專利名稱：基于多特征層次化判決的光學(xué)遙感圖像云判別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于多特征層次化判決的光學(xué)遙感圖像云判別方法，屬于模式識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
對(duì)于光學(xué)遙感圖像云判別現(xiàn)有的方法主要是利用模式識(shí)別，識(shí)別系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)簡(jiǎn)要來(lái)說包括:特征提取、學(xué)習(xí)和識(shí)別這三大步驟。類似的，云判別的主要步驟無(wú)外乎是:首先，根據(jù)對(duì)象特點(diǎn)設(shè)計(jì)要提取的云的特征；然后，選擇學(xué)習(xí)的方法，常見的學(xué)習(xí)算法分為有監(jiān)督的、無(wú)監(jiān)督的和半監(jiān)督的；最后，利用學(xué)習(xí)所得的模型或參數(shù)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別。雖然不同算法所選取的特征和學(xué)習(xí)方法不盡相同，但它們的切入點(diǎn)都是大致相同的，即直接針對(duì)云和非云進(jìn)行分類。由于云的隨機(jī)性和地物的復(fù)雜性，會(huì)存在一些判決模糊的情況，非常容易發(fā)生錯(cuò)判。例如:兩個(gè)解譯對(duì)象，一個(gè)對(duì)象是稍暗一點(diǎn)的云，另一對(duì)象是較亮的云和地物的混合，當(dāng)考察它們的特征時(shí)，有一種可能發(fā)生的情況是:第一個(gè)對(duì)象的灰度均值小于第二個(gè)對(duì)象，但第一個(gè)對(duì)象的云覆蓋率大于第二個(gè)對(duì)象情況。如果判決原則是灰度越大，對(duì)象就越接近云，且覆蓋率越大，則對(duì)象就越接近云，這樣上述兩個(gè)解譯對(duì)象從特征上就很難說哪個(gè)更像云。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于多特征層次化判決的光學(xué)遙感圖像云判別方法，能夠更準(zhǔn)確的判別云和非云。該基于多特征層次化判決的光學(xué)遙感圖像云判別方法，包括以下步驟:第一步，基于直方圖進(jìn)行預(yù)操作:提取解譯對(duì)象的灰度直方圖，并對(duì)灰度直方圖進(jìn)行截取，以去除奇異值；所述截取為:從灰度級(jí)的最高位向下累加像素點(diǎn)，當(dāng)累加的像素點(diǎn)之和達(dá)到預(yù)設(shè)值M時(shí)停止，也就是從高位截取M個(gè)像素點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的灰度級(jí)為上界Fh，同理從灰度級(jí)的低位向上累加像素值，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)值N時(shí)停止，也就是從低位截取N個(gè)像素點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的灰度級(jí)為下界F1;第二步:將解譯對(duì)象分為單一型和混合型；單一型是指對(duì)象中只含一種解譯對(duì)象，而混合型是指一個(gè)對(duì)象中含有兩種或兩種以上解譯對(duì)象；第三步:對(duì)于混合型對(duì)象，利用方差標(biāo)準(zhǔn)比H’作為門限劃分為確定混合型對(duì)象或不確定混合型對(duì)象；對(duì)于單一型對(duì)象和確定混合型對(duì)象利用灰度均值和云的覆蓋率作為門限進(jìn)行再分類，對(duì)于不確定混合型對(duì)象采用分類器進(jìn)行再分類；所述方差標(biāo)準(zhǔn)比H’為解譯對(duì)象的灰度方差與灰度方差標(biāo)準(zhǔn)值H的比值，灰度方差標(biāo)準(zhǔn)值H為:假設(shè)截取后灰度直方圖中所包含的像素均勻分布到截取后的灰度級(jí)上界Fh和下界F1之間時(shí)的灰度方差；方差標(biāo)準(zhǔn)比H’越大表示越接近不確定混合型。其中，第二步中，所述將解譯對(duì)象分為單一型和混合型具體為:
利用第一步截取后的直方圖提取解譯對(duì)象的灰度方差和直方圖非零寬度；該灰度方差和直方圖非零寬度用于衡量解譯對(duì)象中含有灰度級(jí)數(shù)的數(shù)量，含有灰度級(jí)數(shù)越多越接近混合型，則本步驟利用灰度方差和直方圖非零寬度作為門限判斷解譯對(duì)象是單一型還是混合型。其中，第三步中，所述對(duì)于單一型對(duì)象和確定混合型對(duì)象采用門限法進(jìn)行再分類為:利用第一步截取后的直方圖提取解譯對(duì)象的灰度均值和云的覆蓋率；利用提取的灰度均值和云的覆蓋率作為門限對(duì)單一型對(duì)象進(jìn)行再分類。其中，第三步中，所述對(duì)于不確定混合型對(duì)象采用分類器進(jìn)行再分類為:采用支持向量機(jī)分類器進(jìn)行再分類。有益效果:(I)進(jìn)行兩次判決，第一次判決出單一型和混合型，如果是混合型，則利用方差標(biāo)準(zhǔn)比判決出屬于確定混合型還是不確定混合型，對(duì)于單一型和確定混合型可以采用簡(jiǎn)單的門限法進(jìn)行云或非云的再分類，如果是不確定混合型則再采用分類器進(jìn)行再分類。可見，本發(fā)明通過二次分類，盡量采用簡(jiǎn)單的門限法進(jìn)行云判，實(shí)在無(wú)法判別的再采用分類器進(jìn)行云判，可以更加針對(duì)判決特別模糊的對(duì)象設(shè)計(jì)分類器，從而減小了數(shù)據(jù)處理量。而且簡(jiǎn)單門限法判決也是相對(duì)準(zhǔn)確的。(2)本發(fā)明對(duì)解譯對(duì)象的灰度直方圖進(jìn)行截取處理，去除了奇異值，從而能夠提高特征提取的準(zhǔn)確性，繼而提高判決的準(zhǔn)確性。


圖1為本發(fā)明基于多特征層次化判決的光學(xué)遙感圖像云判別方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種基于多特征層次化判決的光學(xué)遙感圖像云判別方法，其基本思想是:改變分類的思想，不直接針對(duì)云和非云進(jìn)行分類，而是先將處理對(duì)象分為判決結(jié)果準(zhǔn)確和判決結(jié)果模糊兩類。這樣做有很多好處:第一，判決準(zhǔn)確的對(duì)象不會(huì)受到判決模糊的影響；第二，可以更加針對(duì)判決模糊的對(duì)象設(shè)計(jì)分類器；第三，可以基于判決準(zhǔn)確的對(duì)象利用上下文來(lái)推測(cè)或者修正判決模糊的對(duì)象。但事實(shí)上，判決結(jié)果是準(zhǔn)確或是模糊，不能夠在第一步中獲得，因此作為代替，本發(fā)明將解譯對(duì)象分為單一型和混合型，然后，混合型再分為準(zhǔn)確和不準(zhǔn)確，最后分別在三種類型中再分云或非云。其中，單一型是指對(duì)象中只含一種解譯對(duì)象(云、山脈、海等)，而混合型是指一個(gè)對(duì)象中含有兩種或兩種以上解譯對(duì)象。對(duì)于單一型對(duì)象由于所含解譯對(duì)象單一，所以特征明確容易區(qū)分，對(duì)于單一型的再分類只需要利用簡(jiǎn)單的門限即可，判決結(jié)果準(zhǔn)確。對(duì)準(zhǔn)確混合型同理。而對(duì)于不準(zhǔn)確混合型，由于其包含多種對(duì)象，所以特征介于多種對(duì)象之間，特征不是很明確，判決結(jié)果模糊，因此需要選用分類器對(duì)其進(jìn)行再分類。下面結(jié)合附圖1并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹。步驟SI，基于直方圖的預(yù)操作:讀入解譯對(duì)象，通常解譯對(duì)象是全色的光學(xué)遙感圖像中的分塊。之后對(duì)其提取灰度直方圖，為了增加后續(xù)直方圖派生參數(shù)(例如，直方圖均值、直方圖方差等)對(duì)一些奇異值的魯棒性，還需要對(duì)直方圖進(jìn)行截取，以去除奇異值。
在本步驟SI中，對(duì)灰度直方圖的截取為:從灰度級(jí)的最高位向下累加像素點(diǎn)，當(dāng)累加的像素點(diǎn)之和達(dá)到M時(shí)停止，也就是從高位截取M個(gè)像素點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的灰度級(jí)為上界Fh，同理從低位向上累加像素值，當(dāng)達(dá)到N時(shí)停止，也就是從低位截取N個(gè)像素點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的灰度級(jí)為下界Fp這樣后續(xù)步驟對(duì)上界Fh和下界F1之間的像素進(jìn)行派生參數(shù)的運(yùn)算，便是去掉奇異值后的結(jié)果，這個(gè)值能更準(zhǔn)確的反映對(duì)象的特點(diǎn)。步驟S2，特征提取:這里利用SI中截取后的直方圖進(jìn)行特征提取，要提取的特征有灰度均值、灰度方差、方差標(biāo)準(zhǔn)比、直方圖非零寬度和云的覆蓋率。⑴灰度均值的提取是將直方圖中Fh到F1之間的像素的灰度值累加后求平均得到的去奇異灰度均值；⑵灰度方差是Fh到F1之間的像素的灰度方差，灰度方差里面用到的灰度均值就是去奇異灰度均值直方圖非零寬度就是直方圖截取后Fh到F1之間的差值；(4)云的覆蓋率的提取是利用灰度和Sobel邊緣信息雙重經(jīng)驗(yàn)門限同時(shí)作用得到的，只是這里使用的門限非常緊；(5)方差標(biāo)準(zhǔn)比的提取可以分為兩步:第一步，計(jì)算灰度方差標(biāo)準(zhǔn)值，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值就是將直方圖從高位截取M及從高位截取N后剩下的像素點(diǎn)均勻分布在Fh到F1之間時(shí)所得到的灰度方差，記為H，公式如下:
權(quán)利要求
1.一種基于多特征層次化判決的光學(xué)遙感圖像云判別方法，其特征在于，該方法包括: 第一步，基于直方圖進(jìn)行預(yù)操作:提取解譯對(duì)象的灰度直方圖，并對(duì)灰度直方圖進(jìn)行截取，以去除奇異值； 所述截取為:從灰度級(jí)的最高位向下累加像素點(diǎn)，當(dāng)累加的像素點(diǎn)之和達(dá)到預(yù)設(shè)值M時(shí)停止，也就是從高位截取M個(gè)像素點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的灰度級(jí)為上界Fh，同理從灰度級(jí)的低位向上累加像素值，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)值N時(shí)停止，也就是從低位截取N個(gè)像素點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的灰度級(jí)為下界F1; 第二步:將解譯對(duì)象分為單一型和混合型；單一型是指對(duì)象中只含一種解譯對(duì)象，而混合型是指一個(gè)對(duì)象中含有兩種或兩種以上解譯對(duì)象； 第三步:對(duì)于混合型對(duì)象，利用方差標(biāo)準(zhǔn)比H’作為門限劃分為確定混合型對(duì)象或不確定混合型對(duì)象；對(duì)于單一型對(duì)象和確定混合型對(duì)象采用門限法進(jìn)行再分類，對(duì)于不確定混合型對(duì)象采用分類器進(jìn)行再分類； 所述方差標(biāo)準(zhǔn)比H’為解譯對(duì)象的灰度方差與灰度方差標(biāo)準(zhǔn)值H的比值，灰度方差標(biāo)準(zhǔn)值H為:假設(shè)截取后灰度直方圖中所包含的像素均勻分布到截取后的灰度級(jí)上界Fh和下界F1之間的灰度方差；方差標(biāo)準(zhǔn)比H’越大表示越接近不確定混合型。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第二步中，所述將解譯對(duì)象分為單一型和混合型具體為:利用第一步截取后的直方圖提取解譯對(duì)象的灰度方差和直方圖非零寬度；該灰度方差和直方圖非零寬度用于衡量解譯對(duì)象中含有灰度級(jí)數(shù)的數(shù)量，含有灰度級(jí)數(shù)越多越接近混合型，則本步驟利用灰度方差和直方圖非零寬度作為門限判斷解譯對(duì)象是單一型還是混合型。
3.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第三步中，所述對(duì)于單一型對(duì)象和確定混合型對(duì)象采用門限法進(jìn)行再分類為:利用第一步截取后的直方圖提取解譯對(duì)象的灰度均值和云的覆蓋率；利用提取的灰度均值和云的覆蓋率作為門限對(duì)單一型對(duì)象進(jìn)行再分類。
4.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第三步中，所述對(duì)于不確定混合型對(duì)象采用分類器進(jìn)行再分類為:采用支持向量機(jī)分類器進(jìn)行再分類。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于多特征層次化判決的光學(xué)遙感圖像云判別方法，能夠更準(zhǔn)確的判別云和非云。第一步提取解譯對(duì)象的灰度直方圖，并對(duì)灰度直方圖進(jìn)行截取，以去除奇異值；第二步將解譯對(duì)象分為單一型和混合型；單一型是指對(duì)象中只含一種解譯對(duì)象，而混合型是指一個(gè)對(duì)象中含有兩種或兩種以上解譯對(duì)象；第三步對(duì)于混合型對(duì)象，利用方差標(biāo)準(zhǔn)比H’作為門限劃分為確定混合型對(duì)象或不確定混合型對(duì)象；對(duì)于單一型對(duì)象和確定混合型對(duì)象采用門限法進(jìn)行再分類，對(duì)于不確定混合型對(duì)象采用分類器進(jìn)行再分類；所述方差標(biāo)準(zhǔn)比H’為解譯對(duì)象的灰度方差與灰度方差標(biāo)準(zhǔn)值H的比值；方差標(biāo)準(zhǔn)比H’越大表示越接近不確定混合型。
文檔編號(hào)G06K9/62GK103093242SQ20131002449
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月23日
發(fā)明者高立寧, 龍騰, 陳亮, 龐楓騫, 畢福昆 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)