攝影測量與遙感影像的變化檢測

發(fā)布日期：2018-05-14 00:00 瀏覽量：14999

　　1.研究背景和意義

　　就目前來看，遙感技術(shù)無論從應(yīng)用范圍還是效果上都已經(jīng)取得了較大的發(fā)展，尤其是對于一些大型規(guī)劃類工程建筑項(xiàng)目來說，遙感技術(shù)通過其特有的非接觸式測量功能，對土地的利用和覆蓋情況有著較為準(zhǔn)確的信息反饋。這使得其被廣泛的應(yīng)用于各種工程的資料和信息搜集的活動中。隨著遙感技術(shù)和衛(wèi)星技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代遙感技術(shù)在發(fā)展過程中也面臨著一系列的挑戰(zhàn)。尤其是自動化檢測分析方面，如果不能更好的配合攝影測量，將會嚴(yán)重的影響遙感技術(shù)的測量結(jié)果。并且隨著遙感技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，已經(jīng)從原先的工程測量發(fā)展到農(nóng)業(yè)調(diào)查、林業(yè)監(jiān)測、城市管理規(guī)劃等各個領(lǐng)域，并且開始有跡象發(fā)展到海洋和內(nèi)陸水體監(jiān)測、濕地監(jiān)測管理、自然災(zāi)害監(jiān)測以及軍事偵察和打擊效果評估等重大工程中，所以從應(yīng)用前景上看，遙感技術(shù)也應(yīng)該進(jìn)一步的自我完善。

　　最初的遙感影像變化監(jiān)測技術(shù)由于受到當(dāng)時的設(shè)備和技術(shù)條件的限制，通常要在信息傳輸?shù)倪^程中通過人工來完成翻譯內(nèi)容，但是這種人工翻譯不僅效率較低，準(zhǔn)確率也得不到保證，并且對于翻譯人員的專業(yè)素質(zhì)的要求非常之高，所以其應(yīng)用效果并不理想。

攝影測量與遙感影像的變化檢測.jpg

　　2.變化檢測的研究現(xiàn)狀

　　目前，在國際上對于遙感技術(shù)的研究方面的共同努力下，現(xiàn)代遙感技術(shù)已經(jīng)可以提供全球性的數(shù)據(jù)觀測了，但是由于獲取的數(shù)據(jù)較為駁雜，所以，要想獲得所需要的專門性的工程信息，還是要通過一定的技術(shù)對所得信息進(jìn)行處理，而變化監(jiān)測技術(shù)就是這樣一項(xiàng)技術(shù)。

　　一般來說，變化監(jiān)測技術(shù)就是根據(jù)多次觀測來確定某一待測物體的具體的狀態(tài)，對于一些處理動態(tài)過程的物體來說，變化監(jiān)測就是一個其變化發(fā)展的全過程的實(shí)時記錄。而對于遙感技術(shù)來書，變化監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用不僅是指的是以上內(nèi)容，還包括這樣幾個方面：首先，要能夠幫助判斷待測物體的位置是否發(fā)生了變化，即是否在監(jiān)測的過程中發(fā)生了位移；其次，要能夠判斷待測物體的發(fā)生變化的位置區(qū)域；再次，要能夠根據(jù)物體的變化的具體情形來判斷物體的變化性質(zhì)；最后，要能夠根據(jù)物體的變化參數(shù)判斷其時間和空間分布模式。

　　在上述功能中，前兩項(xiàng)指的是變化檢測的最基本的目標(biāo)，也是其技術(shù)指標(biāo)的基本要求，后兩項(xiàng)的具體應(yīng)用情況，要根據(jù)監(jiān)測的物體的不同重新選擇和定義。

　　變化檢測存在的困難:

　　雖然變化檢測的基本方式和方法已經(jīng)在遙感技術(shù)的很多監(jiān)測領(lǐng)域得到了落實(shí)和應(yīng)用，但是從某種程度上看，遙感影像的變化監(jiān)測的技術(shù)還并不是十分完善，還有很大的發(fā)展空間。

　　2.1理論上的欠缺

　　所謂理論上的欠缺，就是指遙感影像變化檢測技術(shù)從目前來看，還沒有一個強(qiáng)有力的技術(shù)理論體系，其眾多支撐技術(shù)也相對的不夠完善。建立在這種理論和技術(shù)基礎(chǔ)上的遙感影像技術(shù)難免在應(yīng)用的過程中，會產(chǎn)生各種各樣的缺點(diǎn)，理論的進(jìn)一步完善是技術(shù)發(fā)展的重要前提條件之一。

　　2.2變化檢測方法自身的不足

　　所謂變化監(jiān)測方法的不足，就是指在具體的操作過程中，對該技術(shù)的應(yīng)用存在缺陷，一般來說，在使用該技術(shù)對待監(jiān)測的物體進(jìn)行位置判斷的過程中，通常會出現(xiàn)兩時相影像分類錯誤的狀況，這種現(xiàn)象不僅嚴(yán)重的影響了監(jiān)測結(jié)果的精度，也給變化閩值的確定帶來了困難。同時，這種方式在具體的操作過程中，其監(jiān)測結(jié)果業(yè)容易受到各方面的因素的影響，尤其是具體的操作員的技術(shù)。

　　與此同時，一旦在測量的過程中出現(xiàn)常多光譜遙感影像的測量需求，就目前的變化檢測的方式來看，并不能很好的處理多個影響之間的位置和順序關(guān)系，嚴(yán)重的制約了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

　　2.3對數(shù)據(jù)質(zhì)量要求嚴(yán)格

　　絕大多數(shù)變化檢測方法對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布要求比較嚴(yán)格，方法實(shí)施的時候需要事先知道數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布模型如高斯分布等。同時，大多數(shù)變化檢測方法對輸入影像之間的輻射度差別、噪聲等因素的影響比較敏感，對數(shù)據(jù)預(yù)處理的要求較高。

　　2.4適用數(shù)據(jù)源有限

　　傳統(tǒng)變化檢測方法通常要求不同時相的兩幅影像來自同一傳感器，而對于來自于不同傳感器的影像，如一個時相為MSS，另一時相來自TM或者SPOT，除了分類后比較法以外就基本上無能為力了。同時，現(xiàn)有的方法絕大多數(shù)都是針對光學(xué)遙感影像設(shè)計(jì)的，直接應(yīng)用于諸如雷達(dá)影像等新型傳感器獲取的遙感數(shù)據(jù)通常比較困難。

　　針對上述問題，在總結(jié)歸納現(xiàn)有變化檢測方法的基礎(chǔ)上，針對中分辨率星載多光譜遙感影像變化檢測的特點(diǎn)和要求，引入一些新的數(shù)學(xué)模型和分析方法，重點(diǎn)解決時相間變化信息自動高效提取的問題，在一定程度上克服現(xiàn)有方法存在的缺陷，力求提高變化檢測的精度和效率。

　　3.變化檢測研究內(nèi)容

　　變化檢測的理論和技術(shù)方法主要由數(shù)據(jù)選取和預(yù)處理、變化檢測、檢測結(jié)果精度評估三大部分組成。數(shù)據(jù)選取和預(yù)處理包括了遙感影像及輔助數(shù)據(jù)的選擇獲取，多時相影像數(shù)據(jù)的幾何配準(zhǔn)和輻射校正等，變化檢測就是選用行之有效的方法手段從影像中提取變化信息，檢測結(jié)果精度評估是指采用定量指標(biāo)評價變化檢測結(jié)果的精度水平。如前所述，變化檢測方法可歸結(jié)為分類后比較和直接比較像元光譜兩大類，其中后者是目前實(shí)際應(yīng)用中常用的方法和技術(shù)路線。

　　3.1從多時相多光譜遙感影像構(gòu)造差異影像

　　多時相多光譜遙感影像包含多個光譜通道，通道數(shù)太多對于變化分析解譯會帶來較大的困難，同時各通道上均包含了部分變化信息，這些信息之間存在著一定程度的相關(guān)和冗余，也會影響到變化分析的效率。要全面地檢測不同時相之間發(fā)生的變化，就必須首先將這些變化信息通過變換有效地集中到少數(shù)幾個變量中，構(gòu)造出不同時相之間的差異影像。

　　針對光譜通道間的相關(guān)性對多光譜遙感影像變化檢測存在影響的問題，引入多元統(tǒng)計(jì)中的典型相關(guān)分析方法，應(yīng)用基于典型相關(guān)分析的多元變化檢測方法（MAD），實(shí)現(xiàn)最大限度地消除各光譜通道之間的相關(guān)性，以便有效地集中和突出不同時相之間的差異信息。

　　3.2從差異影像中提取變化區(qū)域

　　對于變化檢測而言，僅僅構(gòu)造出兩時相之間的差異影像是不夠的，還需要從差異影像中將發(fā)生了變化的區(qū)域鑒別提取出來。傳統(tǒng)方法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通過人工或半自動地選定變化閩值來提取變化區(qū)域的，這樣做通常效率不高，可靠性也難以保證，因此急需尋求能夠自動確定變化閩值的方法。變化區(qū)域提取方法在應(yīng)用于光學(xué)影像變化檢測時，利用了差異影像中各類像元服從高斯密度分布這一基本假設(shè)。

　　由于對多時相的單通道SAR影像采用比值對數(shù)拉伸所構(gòu)造的差異影像中的各類像元也近似服從高斯分布，這些方法同樣可以應(yīng)用到了SAR影像變化檢測研究中，其變化檢測也是適用和有效的。

　　4.結(jié)論

　　綜上所述，隨著遙感技術(shù)已經(jīng)越來越廣泛的被應(yīng)用于工程測量和生產(chǎn)建設(shè)的各個領(lǐng)域中，遙感技術(shù)中的各種具體技術(shù)的控制也引起了有關(guān)部門的重視。

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