基于協(xié)整理論的光譜匹配檢測方法技術(shù)

一種基于協(xié)整理論的光譜匹配檢測方法，即通過協(xié)整理論處理高光譜響應(yīng)序列、從而對高光譜圖像中待測像元進(jìn)行光譜匹配檢測的方法。該方法如下：第一，獲得待處理的高光譜像元，初始化相關(guān)參數(shù)；第二，計(jì)算關(guān)于待測像元與標(biāo)準(zhǔn)光譜匹配的協(xié)整矩陣；第三，通過協(xié)整矩陣，判斷待測像元和標(biāo)準(zhǔn)光譜是否屬于同類目標(biāo)地物；第四，輸出光譜匹配結(jié)果。根據(jù)協(xié)整理論，光譜響應(yīng)序列可以分解為長期趨勢和短期波動，其中，長期趨勢代表了光譜響應(yīng)序列的整體信息，短期波動反映了局部差異。本發(fā)明專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于無需維數(shù)約簡，基于協(xié)整理論的光譜匹配檢測方法在消除局部差異的基礎(chǔ)上考察成對光譜響應(yīng)序列之間的整體性，魯棒性強(qiáng)，檢測性能好，適用范圍廣。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種，屬于高光譜遙感圖像處理領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
高光譜遙感(Hyperspectral Remote Sensing)技術(shù)是一種近三十年來快速發(fā)展的應(yīng)用型空天對地觀測技術(shù)，無論是在商業(yè)、軍事還是民用領(lǐng)域，它都具有重要的理論價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。高光譜遙感技術(shù)利用成像光譜儀從待測目標(biāo)的電磁波譜中獲取具有狹窄間隔的光譜響應(yīng)序列，具有圖譜合一的特性。我國是世界上少數(shù)幾個獨(dú)立擁有完整的高光譜遙感技術(shù)體系的國家之一，近年來我國科研工作者對礦物勘探、醫(yī)學(xué)診斷、敵后偵察、戰(zhàn)場監(jiān)控、植被量測、城市規(guī)·劃等范疇展開全方位、多層次、寬領(lǐng)域的高光譜遙感技術(shù)綜合應(yīng)用研究，均取得豐碩的成果。與常規(guī)遙感圖像相比，高光譜遙感圖像主要存在以下兩個突出特點(diǎn):I)數(shù)據(jù)量大。對同一地面瞬時觀測域，高光譜遙感圖像的數(shù)據(jù)量比常規(guī)遙感圖像普遍高出兩個數(shù)量級，這對存儲介質(zhì)的吞吐量和處理算法的復(fù)雜度有較高要求；2)相關(guān)性強(qiáng)。高光譜遙感圖像既存在相鄰像元之間的空間相關(guān)性，又存在相鄰波段之間的光譜相關(guān)性，而后者遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過前者，導(dǎo)致了大量的冗余信息。綜上所述，高光譜遙感圖像的優(yōu)越性是以大數(shù)據(jù)量和強(qiáng)相關(guān)性為代價(jià)的，因此，針對灰度級、全彩色和多光譜的常規(guī)遙感圖像處理技術(shù)將很難直接適用于高光譜遙感圖像處理領(lǐng)域，需要結(jié)合具體應(yīng)用加以改進(jìn)或提升。作為高光譜遙感圖像處理的主要研究方向之一，光譜匹配檢測通過研究兩個光譜曲線的相似度來判斷地物的歸屬類別，得到待測光譜屬于某種已知光譜的確認(rèn)概率，因此，基于光譜匹配的地物識別算子需要若干先驗(yàn)信息，但這并不會影響到光譜匹配檢測在高光譜遙感圖像處理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。本專利技術(shù)將協(xié)整理論引入高光譜遙感圖像地物識別，實(shí)現(xiàn)光譜匹配檢驗(yàn)。協(xié)整理論的核心是協(xié)整關(guān)系，協(xié)整關(guān)系并不是統(tǒng)計(jì)意義上的相關(guān)關(guān)系或是函數(shù)關(guān)系，而是指從一個長期區(qū)間來看，對于若干各自具有長期波動規(guī)律的變量，它們之間存在的一種長期均衡關(guān)系。協(xié)整理論自從提出就受到廣泛關(guān)注，經(jīng)典時間序列分析的平穩(wěn)性假設(shè)過于理想化，會導(dǎo)致偽回歸現(xiàn)象，偽回歸現(xiàn)象是指變量之間本來并不存在真正的關(guān)系，而是由于變量都是非平穩(wěn)序列造成的虛假顯著性關(guān)系。在偽回歸的情況下，模型中的系數(shù)估計(jì)以及其他相關(guān)統(tǒng)計(jì)量不可靠，其本質(zhì)原因是傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)量的估計(jì)不再滿足理論推導(dǎo)時假設(shè)的收斂性、一致性和無偏性，協(xié)整理論的提出很好的解決了這個問題。設(shè)序列X(t)是非平穩(wěn)的，如果序列X(t)至少需要進(jìn)行d階差分才能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)，那么稱X(t)是d階單整的，簡記為X(t) 1(d)。特別的，如果序列x(t)自身已是平穩(wěn)序列，則 X(t) 1(0)。單整衡量單個序列的平穩(wěn)性，它具有如下的重要性質(zhì):I)如果X(t) 1(0)，則對于任意非零實(shí)數(shù)a，b，有a+bX(t) I (O)。2)如果X(t) 1(d)，則對于任意非零實(shí)數(shù)a，b，有a+bX(t) I (d)。3)如果X(t) 1(d)，Y (t) 1(d)，則對于任意非零實(shí)數(shù)a，b，有aX(t)+bY(t) 1(d)。4)如果X(t) I (dx), Y (t) I (dy),則對于任意非零實(shí)數(shù)a, b,有aX(t)+bY (t) I (d),其中 d < max 。設(shè)序列X(t)，Y(t)均是d階單整的序列，如果存在一個非零系數(shù)α使得y(t)-a x(t) I (p), d 彡 p,那么稱 X(t), Y (t)是 Cl (d, p)階協(xié)整的,簡記為 x(t), y (t) Cl (d, ρ), α 是協(xié)整系數(shù)。特別的,如果 y(t)_a x(t) I (O),則 x(t), y(t) Cl (d, d)。 協(xié)整理論主要探討如何判斷是否存在協(xié)整關(guān)系，而不需要預(yù)先知道單整或者協(xié)整的具體階數(shù)，雖然光譜響應(yīng)序列是非平穩(wěn)的，但是相同目標(biāo)地物的光譜響應(yīng)序列應(yīng)當(dāng)具有相似的趨勢，這點(diǎn)啟發(fā)考察光譜響應(yīng)序列之間的協(xié)整關(guān)系。設(shè)目標(biāo)地物ω是高斯分布的，X，Y是從ω中任選的兩個樣本，那么X-Y是零均值、雙倍方差高斯分布的，因此，X-Y I (O)。然而，由于混合光譜的疊加和測量誤差的干擾，光譜響應(yīng)序列可能存在整體的偏移，此時，X-Y不再是零均值序列。但是，如果存在一個非零系數(shù)α使得X-a Y 1(0)，那么依然可以認(rèn)定X，Y屬于同一目標(biāo)地物。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于協(xié)整理論的新型高光譜像元光譜匹配檢測方法，專利技術(shù)了一種運(yùn)用協(xié)整理論處理光譜響應(yīng)序列、從而對高光譜圖像中不同像元進(jìn)行光譜匹配檢測的方法。本方法不損失光譜信息，魯棒性強(qiáng)，檢測性能好，適用范圍廣。本專利技術(shù)所涉及的方法流程包括以下步驟:(I)獲得初始數(shù)據(jù)，初始化相關(guān)參數(shù)；(2)計(jì)算關(guān)于待測像元與標(biāo)準(zhǔn)光譜匹配的協(xié)整矩陣；(3)通過協(xié)整矩陣構(gòu)造跡統(tǒng)計(jì)量，完成待測像元與標(biāo)準(zhǔn)光譜匹配檢測；(4)輸出高光譜像元匹配檢測結(jié)果。下面對該方法流程各步驟進(jìn)行詳細(xì)說明:(I)獲得待處理的高光譜數(shù)據(jù)，初始化相關(guān)參數(shù):假設(shè)高光譜待測像元X=U1,…，Xi,…，xB), Xi代表高光譜待測像元第i個波段的光譜響應(yīng)幅值，選定標(biāo)準(zhǔn)光譜Y=G1,…，Yi,…，Yb)，Ii代表標(biāo)準(zhǔn)光譜第i個波段的光譜響應(yīng)幅值，其中，1=1,…，B, B代表高光譜像元的波段總數(shù)，設(shè)置合適的滯后階數(shù)q和光譜匹配檢測閾值Π。(2)計(jì)算關(guān)于待測像元與標(biāo)準(zhǔn)光譜匹配的協(xié)整矩陣:記:Zi= (xi； Ji)1 (I)其中，Zi是待測像元與標(biāo)準(zhǔn)光譜第i個波段的向量化表示，Xi為高光譜待測像元第i個波段的光譜響應(yīng)幅值，Yi為標(biāo)準(zhǔn)光譜第i個波段的光譜響應(yīng)幅值，1=1,…，B，B為高光譜像元的波段總數(shù)。根據(jù)協(xié)整理論，Zi滿足向量自回歸模型:權(quán)利要求1.，其特征在于該方法包括如下步驟: (1)獲得待處理的高光譜數(shù)據(jù)，初始化相關(guān)參數(shù):假設(shè)高光譜待測像元X=(Xl，-,Xi,…，xB)，Xi代表高光譜待測像元第i個波段的光譜響應(yīng)幅值，選定標(biāo)準(zhǔn)光譜Y= G1,…，Yi,…，Yb)，Ii代表標(biāo)準(zhǔn)光譜第i個波段的光譜響應(yīng)幅值，其中，1=1,…，B, B代表高光譜像元的波段總數(shù)，設(shè)置合適的滯后階數(shù)q和光譜匹配檢測閾值H ; (2)計(jì)算關(guān)于待測像元與標(biāo)準(zhǔn)光譜匹配的協(xié)整矩陣:記:Zi= (xi； Ji)1 (I) 其中，Zi是待測像元與標(biāo)準(zhǔn)光譜第i個波段的向量化表示,Xi為高光譜待測像元第i個波段的光譜響應(yīng)幅值，Yi為標(biāo)準(zhǔn)光譜第i個波段的光譜響應(yīng)幅值，i=l,…，B，B為高光譜像元的波段總數(shù)； 根據(jù)協(xié)整理論，Zi滿足向量自回歸模型:全文摘要一種，即通過協(xié)整理論處理高光譜響應(yīng)序列、從而對高光譜圖像中待測像元進(jìn)行光譜匹配檢測的方法。該方法如下第一，獲得待處理的高光譜像元，初始化相關(guān)參數(shù)；第二，計(jì)算關(guān)于待測像元與標(biāo)準(zhǔn)光譜匹配的協(xié)整矩陣；第三，通過協(xié)整矩陣，判斷待測像元和標(biāo)準(zhǔn)光譜是否屬于同類目標(biāo)地物；第四，輸出光譜匹配結(jié)果。根據(jù)協(xié)整理論，光譜響應(yīng)序列可以分解為長期趨勢和短期波動，其中，長期趨勢代表了光譜響應(yīng)序列的整體信息，短期波動反映了局部差異。本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于無需維數(shù)約簡，在消除局部差異的基礎(chǔ)上考察成對光譜響應(yīng)序列之間的整體性，魯棒性強(qiáng)，檢測性能好，適用范圍廣。文檔編號G06T7/00GK103198478SQ20131009714公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
基于協(xié)整理論的光譜匹配檢測方法，其特征在于該方法包括如下步驟：（1）獲得待處理的高光譜數(shù)據(jù)，初始化相關(guān)參數(shù)：假設(shè)高光譜待測像元X=(x1,…,xi,…,xB)，xi代表高光譜待測像元第i個波段的光譜響應(yīng)幅值，選定標(biāo)準(zhǔn)光譜Y=(y1,…,yi,…,yB)，yi代表標(biāo)準(zhǔn)光譜第i個波段的光譜響應(yīng)幅值，其中，i=1,…,B，B代表高光譜像元的波段總數(shù)，設(shè)置合適的滯后階數(shù)q和光譜匹配檢測閾值η；（2）計(jì)算關(guān)于待測像元與標(biāo)準(zhǔn)光譜匹配的協(xié)整矩陣：記：zi=(xi,yi)T????(1)其中，zi是待測像元與標(biāo)準(zhǔn)光譜第i個波段的向量化表示，xi為高光譜待測像元第i個波段的光譜響應(yīng)幅值，yi為標(biāo)準(zhǔn)光譜第i個波段的光譜響應(yīng)幅值，i=1,…,B，B為高光譜像元的波段總數(shù)；根據(jù)協(xié)整理論，zi滿足向量自回歸模型：Zk=Σi=1qΦiZk-i+δ---(2)其中，k=q+1,…,B，Φi為2階待定系數(shù)矩陣，Φi的值由最小二乘法求出，q為預(yù)設(shè)的滯后階數(shù)，δ為誤差項(xiàng)；記協(xié)整矩陣：Π=-I2×2+Σi=1qΦi---(3)其中，I2×2是2階單位矩陣；（3）通過協(xié)整矩陣構(gòu)造跡統(tǒng)計(jì)量，完成待測像元與標(biāo)準(zhǔn)光譜匹配檢測：協(xié)整理論認(rèn)為，協(xié)整矩陣Π恰好代表了長期均衡，設(shè)Π的最大特征根為λmax，由此構(gòu)造跡統(tǒng)計(jì)量Λtrace：Λtrace=?B×ln?|1?λmax|????(4)其中，B為高光譜像元的波段總數(shù)；如果Λtrace>η，則待測像元X和標(biāo)準(zhǔn)光譜Y屬于同類目標(biāo)地物的像元；如果Λtrace≤η，則待測像元X和標(biāo)準(zhǔn)光譜Y不屬于同類目標(biāo)地物的像元；其中，η為預(yù)設(shè)的光譜匹配檢測閾值；（4）輸出高光譜像元匹配檢測結(jié)果。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：尹繼豪，姜志國，高超，孫建穎，徐胤，李輝，
申請(專利權(quán))人：北京航空航天大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：