内 , 2000年 , 廖 明 生 、 朱 攀 等 人 对 MAD算 法 进 行 了 方 法 研 究 以及 在 变 化 检 测 中 应 用 的 相 关 分 析 [8]; 2004年 , 盛 辉 、 廖 明 生 等 人 在 掌 握MAD算 法 的 基 础 上 , 对 变 化 阈 值 的 确 定 进 行 了 研 究 [9]; 2005年 , 张 路 在MAD算 法 的 基 础 上 , 首 次 提 出 应 用 EM算 法 估 计 其 变 化 阈 值 的 问 题 [10];2007年 , 陈 垒 、 马 润 赓 等 人 进 一 步 研 究 分 析 了 MAD算 法 在 多 元 变 化 检 测中 的 应 用 [11]; 2011年 , 祝 锦 霞 在 MAD算 法 的 基 础 上 , 首 次 提 出 应 用 检 测后 分 类 的 方 法 减 少 或 剔 除 高 分 辨 率 数 据 中 的 “ 伪 变 化 ” 信 息[12]; 2012年 ,白 穆 、 刘 慧 平 等 人 应 用 MAD算 法 进 行 相 对 辐 射 校 正 , 并 得 出 了 结 论 [13]。1.2.3 多 元 遥 感 影 像 变 化 检 测 存 在 的 局 限 性现 代 遥 感 技 术 的 快 速 发 展 , 使 得 多 元 遥 感 影 像 信 息 量 空 前 丰 富 , 但 是相 应 的 变 化 检 测 的 方 法 却 未 能 得 到 相 应 的 发 展 , 导 致 海 量 的 遥 感 数 据 无 法充 分 被 使 用 , 通 过 大 量 研 究 分 析 总 结 出 的 多 元 变 化 检 测 方 法 存 在 的 主 要 局限 性 有 以 下 几 个 方 面 : ( 1) 对 被 检 测 数 据 的 要 求 较 高 , 需 要 考 虑 两 幅 影 像在 时 间 分 辨 率 、 空 间 分 辨 率 、 光 谱 分 辨 率 和 辐 射 分 辨 率 上 的 差 异 , 而 且 还要 考 虑 试 验 区 域 的 环 境 因 素 ; ( 2) 无 法 有 效 的 消 除 波 段 间 相 关 性 , 难 以 抑制 噪 声 ; ( 3) 需 要 在 检 测 前 或 者 显 示 检 测 结 果 时 , 对 各 个 波 段 或 者 分 量 进行 分 析 , 从 而 取 舍 波 段 合 成 3波 段 影 像 ; ( 4) 检 测 过 程 较 繁 琐 , 有 时 为 了提 高 检 测 精 度 需 要 同 时 使 用 多 种 方 法 相 结 合 进 行 综 合 分 析 ; ( 5) 目 前 常 用的 检 测 方 法 , 在 操 作 上 步 骤 较 多 , 主 要 通 过 人 机 交 互 的 方 式 进 行 , 而 且 需要 人 工 设 置 参 数 和 阈 值 , 想 要 取 得 合 适 的 参 数 必 须 要 靠 一 定 的 经 验 或 者 大量 的 尝 试 , 所 以 主 观 因 素 对 结 果 有 较 大 的 影 响 ; ( 6) 在 多 元 遥 感 影 像 中 ,某 些 地 物 阴 影 、 无 法 避 免 的 几 何 校 正 误 差 以 及 噪 声 等 所 产 生 的 “ 伪 变 化 ”信 息 难 以 被 识 别 。造 成 这 些 局 限 性 的 原 因 , 除 了 数 据 源 自 身 的 特 点 以 及 检 测 系 统 因 素 等 ,山 东 科 技 大 学 本 科 毕 业 设 计 ( 论 文 )4还 有 在 影 像 处 理 过 程 中 产 生 的 信 息 损 失 和 误 差 , 其 中 , 辐 射 校 正 的 好 坏 占据 了 相 当 的 比 例 。 本 文 使 用 的 是 相 对 辐 射 校 正 的 方 法 , 对 已 有 研 究 结 论 的分 析 可 知 相 对 辐 射 校 正 方 法 的 主 要 局 限 性 体 现 在 : ( 1) 以 基 于 人 工 选 点 的伪 不 变 特 征 法 为 例 , 其 校 正 精 度 主 要 取 决 于 选 择 的 伪 不 变 特 征 点 质 量 的 好坏 , 由 于 是 人 工 实 现 特 征 点 的 选 择 , 所 以 其 对 影 像 本 身 质 量 要 求 很 高 , 对操 作 人 员 的 专 业 能 力 及 经 验 也 有 较 高 的 要 求 , 而 且 主 观 性 很 强 ; ( 2) 对 于非 线 性 相 对 辐 射 校 正 , 无 论 校 正 过 程 怎 样 , 均 会 或 多 或 少 地 造 成 校 正 影 像的 信 息 损 失 , 不 仅 会 导 致 影 像 部 分 细 节 丢 失 , 而 且 其 校 正 精 度 不 高 , 校 正效 果 也 不 稳 定 ; ( 3) 操 作 过 程 较 为 复 杂 , 选 择 好 相 对 辐 射 校 正 参 考 影 像 的同 时 , 有 时 还 需 要 对 其 进 行 例 如 直 方 图 均 衡 化 的 图 像 增 强 处 理 , 对 于 线 性相 对 辐 射 校 正 , 还 需 要 选 择 特 征 点 选 取 方 法 的 选 择 , 最 后 还 要 选 择 合 适 的线 性 回 归 方 法 。综 上 所 述 , 对 于 当 前 多 元 遥 感 影 像 的 变 化 检 测 , 除 了 变 化 检 测 方 法 本身 以 外 , 还 需 要 提 高 和 发 展 的 关 键 技 术 主 要 有 3个 : 第 一 是 相 对 辐 射 校 正技 术 , 目 的 是 尽 可 能 地 削 弱 或 消 除 不 同 时 相 影 像 之 间 辐 射 差 异 造 成 的 “ 伪变 化 ” 信 息 , 除 了 辐 射 差 异 以 外 , 还 存 在 几 何 校 正 、 影 像 噪 声 等 ; 第 二 是识 别 去 除 或 减 少 “ 伪 变 化 信 息 ” 的 技 术 ; 第 三 是 获 取 变 化 阈 值 的 技 术 , 该技 术 是 所 有 变 化 检 测 的 核 心 , 它 与 变 化 检 测 优 劣 和 精 度 有 着 直 接 关 系 。1.3 研 究 主 要 流 程 及 技 术 路 线本 文 在 掌 握 MAD算 法 和 IR-MAD算 法 数 学 原 理 的 基 础 上 , 使 用 MATLAB工 具 编 写 程 序 代 码 , 实 现 了 基 于 伪 不 变 特 征 法 ( Pseudo-InvariantFeatures, 简 称 PIF法 ) 、 直 方 图 匹 配 法 ( Histogram Matching, 简 称 HM法 ) 、 MAD法 以 及 IR-MAD法 4种 相 对 辐 射 校 正 方 法 , 以 均 值 差 、 平 均 梯 度等 作 为 评 价 参 数 , 构 建 了 本 文 的 相 对 辐 射 校 正 评 价 体 系 , 并 应 用 最 佳 的 校正 方 法 对 实 验 数 据 进 行 相 对 辐 射 校 正 。山 东 科 技 大 学 本 科 毕 业 设 计 ( 论 文 )5其 次 在 变 化 检 测 方 面 , 同 样 使 用 MATLAB工 具 编 程 实 现 多 元 变 化 检 测 法( Multivariate Alteration Detection, 简 称 MAD法 ) 以 及 迭 代 加 权 多 元变 化 监 测 法 ( Iteration Re-weight Multivariate Alteration Detection,简 称 IR-MAD法 ) , 然 后 使 用 K-means法 进 行 分 类 。 最 后 , 将 影 像 分 类 评 价体 系 中 的 混 淆 矩 阵 、 总 精 度 、 用 户 精 度 、 生 产 者 精 度 、 Kappa系 数 、 漏 检率 及 错 检 率 等 作 为 本 文 变 化 检 测 的 评 价 参 数 , 共 同 构 建 了 变 化 评 价 体 系 ,最 终 通 过 对 比 得 出 结 论 。 本 文 的 技 术 路 线 如 图 1.1所 示 :多 光 谱 数 据数 据 预 处 理相 对 辐 射 校 正PIF法HM法 MAD法IR-MAD法计 算 评 价 参 数 平 均 梯 度均 值 差变 化 检 测 基 于 IR-MAD的 方法MAD法 计 算 评 价 参 数精 度 评 价对 比 分 析得 出 结 论图 1.1 技 术 路 线 图
    展开阅读全文
    1
      金牌文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
    0条评论

    还可以输入200字符

    暂无评论,赶快抢占沙发吧。

    关于本文
    本文标题:基于IR-MAD算法的多元遥感影像变化检测方法研究.rar
    链接地址:http://www.gold-doc.com/p-185874.html
    关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
    copyright@ 2014-2018 金牌文库网站版权所有
    经营许可证编号:浙ICP备15046084号-3
    收起
    展开