專利名稱：高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高光譜遙感探測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法及裝置。

背景技術(shù)：
高光譜遙感是二十世紀(jì)末地球觀測(cè)系統(tǒng)中最重要的技術(shù)突破之一，它克服了傳統(tǒng)單波段、多光譜遙感在波段數(shù)、波段范圍、精細(xì)信息表達(dá)等方面的局限性，以較窄的波段區(qū)間、較多的波段數(shù)量提供遙感信息，能夠從光譜空間中對(duì)地物予以細(xì)分和鑒別，在資源遙感、環(huán)境遙感、生態(tài)遙感等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。高光譜遙感技術(shù)能夠借助豐富的地物圖像和光譜信息，反映目標(biāo)地物與背景地物間的細(xì)微差異，從而將目標(biāo)地物與背景地物區(qū)分開來(lái)。利用高光譜遙感技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)用紋理、邊緣等圖像特征難以探測(cè)的地面目標(biāo)，這對(duì)于在圖像上僅覆蓋很少幾個(gè)像元的小目標(biāo)的探測(cè)非常有利。
目前常見的小目標(biāo)探測(cè)方法主要包括RX小目標(biāo)探測(cè)方法、投影尋蹤方法和主成分分解方法等。
其中，RX小目標(biāo)探測(cè)方法為假設(shè)背景光譜信息滿足某種多維分布，構(gòu)造圖像的協(xié)方差矩陣；由主成分分析的方法將多維圖像光譜壓縮到少數(shù)互不相關(guān)的以主成分為基底的空間上；構(gòu)造能夠反映像元光譜特征值大小的檢測(cè)算子，可以從背景光譜中突出目標(biāo)光譜信息；再通過(guò)假設(shè)檢驗(yàn)的方法確定小目標(biāo)是否存在，從而實(shí)現(xiàn)小目標(biāo)的探測(cè)。
投影尋蹤方法為通過(guò)選取代表目標(biāo)與背景光譜區(qū)別的目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)造一個(gè)或一組正交向量作為投影方向；采用優(yōu)化搜索的方法確定使目標(biāo)函數(shù)最大的投影方向，并將光譜數(shù)據(jù)投影至所確定的投影方向；將多維光譜信息壓縮至低維，并突出目標(biāo)信息，從而通過(guò)概率的方法檢測(cè)出小目標(biāo)。
主成分分解方法，主要是通過(guò)將各主成分的得分作為獨(dú)立的圖像進(jìn)行異常值檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)小目標(biāo)的探測(cè)。
綜上所述，現(xiàn)有的小目標(biāo)探測(cè)方法，需要對(duì)維數(shù)較大的待測(cè)區(qū)域的高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分解或求逆等復(fù)雜運(yùn)算，運(yùn)算量較大，運(yùn)行速度較慢，從而導(dǎo)致探測(cè)效率較低。


發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法及裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的小目標(biāo)探測(cè)方法探測(cè)效率較低的問(wèn)題。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明提供了一種高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法，包括 獲取待測(cè)圖像像元中三維高光譜數(shù)據(jù)的像元光譜二維矩陣； 將所述像元光譜二維矩陣中的每個(gè)像元光譜與所述待測(cè)圖像像元的平均光譜進(jìn)行角匹配，得到每個(gè)像元的光譜角匹配值； 根據(jù)所述光譜角匹配值，獲取與所述每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的馬氏距離； 將所述每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的馬氏距離與預(yù)定閾值進(jìn)行比較，并確定馬氏距離大于預(yù)定閾值的像元點(diǎn)為小目標(biāo)點(diǎn)。
所述獲取待測(cè)圖像像元中三維高光譜數(shù)據(jù)的像元光譜二維矩陣，具體包括 將所述待測(cè)圖像像元中的三維高光譜數(shù)據(jù)表示為高光譜反射率的像元光譜二維矩陣 Rm×n＝[p1，p2...py×i+j...px×y]，0＜i≤x，0＜j≤y， 或Rm×n＝[p1，p2...pi+x×j...px×y]，0＜i ≤x，0＜j≤y， 其中，Rm×n表示像元光譜二維矩陣，[p1，p2...py×i+j...px×y]和[p1，p2...pi+x×j...px×y]表示待測(cè)圖像的像元光譜矢量，m表示波段數(shù)，n表示待測(cè)圖像像元的總數(shù)，x表示待測(cè)圖像像元的行數(shù)，y表示待測(cè)圖像像元的列數(shù)，n＝x×y。
所述獲取待測(cè)圖像像元中三維高光譜數(shù)據(jù)的二維矩陣之后，該方法還包括對(duì)所述待測(cè)圖像的像元光譜二維矩陣進(jìn)行校正光譜誤差的預(yù)處理，得到校正后的像元光譜二維矩陣。
所述預(yù)處理為連續(xù)統(tǒng)去除處理、標(biāo)準(zhǔn)正交變換處理和附加散射校正處理中的至少一種。
所述將像元光譜二維矩陣中的每個(gè)像元光譜與待測(cè)圖像像元的平均光譜進(jìn)行角匹配，得到每個(gè)像元的光譜角匹配值，具體包括 根據(jù)所述像元光譜二維矩陣得到所述待測(cè)圖像像元的平均光譜其中，ph表示所述待測(cè)圖像中第h個(gè)像元的光譜矢量； 將所述每個(gè)像元光譜與得到的平均光譜進(jìn)行光譜角匹配，按如下公式計(jì)算如下 其中，αh表示待測(cè)圖像中第h個(gè)像元的光譜角匹配值，ph表示待測(cè)圖像中第h個(gè)像元的光譜矢量，p表示平均光譜矢量，pk表示平均光譜矢量在第k個(gè)波段的反射率值，phk表示待測(cè)圖像中的第h個(gè)像元在第k個(gè)波段處的反射率值。
所述根據(jù)光譜角匹配值，獲取與每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的馬氏距離為 其中，MDh表示待測(cè)圖像中第h個(gè)像元的馬氏距離，αh表示待測(cè)圖像中第h個(gè)像元的光譜角匹配值，n表示待測(cè)圖像像元總數(shù)，α表示所有像元光譜角匹配值的平均值，M-1為馬氏距離矩陣M的逆矩陣，C表示由待測(cè)圖像像元中的各個(gè)αh組成的光譜角匹配向量。
所述預(yù)定閾值是采用如下方式確定的 其中，Δ表示預(yù)定閾值，u表示待測(cè)圖像中每個(gè)像元的馬氏距離的平均值，Max為待測(cè)圖像中每個(gè)像元的馬氏距離MDh中的最大值。
本發(fā)明還提供了一種高光譜小目標(biāo)探測(cè)裝置，包括二維矩陣獲取單元、角匹配單元、馬氏距離獲取單元和小目標(biāo)點(diǎn)確定單元；其中， 所述二維矩陣獲取單元，用于獲取待測(cè)圖像像元中三維高光譜數(shù)據(jù)的像元光譜二維矩陣； 所述角匹配單元，用于將所述像元光譜二維矩陣中的每個(gè)像元光譜與所述待測(cè)圖像像元的平均光譜進(jìn)行角匹配，得到每個(gè)像元的光譜角匹配值； 所述馬氏距離獲取單元，用于根據(jù)所述光譜角匹配值，獲取與所述每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的馬氏距離； 所述小目標(biāo)點(diǎn)確定單元，用于將所述每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的馬氏距離與預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，并確定馬氏距離大于預(yù)定閾值的像元點(diǎn)為小目標(biāo)點(diǎn)。
所述裝置還包括預(yù)處理單元，連接所述二維矩陣獲取單元和角匹配單元，用于對(duì)所述二維矩陣獲取單元得到的像元光譜二維矩陣進(jìn)行校正光譜誤差的預(yù)處理，得到處理后的像元光譜二維矩陣提供給所述角匹配單元。
本發(fā)明所提供的高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法及裝置，從光譜維角度進(jìn)行光譜奇異點(diǎn)的檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)異常目標(biāo)的探測(cè)，無(wú)需任何先驗(yàn)信息；本發(fā)明在檢測(cè)過(guò)程中，采用光譜角匹配的方法將多維的光譜數(shù)據(jù)壓縮至一維，并突出奇異值目標(biāo)信息，因此運(yùn)算量小，運(yùn)算速度快；本發(fā)明在馬氏距離奇異值檢測(cè)過(guò)程中采用適應(yīng)閾值的方法，可以在像元光譜統(tǒng)計(jì)模型未知的基礎(chǔ)上進(jìn)行小目標(biāo)探測(cè)，適用范圍更加廣泛，探測(cè)的準(zhǔn)確率更高；此外，本發(fā)明是針對(duì)光譜維進(jìn)行的操作，可以采集一個(gè)像元點(diǎn)的光譜后即進(jìn)行運(yùn)算，無(wú)需等待整個(gè)區(qū)域的目標(biāo)光譜都采集完成，從而更好的滿足了目標(biāo)探測(cè)在實(shí)時(shí)性上的要求。



圖1為本發(fā)明一種高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法的流程圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例的原始高光譜圖像的示意圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例的待測(cè)圖像的示意圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例的原始光譜未經(jīng)預(yù)處理的光譜圖； 圖5為本發(fā)明實(shí)施例的原始光譜經(jīng)連續(xù)統(tǒng)去除和正交變換處理后的光譜圖； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的待測(cè)圖像的像元平均光譜示意圖； 圖7為本發(fā)明實(shí)施例的待測(cè)圖像中每個(gè)像元的角匹配值示意圖； 圖8為本發(fā)明實(shí)施例的待測(cè)圖像中每個(gè)像元的馬氏距離示意圖； 圖9為本發(fā)明實(shí)施例的探測(cè)結(jié)果示意圖； 圖10為本發(fā)明一種高光譜小目標(biāo)探測(cè)裝置的組成結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)闡述。
本發(fā)明所提供的高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法的流程圖，如圖1所示，主要包括以下步驟 步驟101，獲取待測(cè)圖像像元中三維高光譜數(shù)據(jù)的像元光譜二維矩陣。
將獲取的待測(cè)圖像像元的三維高光譜數(shù)據(jù)表示為高光譜反射率的像元光譜二維矩陣，如下 Rm×n＝[p1，p2...py×i+j...px×y]，0＜i≤x，0＜j≤y(1) 或Rm×n＝[p1，p2...pi+x×j...px×y]，0＜i≤x，0＜j≤y(2) 其中，(1)式為待測(cè)圖像像元按行展開的表示形式，(2)式為待測(cè)圖像像元按列展開的表示形式，Rm×n表示像元光譜二維矩陣，x表示待測(cè)圖像像元行數(shù)，y表示待測(cè)圖像像元列數(shù)，m表示波段數(shù)，n表示待測(cè)圖像像元總數(shù)，n＝x×y。[p1，p2...py×i+j...px×y]和[p1，p2...pi+x×j...px×y]表示待測(cè)圖像的像元光譜矢量，在按行展開的Rm×n中，py×i+j表示待測(cè)圖像中第i行第j列對(duì)應(yīng)像元的光譜矢量；同理，在按列展開的Rm×n中，pi+x×j則表示待測(cè)圖像中第i行第j列對(duì)應(yīng)像元的光譜矢量。每個(gè)像元的光譜矢量包括該像元在各個(gè)波段處的反射率值，例如假設(shè)第h個(gè)像元的光譜矢量為ph，則ph＝[ph1，ph2...phk...phm]T，[ph1，ph2...phk...phm]T代表[ph1，ph2...phk...phm]的轉(zhuǎn)置矩陣，其中phk表示第h個(gè)像元在第k個(gè)波段處的反射率值。由于成像光譜儀獲取的是圖像像元點(diǎn)在每個(gè)波段處的反射率值，因此該反射率值為已知量。
步驟102，對(duì)待測(cè)圖像的像元光譜二維矩陣進(jìn)行校正光譜誤差的預(yù)處理，得到處理后的像元光譜二維矩陣。
對(duì)二維矩陣進(jìn)行預(yù)處理的目的是校正因大氣散射等引起的光譜誤差，預(yù)處理的方法可以為連續(xù)統(tǒng)去除處理、標(biāo)準(zhǔn)正交變換處理和附加散射校正處理中的至少一種。
其中，連續(xù)統(tǒng)去除處理具體包括在光譜吸收中心兩側(cè)確定兩個(gè)相對(duì)峰值點(diǎn)作為端點(diǎn)，連接兩個(gè)端點(diǎn)就構(gòu)成一條包絡(luò)在反射率曲線上方的直線，這條直線即為連續(xù)統(tǒng)。連續(xù)統(tǒng)去除后的相對(duì)反射率就是用實(shí)際光譜反射率除以連續(xù)統(tǒng)上相應(yīng)波長(zhǎng)處的反射率。經(jīng)過(guò)連續(xù)統(tǒng)去除后，端點(diǎn)處的反射率均為1，而端點(diǎn)之間的反射率均小于1。
標(biāo)準(zhǔn)正交變換處理的公式如下 其中，phk，SNV表示經(jīng)過(guò)正交變換處理后待測(cè)圖像中第h個(gè)像元在第k個(gè)波段的反射率值，ph表示待測(cè)圖像中第h個(gè)像元在各個(gè)波段處反射率的平均值，m表示波段數(shù)，m-1表示自由度。
附加散射校正處理的過(guò)程包括 首先，計(jì)算平均光譜矢量 然后，對(duì)每一個(gè)像元光譜進(jìn)行線性回歸 ph＝mhp+bh(5) 再進(jìn)行附加散射校正 上述(4)到(6)式中，p表示平均光譜矢量，

表示對(duì)所有像元光譜矢量的求和，ph表示待測(cè)圖像中第h個(gè)像元的光譜矢量，mh、bh分別表示第h個(gè)像元光譜矢量ph與所有像元平均光譜矢量的線性回歸的斜率與截距，ph(MSC)表示經(jīng)過(guò)附加散射校正后的像元光譜矢量。
在進(jìn)行預(yù)處理之后，可以得到校正光譜誤差之后較精確的光譜信息。需要指出的是，本發(fā)明的預(yù)處理方法并不僅僅局限于上述三種處理方法，其他任何能校正因大氣散射引等起的光譜誤差的處理方法也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍；并且本發(fā)明實(shí)施例中進(jìn)行預(yù)處理的操作可以選擇上述三種處理方法中的其中一種執(zhí)行操作，也可選擇多種依次執(zhí)行操作。步驟102為本發(fā)明的高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法中的可選操作，通過(guò)步驟102的預(yù)處理，可以使得高光譜小目標(biāo)探測(cè)的結(jié)果更加準(zhǔn)確。
步驟103，將處理后的像元光譜二維矩陣中的每個(gè)像元光譜與待測(cè)圖像像元的平均光譜進(jìn)行角匹配，得到每個(gè)像元的光譜角匹配值。
計(jì)算每個(gè)像元的光譜角匹配值的公式為 其中，αh表示待測(cè)圖像中第h個(gè)像元的光譜角匹配值，ph表示待測(cè)圖像中第h個(gè)像元的光譜矢量，p表示平均光譜矢量，pk表示平均光譜矢量在第k個(gè)波段的反射率值，phk表示待測(cè)圖像中的第h個(gè)像元在第k個(gè)波段處的反射率值。所謂光譜角匹配值是指待測(cè)像元光譜與平均光譜之間的夾角，待測(cè)圖像中的每個(gè)像元對(duì)應(yīng)著一個(gè)光譜角匹配值，該角匹配值反映了每個(gè)像元偏離整個(gè)待測(cè)圖像的水平。公式(7)中的p實(shí)際上是作為一種參考光譜矢量，實(shí)現(xiàn)角匹配，而在實(shí)際應(yīng)用中也可以采用其他的參考光譜矢量來(lái)代替公式(7)中的p進(jìn)行角匹配，例如在待測(cè)圖像為草地占主導(dǎo)的情況下，可以選擇草的光譜矢量為參考光譜矢量，代替p實(shí)現(xiàn)上述公式(7)的運(yùn)算。
步驟104，根據(jù)光譜角匹配值，獲取與每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的馬氏距離。
首先，根據(jù)得到的待測(cè)圖像中每個(gè)像元的光譜角匹配值αh，計(jì)算每個(gè)像元光譜角匹配值的馬氏距離，馬氏距離的計(jì)算公式為 其中，MDh表示待測(cè)圖像中第h個(gè)像元的馬氏距離，n表示待測(cè)圖像像元總數(shù)，α表示所有像元光譜角匹配值的平均值，M-1為馬氏距離矩陣M的逆矩陣，M可以由下式計(jì)算得到， 其中，C為由待測(cè)圖像像元中的各個(gè)αh組成的光譜角匹配向量。
步驟105，將每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的馬氏距離與預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，并確定馬氏距離大于預(yù)定閾值的像元點(diǎn)為小目標(biāo)點(diǎn)。
預(yù)定閾值Δ可通過(guò)下式確定 其中，u為待測(cè)圖像中每個(gè)像元的馬氏距離的平均值，Max為待測(cè)圖像中每個(gè)像元的馬氏距離MDh中的最大值，也即確定馬氏距離MDh大于Δ的像元點(diǎn)為小目標(biāo)點(diǎn)。
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述本發(fā)明的高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法進(jìn)一步詳細(xì)闡述。本實(shí)例所用的高光譜遙感數(shù)據(jù)來(lái)源于機(jī)載成像光譜儀，機(jī)載成像光譜儀為采用推掃成像方式的成像光譜儀。本實(shí)施例中使用的高光譜圖像如圖2所示，大小為614×512像元，每個(gè)像元光譜包括224個(gè)波長(zhǎng)，波長(zhǎng)范圍從369.85納米到2506.81納米，波長(zhǎng)間隔為10納米。具體探測(cè)過(guò)程如下 A、取圖2中所示白色方框內(nèi)43×43像元的圖像為本實(shí)施例的待測(cè)圖像，圖3則為該待測(cè)圖像的示意圖，待測(cè)圖像像元總數(shù)n＝43×43＝1849。由于壞波段的存在，只采用光譜質(zhì)量較好的507.74～1324.03nm波段作為探測(cè)波段。其中，可以看到白色方框中間的灰度值較大的像元為目標(biāo)像元。
B、對(duì)待測(cè)圖像的各像元光譜進(jìn)行連續(xù)統(tǒng)去除和標(biāo)準(zhǔn)正交變換處理，處理前的原始光譜如圖4所示，處理后的光譜如圖5所示。圖4和圖5中的橫坐標(biāo)表示波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)表示反射率。
C、將待測(cè)圖像中每個(gè)像元的光譜與待測(cè)圖像像元的平均光譜進(jìn)行光譜角匹配，得到待測(cè)圖像中每個(gè)像元的光譜角匹配值。待測(cè)圖像像元的平均光譜如圖6所示，圖6中的橫坐標(biāo)表示波長(zhǎng)，縱坐標(biāo)表示反射率。得到的每個(gè)像元的光譜角匹配值如圖7所示，圖7中的橫坐標(biāo)表示像元數(shù)，縱坐標(biāo)表示光譜角匹配值。
D、根據(jù)每個(gè)像元的光譜角匹配值，計(jì)算與每個(gè)像元相對(duì)應(yīng)的馬氏距離，如圖8所示，圖8為本發(fā)明實(shí)施例的待測(cè)圖像中每個(gè)像元的馬氏距離示意圖，圖中的橫坐標(biāo)表示像元數(shù)，縱坐標(biāo)表示馬氏距離值。
E、對(duì)每個(gè)像元光譜所對(duì)應(yīng)的馬氏距離進(jìn)行奇異值檢測(cè)，將各像元光譜所對(duì)應(yīng)的馬氏距離值與預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，并確定馬氏距離值大于預(yù)定閾值的像元為目標(biāo)像元，從圖9所示的探測(cè)結(jié)果示意圖中可以看出待測(cè)圖像中心的目標(biāo)像元點(diǎn)被準(zhǔn)確的檢測(cè)出來(lái)，探測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況相符。
為實(shí)現(xiàn)上述本發(fā)明的高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法，本發(fā)明還提供了一種高光譜小目標(biāo)探測(cè)裝置，如圖10所示，該裝置包括二維矩陣獲取單元10、預(yù)處理單元20、角匹配單元30、馬氏距離獲取單元40和小目標(biāo)點(diǎn)確定單元50。二維矩陣獲取單元10，用于獲取待測(cè)圖像像元中三維高光譜數(shù)據(jù)的像元光譜二維矩陣。預(yù)處理單元20，連接二維矩陣獲取單元10，用于對(duì)二維矩陣獲取單元10得到的像元光譜二維矩陣進(jìn)行校正光譜誤差的預(yù)處理，得到處理后的像元光譜二維矩陣提供給角匹配單元30。預(yù)處理的方法可以為連續(xù)統(tǒng)去除處理、標(biāo)準(zhǔn)正交變換處理和附加散射校正處理中的至少一種，預(yù)處理的目的是校正因大氣散射引起的光譜誤差。角匹配單元30，連接預(yù)處理單元20，用于將經(jīng)過(guò)預(yù)處理的像元光譜二維矩陣中的每個(gè)像元光譜與待測(cè)圖像像元的平均光譜進(jìn)行角匹配，得到每個(gè)像元的光譜角匹配值。馬氏距離獲取單元40，連接角匹配單元30，用于根據(jù)光譜角匹配值，獲取與每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的馬氏距離。小目標(biāo)點(diǎn)確定單元50，連接馬氏距離獲取單元40，用于將每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的馬氏距離與預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，并確定馬氏距離大于預(yù)定閾值的像元點(diǎn)為小目標(biāo)點(diǎn)。
綜上所述，本發(fā)明所提供的高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法及裝置，從光譜維角度進(jìn)行光譜奇異點(diǎn)的檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)異常目標(biāo)的探測(cè)，無(wú)需任何先驗(yàn)信息；本發(fā)明在檢測(cè)過(guò)程中，采用光譜角匹配的方法將多維的光譜數(shù)據(jù)壓縮至一維，并突出奇異值目標(biāo)信息，因此運(yùn)算量小，運(yùn)算速度快；本發(fā)明在馬氏距離奇異值檢測(cè)過(guò)程中采用適應(yīng)閾值的方法，可以在像元光譜統(tǒng)計(jì)模型未知的基礎(chǔ)上進(jìn)行小目標(biāo)探測(cè)，適用范圍更加廣泛，探測(cè)的準(zhǔn)確率更高；此外，本發(fā)明是針對(duì)光譜維進(jìn)行的操作，可以采集一個(gè)像元點(diǎn)的光譜后即進(jìn)行運(yùn)算，無(wú)需等待整個(gè)區(qū)域的目標(biāo)光譜都采集完成，從而更好的滿足了目標(biāo)探測(cè)在實(shí)時(shí)性上的要求。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法，其特征在于，包括
獲取待測(cè)圖像像元中三維高光譜數(shù)據(jù)的像元光譜二維矩陣；
將所述像元光譜二維矩陣中的每個(gè)像元光譜與所述待測(cè)圖像像元的平均光譜進(jìn)行角匹配，得到每個(gè)像元的光譜角匹配值；
根據(jù)所述光譜角匹配值，獲取與所述每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的馬氏距離；
將所述每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的馬氏距離與預(yù)定閾值進(jìn)行比較，并確定馬氏距離大于預(yù)定閾值的像元點(diǎn)為小目標(biāo)點(diǎn)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法，其特征在于，所述獲取待測(cè)圖像像元中三維高光譜數(shù)據(jù)的像元光譜二維矩陣，具體包括
將所述待測(cè)圖像像元中的三維高光譜數(shù)據(jù)表示為高光譜反射率的像元光譜二維矩陣
Rm×n＝[p1，p2...py×i+j...px×y]，0＜i≤x，0＜j≤y，
或Rm×n＝[p1，p2...pi+x×j...px×y]，0＜i≤x，0＜j≤y，
其中，Rm×n表示像元光譜二維矩陣，[p1，p2...py×i+j...px×y]和[p1，p2...pi+x×j...px×y]表示待測(cè)圖像的像元光譜矢量，m表示波段數(shù)，n表示待測(cè)圖像像元的總數(shù)，x表示待測(cè)圖像像元的行數(shù)，y表示待測(cè)圖像像元的列數(shù)，n＝x×y。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法，其特征在于，所述獲取待測(cè)圖像像元中三維高光譜數(shù)據(jù)的二維矩陣之后，該方法還包括對(duì)所述待測(cè)圖像的像元光譜二維矩陣進(jìn)行校正光譜誤差的預(yù)處理，得到校正后的像元光譜二維矩陣。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法，其特征在于，所述預(yù)處理為連續(xù)統(tǒng)去除處理、標(biāo)準(zhǔn)正交變換處理和附加散射校正處理中的至少一種。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法，其特征在于，所述將像元光譜二維矩陣中的每個(gè)像元光譜與待測(cè)圖像像元的平均光譜進(jìn)行角匹配，得到每個(gè)像元的光譜角匹配值，具體包括
根據(jù)所述像元光譜二維矩陣得到所述待測(cè)圖像像元的平均光譜其中，ph表示所述待測(cè)圖像中第h個(gè)像元的光譜矢量；
將所述每個(gè)像元光譜與得到的平均光譜進(jìn)行光譜角匹配，按如下公式計(jì)算如下
其中，αh表示待測(cè)圖像中第h個(gè)像元的光譜角匹配值，ph表示待測(cè)圖像中第h個(gè)像元的光譜矢量，p表示平均光譜矢量，pk表示平均光譜矢量在第k個(gè)波段的反射率值，phk表示待測(cè)圖像中的第h個(gè)像元在第k個(gè)波段處的反射率值。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法，其特征在于，所述根據(jù)光譜角匹配值，獲取與每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的馬氏距離為
其中，MDh表示待測(cè)圖像中第h個(gè)像元的馬氏距離，αh表示待測(cè)圖像中第h個(gè)像元的光譜角匹配值，n表示待測(cè)圖像像元總數(shù)，α表示所有像元光譜角匹配值的平均值，M-1為馬氏距離矩陣M的逆矩陣，C表示由待測(cè)圖像像元中的各個(gè)αh組成的光譜角匹配向量。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法，其特征在于，所述預(yù)定閾值是采用如下方式確定的
其中，Δ表示預(yù)定閾值，u表示待測(cè)圖像中每個(gè)像元的馬氏距離的平均值，Max為待測(cè)圖像中每個(gè)像元的馬氏距離MDh中的最大值。
8、一種高光譜小目標(biāo)探測(cè)裝置，其特征在于，包括二維矩陣獲取單元、角匹配單元、馬氏距離獲取單元和小目標(biāo)點(diǎn)確定單元；其中，
所述二維矩陣獲取單元，用于獲取待測(cè)圖像像元中三維高光譜數(shù)據(jù)的像元光譜二維矩陣；
所述角匹配單元，用于將所述像元光譜二維矩陣中的每個(gè)像元光譜與所述待測(cè)圖像像元的平均光譜進(jìn)行角匹配，得到每個(gè)像元的光譜角匹配值；
所述馬氏距離獲取單元，用于根據(jù)所述光譜角匹配值，獲取與所述每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的馬氏距離；
所述小目標(biāo)點(diǎn)確定單元，用于將所述每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的馬氏距離與預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，并確定馬氏距離大于預(yù)定閾值的像元點(diǎn)為小目標(biāo)點(diǎn)。
9、根據(jù)權(quán)利要求8所述高光譜小目標(biāo)探測(cè)裝置，其特征在于，所述裝置還包括預(yù)處理單元，連接所述二維矩陣獲取單元和角匹配單元，用于對(duì)所述二維矩陣獲取單元得到的像元光譜二維矩陣進(jìn)行校正光譜誤差的預(yù)處理，得到處理后的像元光譜二維矩陣提供給所述角匹配單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法，包括獲取待測(cè)圖像像元中三維高光譜數(shù)據(jù)的像元光譜二維矩陣；將像元光譜二維矩陣中的每個(gè)像元光譜與待測(cè)圖像像元的平均光譜進(jìn)行角匹配，得到每個(gè)像元的光譜角匹配值；根據(jù)光譜角匹配值，獲取與每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的馬氏距離；將每個(gè)像元對(duì)應(yīng)的馬氏距離與預(yù)定的閾值進(jìn)行比較，并確定馬氏距離大于預(yù)定閾值的像元點(diǎn)為小目標(biāo)點(diǎn)。本發(fā)明還提供了一種高光譜小目標(biāo)探測(cè)裝置，采用本發(fā)明的高光譜小目標(biāo)探測(cè)方法及裝置，無(wú)需任何先驗(yàn)信息，具有較高的目標(biāo)探測(cè)準(zhǔn)確度和較快的運(yùn)算速度，目標(biāo)探測(cè)的效率較高。
文檔編號(hào)G01J3/28GK101266296SQ200810105320
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月28日
發(fā)明者李慶波, 張廣軍, 響 李 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)