CN102609711A - 一种适用于高光谱影像的信息提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于高光谱影像的信息提取方法，依次包括：一，获取成像光谱影像；二，对地物样本标准光谱曲线重采样；三，寻找地物样本标准光谱曲线明显的波段和判别波段；四，对成像光谱影像进行重采样；五，对地物样本标准光谱曲线进行二次重采样；六，判别光谱基因波段类型；七，比较地物样本标准光谱曲线与成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段的波段类型，判断是否代表相同的地物类型；八，获得所有的光谱基因波段深度之和，光谱基因波段深度之和越大，表示地物在地表的丰度越高。本发明减少了数据处理量，降低了其它地物特征和噪声的干扰，提高了处理速度和精度，对高光谱图像的处理具有很好的效果。

Description

一种适用于高光谱影像的信息提取方法

技术领域

本发明涉及一种适用于高光谱影像的信息提取方法，特别是涉及一种涉及地物光谱波段的分类，和利用不同的波段类型提取相应信息的适用于高光谱影像的信息提取方法。

背景技术

随着高光谱影像空间和光谱分辨率的提高，相应数据量也随之增加，从而需要高光谱图像处理方法也要进行不断进步，以适应新的数据处理要求。对于更先进的获取数据，原有数据处理方法存在不同的缺陷，例如主成分变换使高光谱信息的优势不能得到充分体现，信息损失量大；光谱角分析和光谱匹配滤波对于混合像元的提取精度不高，受噪声影响较大。因此亟需提供一种新型的适用于高光谱影像的信息提取方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种提高了处理速度和精度的适用于高光谱影像的信息提取方法。

为解决上述技术问题，本发明一种适用于高光谱影像的信息提取方法，依次包括以下步骤：

第一步，获取成像光谱影像，并对成像光谱影像进行预处理，获得预处理后的成像光谱影像；

第二步，根据预处理后的成像光谱影像对波谱库中的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线重采样，得到一次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线，使一次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线与预处理后的成像光谱影像的波谱范围和波长间距一致；

第三步，寻找一次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线中斜率变化明显的波段和判别波段；斜率变化明显的波段为光谱基因波段；

第四步，根据一次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线中斜率变化明显的波段对预处理后的成像光谱影像进行重采样，得到重采样的成像光谱影像，使重采样的成像光谱影像只保留与一次重采样的标准光谱曲线或实测光谱曲线中斜率变化明显的波段和判别波段相对应的波段；斜率变化明显的波段为光谱基因波段；

第五步，根据重采样的成像光谱影像对一次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线进行重采样，得到二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线，使二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线与重采样的成像光谱影像的波谱范围和波长间距一致；二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线中的光谱基因波段数为n；

第六步，获得光谱基因波段在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线对应波段的反射率b₂、获得光谱基因波段在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线对应波段相邻左侧判别波段的反射率b₁，获得光谱基因波段在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线对应波段相邻右侧判别波段的反射率b₃；获得光谱基因波段在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线对应波段的波长λ、获得光谱基因波段在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线对应波段相邻左侧判别波段的波长λ_L，获得光谱基因波段在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线对应波段相邻右侧判别波段的波长λ_R；

获得光谱基因波段在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段的反射率B₂、获得光谱基因波段在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段相邻左侧判别波段的反射率B₁，获得光谱基因波段在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段相邻右侧判别波段的反射率B₃；获得光谱基因波段在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段的波长λ、获得光谱基因波段在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段相邻左侧判别波段的波长λ_L，获得光谱基因波段在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段相邻右侧判别波段的波长λ_R；

第六步，判别光谱基因波段类型；

在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线中，

当[(b₂-b₁)/(λ-λ_L)]＞[(b₃-b₂)/(λ_R-λ)]时，判断为正基因波段；

当[(b₂-b₁)/(λ-λ_L)]＜[(b₃-b₂)/(λ_R-λ)]时，判断为负基因波段；

在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中，

当[(B₂-B₁)/(λ-λ_L)]＞[(B₃-B₂)/(λ_R-λ)]时，判断为正基因波段；

当[(B₂-B₁)/(λ-λ_L)]＜[(B₃-B₂)/(λ_R-λ)]时，判断为负基因波段；

第七步，比较二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线与重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应光谱基因波段的波段类型，当具有相同光谱基因波段类型的波段数为n时，判断二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线与重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线代表相同的地物类型；

第八步，提取重采样的成像光谱影像中与地物样本具有相同地物类型的像元的分布范围，并只保留具有相同地物类型的像元的分布范围内的影像；

第九步，获得具有相同地物类型的像元的分布范围内的成像光谱影像的像元光谱曲线的光谱基因波段深度h；

$h=|B_2-\frac{B_1+B_3}{2}|;$

第十步，获得所有的光谱基因波段深度之和，光谱基因波段深度之和越大，表示地物在地表的丰度越高。

第一步中，预处理包括辐射校正、大气校正和几何校正。

第三步中，一次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线的横坐标的单位为μm，纵坐标为反射率，当波段两侧顺时针或逆时针的角度旋转大于30度时，判断为斜率变化明显的波段；反射率取值范围为0～1。

第三步中，判别波段为保持斜率变化明显的波段两侧的旋转角度变化小于等于5度的波段。

本发明通过光谱基因波段对影像重采样，即保留了所要提取的相应地物的波谱曲线中的特征波段，又使光谱曲线的波形特征变化不大，从而减少了数据处理量，降低了其它地物特征和噪声的干扰，提高了处理速度和精度，对高光谱图像的处理具有很好的效果。通过光谱基因深度的计算提取地物在地表的相对丰度，对寻找矿物的富集区具有很好的借鉴意义。

具体实施方式

本发明依次包括以下步骤：

第一步，获取成像光谱影像，并对成像光谱影像进行预处理，获得预处理后的成像光谱影像；预处理包括辐射校正、大气校正和几何校正；

第二步，根据预处理后的成像光谱影像对波谱库中的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线重采样，得到一次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线，使一次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线与预处理后的成像光谱影像的波谱范围和波长间距一致；

第三步，寻找一次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线中斜率变化明显的波段和判别波段；斜率变化明显的波段为光谱基因波段；

一次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线的横坐标的单位为μm，纵坐标为反射率，当波段两侧顺时针或逆时针的角度旋转大于30度时，判断为斜率变化明显的波段；反射率取值范围为0～1；

判别波段为保持斜率变化明显的波段两侧的旋转角度变化小于等于5度的波段；

第四步，根据一次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线中斜率变化明显的波段对预处理后的成像光谱影像进行重采样，得到重采样的成像光谱影像，使重采样的成像光谱影像只保留与一次重采样的标准光谱曲线或实测光谱曲线中斜率变化明显的波段和判别波段相对应的波段；斜率变化明显的波段为光谱基因波段；

第五步，根据重采样的成像光谱影像对一次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线进行重采样，得到二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线，使二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线与重采样的成像光谱影像的波谱范围和波长间距一致；二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线中的光谱基因波段数为n；

第六步，获得光谱基因波段在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线对应波段的反射率b₂、获得光谱基因波段在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线对应波段相邻左侧判别波段的反射率b₁，获得光谱基因波段在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线对应波段相邻右侧判别波段的反射率b₃；获得光谱基因波段在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线对应波段的波长λ、获得光谱基因波段在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线对应波段相邻左侧判别波段的波长λ_L，获得光谱基因波段在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线对应波段相邻右侧判别波段的波长λ_R；

获得光谱基因波段在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段的反射率B₂、获得光谱基因波段在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段相邻左侧判别波段的反射率B₁，获得光谱基因波段在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段相邻右侧判别波段的反射率B₃；获得光谱基因波段在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段的波长λ、获得光谱基因波段在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段相邻左侧判别波段的波长λ_L，获得光谱基因波段在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段相邻右侧判别波段的波长λ_R；

第六步，判别光谱基因波段类型；

在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线中，

当[(b₂-b₁)/(λ-λ_L)]＞[(b₃-b₂)/(λ_R-λ)]时，判断为正基因波段；

当[(b₂-b₁)/(λ-λ_L)]＜[(b₃-b₂)/(λ_R-λ)]时，判断为负基因波段；

在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中，

当[(B₂-B₁)/(λ-λ_L)]＞[(B₃-B₂)/(λ_R-λ)]时，判断为正基因波段；

当[(B₂-B₁)/(λ-λ_L)]＜[(B₃-B₂)/(λ_R-λ)]时，判断为负基因波段；

第七步，比较二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线与重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应光谱基因波段的波段类型，当具有相同光谱基因波段类型的波段数为n时，判断二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线与重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线代表相同的地物类型；

第八步，提取重采样的成像光谱影像中与地物样本具有相同地物类型的像元的分布范围，并只保留具有相同地物类型的像元的分布范围内的影像；

第九步，获得具有相同地物类型的像元的分布范围内的成像光谱影像的像元光谱曲线的光谱基因波段深度h；

$h=|B_2-\frac{B_1+B_3}{2}|;$

第十步，获得所有的光谱基因波段深度之和，光谱基因波段深度之和越大，表示地物在地表的丰度越高。

Claims (4)

1.一种适用于高光谱影像的信息提取方法，依次包括以下步骤：

第一步，获取成像光谱影像，并对成像光谱影像进行预处理，获得预处理后的成像光谱影像；

第二步，根据预处理后的成像光谱影像对波谱库中的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线重采样，得到一次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线，使一次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线与预处理后的成像光谱影像的波谱范围和波长间距一致；

第三步，寻找一次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线中斜率变化明显的波段和判别波段；所述斜率变化明显的波段为光谱基因波段；

第四步，根据一次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线中斜率变化明显的波段对预处理后的成像光谱影像进行重采样，得到重采样的成像光谱影像，使重采样的成像光谱影像只保留与一次重采样的标准光谱曲线或实测光谱曲线中斜率变化明显的波段和判别波段相对应的波段；所述斜率变化明显的波段为光谱基因波段；

第五步，根据重采样的成像光谱影像对一次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线进行重采样，得到二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线，使二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线与重采样的成像光谱影像的波谱范围和波长间距一致；二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线中的光谱基因波段数为n；

第六步，获得光谱基因波段在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线对应波段的反射率b₂、获得光谱基因波段在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线对应波段相邻左侧判别波段的反射率b₁，获得光谱基因波段在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线对应波段相邻右侧判别波段的反射率b₃；获得光谱基因波段在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线对应波段的波长λ、获得光谱基因波段在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线对应波段相邻左侧判别波段的波长λ_L，获得光谱基因波段在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线对应波段相邻右侧判别波段的波长λ_R；

获得光谱基因波段在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段的反射率B₂、获得光谱基因波段在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段相邻左侧判别波段的反射率B₁，获得光谱基因波段在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段相邻右侧判别波段的反射率B₃；获得光谱基因波段在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段的波长λ、获得光谱基因波段在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段相邻左侧判别波段的波长λ_L，获得光谱基因波段在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应波段相邻右侧判别波段的波长λ_R；

第六步，判别光谱基因波段类型；

在二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线中，

当[(b₂-b₁)/(λ-λ_L)]＞[(b₃-b₂)/(λ_R-λ)]时，判断为正基因波段；

当[(b₂-b₁)/(λ-λ_L)]＜[(b₃-b₂)/(λ_R-λ)]时，判断为负基因波段；

在重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中，

当[(B₂-B₁)/(λ-λ_L)]＞[(B₃-B₂)/(λ_R-λ)]时，判断为正基因波段；

当[(B₂-B₁)/(λ-λ_L)]＜[(B₃-B₂)/(λ_R-λ)]时，判断为负基因波段；

第七步，比较二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线与重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线中对应光谱基因波段的波段类型，当具有相同光谱基因波段类型的波段数为n时，判断二次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线与重采样的成像光谱影像的像元光谱曲线代表相同的地物类型；

第八步，提取重采样的成像光谱影像中与地物样本具有相同地物类型的像元的分布范围，并只保留具有相同地物类型的像元的分布范围内的影像；

第九步，获得具有相同地物类型的像元的分布范围内的成像光谱影像的像元光谱曲线的光谱基因波段深度h；

$h=|B_2-\frac{B_1+B_3}{2}|;$

第十步，获得所有的光谱基因波段深度之和，光谱基因波段深度之和越大，表示地物在地表的丰度越高。

2.根据权利要求1所述的一种适用于高光谱影像的信息提取方法，其特征在于：所述第一步中，预处理包括辐射校正、大气校正和几何校正。

3.根据权利要求1所述的一种适用于高光谱影像的信息提取方法，其特征在于：所述第三步中，一次重采样的地物样本标准光谱曲线或实测光谱曲线的横坐标的单位为μm，纵坐标为反射率，当波段两侧顺时针或逆时针的角度旋转大于30度时，判断为斜率变化明显的波段；所述反射率取值范围为0～1。

4.根据权利要求1所述的一种适用于高光谱影像的信息提取方法，其特征在于：所述第三步中，判别波段为保持所述斜率变化明显的波段两侧的旋转角度变化小于等于5度的波段。