多時(shí)相遙感影像變化檢測技術(shù)的研究

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)

[1]周啟鳴.多時(shí)相遙感影像變化檢測綜述[J].地理信息世界，2011，2：28-33.

[2]鐘家強(qiáng)，王潤生.基于互信息相似性度量的多時(shí)相遙感圖像配準(zhǔn)[J].宇航學(xué)報(bào)，2006，27（4）：690-695.

[3]趙英時(shí).遙感應(yīng)用分析原理與方法[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[4]羅旺.遙感圖像的變化檢測與標(biāo)注方法研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2012：4-10.endprint