史文中 基於遙感影像的變化檢測技術必不可少

2021-07-06 03:30:35 字數 3034 閱讀 4129



我先為大家介紹下發展現狀以及回顧。

第一,發展回顧。

應用領域,遙感變化檢測這個技術是非常急需的技術,第一步是地理資訊檢測,就需要自動化的技術來提高我們這個效率,從遙感方面,也就是遙感變化檢測,這也可以廣泛另外在其他領域,比如說土地利用、農田變化等比較寬的範圍。

這個從技術發展,從遙感衛星影象,解析度越來越高,可以到0.1甚至更高一點。衛星的數量也越來越多,比如說我們國家計畫在十年的時間,發射到64顆衛星,解析度可以到幾分鐘,這樣就很快從乙個地區不同時間的影像。接下來我們的技術支援,跟這些不同的時效的影像進行分析。

在變化檢測技術體系當中,到現在差不多有40多年的時間。這個工作可以分為從70年代到80年到90,到現在。這個是光學影像,我們在演算法上已經經過了40年、50年的研究,但是得到的結果並不理想,我們團隊持續做了一些工作,以下介紹下我們研究的主要的內容。

這是基於遙感影像變化檢測的技術。遙感影像變化檢測有乙個問題比較重要,即影像匹配的問題。因此,我們的研究主要是匹配好與不好,它的檢測到的錯誤,它的空間上的分布,主要是解決這個問題。這個是我的學生和我一起做的工作。

這個大概是我們乙個結論性的東西,如果是中解析度影像,70%左右的漏洞分布在邊緣周圍1個畫素的範圍;如果是高解析度,50-60%左右畫素的情況。

基於空間結構的高分影像分類後變化檢測方法。這個是結構元素,這是我們構造結構元素的方法,這是由實際影像,怎麼構造整個結構元素,來做變化提取。這是整個檢測流程的判斷,到最後的質量檢測。這是實驗分析,因為這個地方是2023年和2023年兩個十年影像,來檢測它的變化。這個方法來計算,應該適合高分影像。因為國家地理國情,或者是我們做國土資源部的普查、調查影像,現在都是用了影像解析度比較高,所以這個演算法,主要是從這個方向來考慮。

這個是我們做出來的演算法,和現有演算法的比較,就可以從細節上看到變化的情況,提取的新的方法,比較好一點。

這個是具體提出來的變化,和實際的體驗,得知它發現配套的情況。

另外乙個方法,叫可靠性加權的多方法融合變化檢測方法。這個方法的基本思想是這樣,就是我們在檢測的時候,實際上應用比較多的演算法,但是每乙個演算法,可能有自己的缺點和優點。這個演算法是兩個或者多個演算法,在演算法本質上有一定的互補性,同時我們有多個變化檢測的演算法,這樣來改善變化檢測的能力。這個我們在檢測以後,定了幾個指標來檢測它到了好還是不好。這是構造多個演算法加權的問題,如果你拿了三個演算法,你比較相信哪乙個,比較不太相信哪乙個,這個是定權的問題,在定權我們有一定的方法來選擇。這種方法融合以後的演算法,開發系統等這樣的指標,都改善了一些。當然這個改善,不是特別的多。

另外乙個叫區域性空間資訊譜趨勢相似性分析的變化檢測方法。我們拿來個時間段的影像做對比,最後發現變化,因為大氣條件不一樣,有時候陰天一點,有時候霧霾重一點。其實你看這兩個影像,這是同乙個地方,沒有變化的,但是由於大氣的條件不一樣,你看到這個就比較白一點。如果你自動取做這個事情,去判斷它是不是有變化,這些地方也變了,但實際上沒有變的。

為了解決這樣乙個問題,就需要構造這樣乙個資訊圖的趨勢性和相似性的引數,這樣構造以後,來做這個比較。這個就解決了由於兩次的構造不太好,條件不一樣,而有可能誤判。這是這麼乙個思路、流程。

另外乙個問題,就是對房屋建築物的**,比如說**以後房屋倒塌。在搶救的**時間,我們需要知道哪一些倒塌,哪些沒有倒塌,去幫助救援隊伍救援。對於後續的時間,對於災區的重建,房屋倒塌的判別是很重要的。這個工作,就是我們在做房屋損毀,這個是災前災後的影像,我們做了乙個判斷,哪些是全損毀,哪些是半損失。中間做了相似度計算和指標。這個大概是精度在這樣乙個時間可以達到92%。

另外是引力模型優化的馬爾可夫服隨機場變化檢測技術。我們提出了這個方法,這個方法核心要解決的問題,就是一些細微的變化,這個演算法主要是解決這樣的問題。細節我就不講了。

這個是基於em演算法的水平集變化檢測方法。

這個是基於自適應閾值的變化檢測技術。我們在設定變化與沒變化之間有乙個閾值,這個主要是適應閾值,希望這個問題能夠自動化的解決。這個是流程、原理,也是在這種情況下,方法比較自動和完善。

這個是基於亞像元解析度的變化檢測技術。就是說,如果我們的影像是公尺級,但是我希望檢測到亞公尺級的。我們做了一段時間,大概四年左右的時間,sub-pixel reolution的技術。這個是用了飛行統計的方法來做。

還有乙個基於模糊拓撲的變化檢測技術。我們知道這是數學的兩個分支,我們是把這兩個分支聯合起來,這個工作不是我們做的,是數學領域學者做得工作。我們的工作,是把模糊拓撲學這樣數學的方法,引入到影像資料當中,進一步引入到變化檢測當中,這個是我們做的。這個也是乙個挺有意思的演算法,它主要是以前分兩個類別,分得不太清楚的情況下,用這個方法,把分不清的再做一次演算法,這個工作主要是解決這方面的問題。

三、遙感影象變化檢測系統原型。

主要是希望把已有成熟的演算法,加上我們最新研究出來的,大概有20幾篇文章,每一篇文章,都是我們研究的比較新的演算法,把它加進去。也針對應用的實際情況和案例,對地理國情檢測,可以用這個技術和系統來解決問題。這也是它的功能。

例項方面,我們也用這個方法,加上人工的方法,做一些城市形態,逐步的從紅色到黃色,到藍色到紫色這樣逐步的擴張。根據多年來建成區的情況,變化乙個趨勢這樣的分析。

當然我們除了這個以後,也應該把變化檢測到的問題和經濟社會統計資料的分析,就是這種變化,比如說城市的變化,我們檢測到變化規律,它跟社會經濟、人口、基礎設施這樣多方面的情況,它的關係是怎樣的?就是在我們這個行業裡,現在主要做得就是分析,乙個是地圖分析。這個就是我們做得,比如說城市的中心的擴張,它的生態用地、經濟用地、建設用地的變化趨勢。城市經濟空間值相關,還有城市經濟全域性和自相關的情況,和它的用地的發展,與空間關係是什麼樣的。以及交通網路的分析,這個比如說網路的通達性這樣的分析。

還有就是對城鎮擴張的模擬。城鎮擴張的模擬,我們用這個數學模式和模擬的演算法,來對城鎮的擴張進行**。我們乙個工作還挺有意思的,就是在城市中心區的**,大概可以達到86%的準確率情況。比較差一點,是城市邊緣的情況。

四、總結與展望。我想現在我們的工作是:針對不同解析度、不同檢測目標進行畫素級、特徵級和物件級的變化檢測方法;基於不確定性遙感變化檢測方法;考慮空間結構的高分影像分類後變化檢測方法;災害變化檢測(房屋損毀、地表變形)。

研究展望:多感測器資料融合的變化檢測,除了光學影像在其他方面,它的資料量是更加多的,它基於這些多資料的檢測,我想是比較重要的方向。這主要考慮將來衛星的發展,這可能會有實時的變化情況。未來我們還會應用機器學習方法,如深度學習等。

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