一種高光譜遙感圖像的分類方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及一種高光譜遙感圖像的分類方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，高光譜數(shù)據(jù)的高光譜維度與有限的訓(xùn)練樣本之間的巨大差異是高光譜遙感 圖像分類問(wèn)題的重要挑戰(zhàn)。由于噪聲的干擾以及"同譜異物"現(xiàn)象（即不同地物的光譜特征 具有較高的相似性）的普遍存在，傳統(tǒng)的基于地物間光譜特征差異的分類方法難以獲得令 人滿意的精度。同時(shí)，特征提取及波段選擇技術(shù)被用于降低高光譜數(shù)據(jù)的光譜維度，減輕了 由于"Hughes現(xiàn)象"（即給定固定數(shù)量的訓(xùn)練樣本，其預(yù)測(cè)能力隨著維度的增加而減?。┮?的高光譜圖像分類精度降低的問(wèn)題。然而，維數(shù)降低的同時(shí)也造成了有效信息的丟失，不可 避免的損失了分類精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種高光譜遙感圖像的分類方法及其系統(tǒng)，旨 在解決現(xiàn)有技術(shù)中分類精度不高的問(wèn)題。
[0004] 本發(fā)明提出一種高光譜遙感圖像的分類方法，所述分類方法包括：
[0005] 生成多個(gè)平行于光譜方向的三維Gabor濾波器；
[0006] 將高光譜遙感圖像與所生成的所述多個(gè)三維Gabor濾波器進(jìn)行卷積運(yùn)算，以得到 三維Gabor相位特征;對(duì)每一個(gè)像素的三維Gabor相位特征進(jìn)行象限位編碼；以及
[0007] 使用編碼的特征通過(guò)正則化的漢明距離對(duì)所述高光譜遙感圖像進(jìn)行分類。
[0008] 優(yōu)選的，所述多個(gè)三維Gabor濾波器的數(shù)量為4個(gè)。
[0009] 優(yōu)選的，所述生成多個(gè)三維Gabor濾波器的步驟具體包括：
[0010] 選擇平行于光譜方向的Gabor濾波器作為候選濾波器；
[0011] 設(shè)置所述候選濾波器的頻率和方向，然后根據(jù)預(yù)設(shè)公式生成多個(gè)三維Gabor濾波 器。
[0012] 優(yōu)選的，所述對(duì)每一個(gè)像素的三維Gabor相位特征進(jìn)行象限位編碼的步驟具體包 括：
[0013] 針對(duì)每一個(gè)像素，根據(jù)三維Gabor相位中實(shí)部所在象限的位置對(duì)實(shí)部進(jìn)行0/1編 碼，如在第一/第四象限，則編碼為1，否則編碼為0;
[0014] 針對(duì)每一個(gè)像素，根據(jù)三維Gabor相位中虛部所在象限的位置對(duì)虛部進(jìn)行0/1編 碼，如在第一 /第二象限，則編碼為1，否則編碼為0。
[0015] 優(yōu)選的，所述使用編碼的特征通過(guò)正則化的漢明距離對(duì)所述高光譜遙感圖像進(jìn)行 分類的步驟具體包括：
[0016] 計(jì)算每一個(gè)測(cè)試樣本t和訓(xùn)練集合A中任意訓(xùn)練樣本s之間的相似度；
[0017]根據(jù)最近鄰準(zhǔn)則，如果測(cè)試樣本t與第p類訓(xùn)練集中的某一個(gè)訓(xùn)練樣本之間的漢明 距離最小，則將該測(cè)試樣本t劃分為第p類，其中，所述測(cè)試樣本t為高光譜遙感圖像。
[0018] 另一方面，本發(fā)明還提供一種高光譜遙感圖像的分類系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
[0019] 生成模塊，用于生成多個(gè)平行于光譜方向的三維Gabor濾波器；
[0020] 編碼模塊，用于將高光譜遙感圖像與所生成的所述多個(gè)三維Gabor濾波器進(jìn)行卷 積運(yùn)算，以得到三維Gabor相位特征，并對(duì)每一個(gè)像素的三維Gabor相位特征進(jìn)行象限位編 碼；以及
[0021]分類模塊，用于使用編碼的特征通過(guò)正則化的漢明距離對(duì)所述高光譜遙感圖像進(jìn) 行分類。
[0022]優(yōu)選的，所述多個(gè)三維Gabor濾波器的數(shù)量為4個(gè)。
[0023]優(yōu)選的，所述生成模塊包括：
[0024] 選擇子模塊，用于選擇平行于光譜方向的Gabor濾波器作為候選濾波器；
[0025] 設(shè)置子模塊，用于設(shè)置所述候選濾波器的頻率和方向，然后根據(jù)預(yù)設(shè)公式生成多 個(gè)三維Gabor濾波器。
[0026] 優(yōu)選的，所述編碼模塊具體針對(duì)每一個(gè)像素，根據(jù)三維Gabor相位中實(shí)部所在象限 的位置進(jìn)行0/1編碼，如在第一/第四象限，則編碼為1，否則編碼為〇;根據(jù)三維Gabor相位中 虛部所在象限的位置進(jìn)行0/1編碼，如在第一/第二象限，則編碼為1，否則編碼為〇。
[0027]優(yōu)選的，所述分類模塊包括：
[0028] 計(jì)算子模塊，用于計(jì)算每一個(gè)測(cè)試樣本t和訓(xùn)練集合A中任意訓(xùn)練樣本s之間的相 似度；
[0029] 歸類子模塊，用于根據(jù)最近鄰準(zhǔn)則，如果測(cè)試樣本t與第p類訓(xùn)練集中的某一個(gè)訓(xùn) 練樣本之間的漢明距離最小，則將該測(cè)試樣本t劃分為第p類，其中，所述測(cè)試樣本t為高光 譜遙感圖像。
[0030]本發(fā)明提供的技術(shù)方案是基于三維Gabor相位特征編碼，在大量的三維Gabor相位 特征中選擇出最具有鑒別能力的特征子集，不僅提升了分類精度，而且降低了算法的時(shí)間 和空間復(fù)雜度。
【附圖說(shuō)明】
[0031 ]圖1為本發(fā)明一實(shí)施方式中高光譜遙感圖像的分類方法流程圖；
[0032]圖2為本發(fā)明一實(shí)施方式中圖1所示的步驟S11的詳細(xì)流程圖；
[0033]圖3為本發(fā)明一實(shí)施方式中三維Gabor特征的頻率域關(guān)系的示意圖；
[0034]圖4為本發(fā)明一實(shí)施方式中針對(duì)每一個(gè)像素的編碼策略示意圖；
[0035]圖5為本發(fā)明一實(shí)施方式中圖1所示的步驟S13的詳細(xì)流程圖；
[0036]圖6為本發(fā)明一實(shí)施方式中圖1所示的具體實(shí)例流程圖；
[0037] 圖7為本發(fā)明一實(shí)施方式中高光譜遙感圖像的分類系統(tǒng)10的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038] 圖8為本發(fā)明一實(shí)施方式中圖7所示的生成模塊11的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039] 圖9為本發(fā)明一實(shí)施方式中圖7所示的分類模塊13的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0041]本發(fā)明【具體實(shí)施方式】提供了一種高光譜遙感圖像的分類方法，所述方法主要包括 如下步驟：
[0042] S11、生成多個(gè)平行于光譜方向的三維Gabor濾波器；
[0043] S12、將高光譜遙感圖像與所生成的所述多個(gè)三維Gabor濾波器進(jìn)行卷積運(yùn)算，以 得到三維Gabor相位特征;然后對(duì)每一個(gè)像素的三維Gabor相位特征進(jìn)行象限位編碼；以及 [0044] S13、使用編碼的特征通過(guò)正則化的漢明距離對(duì)所述高光譜遙感圖像進(jìn)行分類。
[0045] 本發(fā)明提供的一種高光譜遙感圖像的分類方法是基于三維Gabor相位特征編碼， 在大量的三維Gabor相位特征中選擇出最具有鑒別能力的特征子集，不僅提升了分類精度， 而且降低了算法的時(shí)間和空間復(fù)雜度。
[0046] 以下將對(duì)本發(fā)明所提供的一種高光譜遙感圖像的分類方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0047] 請(qǐng)參閱圖1，為本發(fā)明一實(shí)施方式中高光譜遙感圖像的分類方法流程圖。
[0048]在步驟S11中，生成多個(gè)平行于光譜方向的三維Gabor濾波器。
[0049] 在本實(shí)施方式中，所述多個(gè)三維Gabor濾波器的數(shù)量為4個(gè)，當(dāng)然，在其它實(shí)施方式 中，所述多個(gè)三維Gabor濾波器的數(shù)量還可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整，例如多個(gè)三維Gabor 濾波器的數(shù)量可以設(shè)計(jì)為2個(gè)、3個(gè)、5個(gè)、6個(gè)、7個(gè)等等，在此不做限定。
[0050] 在本實(shí)施方式中，生成多個(gè)三維Gabor濾波器的步驟SI 1具體包括SI 11-S112，如 圖2所示。
[0051] 請(qǐng)參閱圖2,為本發(fā)明一實(shí)施方式中圖1所示的步驟S11的詳細(xì)流程圖。
[0052] 在步驟S111中，選擇平行于光譜方向的Gabor濾波器作為候選濾波器。
[0053]在本實(shí)施方式中，高光譜圖像是由傳感器在電磁波譜的可見(jiàn)光、近紅外、中紅外和 熱紅外波段范圍內(nèi)，在不同波段成像獲得的高光譜圖像數(shù)據(jù)。因此，高光譜遙感圖像包含了 豐富的空間、輻射和光譜三重信息，為地表物質(zhì)的精細(xì)分類和識(shí)別提供了可能。
[0054] 在步驟S112中，設(shè)置所述候選濾波器的頻率和方向，然后根據(jù)預(yù)設(shè)公式生成多個(gè) 三維Gabor濾波器。
[0055] 在本實(shí)施方式中，以t表示頻率，丨扒6>>表示方向，則設(shè)置所述候選濾波器的頻率 fj = [0.5，0.25，0· 125,0.0625]，設(shè)置方向爐= ;τ/2，Θ = 31/2,然后根據(jù)預(yù)設(shè)公式
生成4個(gè)三維Gabor濾波 器，用于后續(xù)的三維Gabor特征提??；其中，μ = / sin穸cos氣v = / sin_in沒(méi)，你=/cos爐;f是 濾波器與ω軸的夾角，Θ是濾波器與μ-ν平面的夾角；（x，y，b)分別表示像素的x坐標(biāo)、y坐標(biāo)、 光譜坐標(biāo);σ是高斯包絡(luò)的寬度；由于方向參數(shù)免= ；r/2，() = jt/2，根據(jù)圖3可以看出，頻率f所 指的方向即為光譜方向。
[0056] 在本實(shí)施方式中，由于Gabor濾波器的方向平行于光譜方向，同時(shí)僅選擇了4個(gè)頻 率，最終得至丨」4個(gè)三維Gabor濾波器，用{Ψ i，i = 1，. . .，4}表示。
[0057] 請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1，在步驟S12中，將高光譜遙感圖像與所生成的所述多個(gè)三維Gabor 濾波器進(jìn)行卷積運(yùn)算，以得到三維Gabor相位特征，并對(duì)每一個(gè)像素的三維Gabor相位特征 進(jìn)行象限位編碼。
[0058]在本實(shí)施方式中，將高光譜遙感圖像與所生成的4個(gè)三維Gabor濾波器進(jìn)行卷積運(yùn) 算操作，以R表示所述高光譜遙感圖像，仏表示第i個(gè)三維Gabor特征，則取卷積運(yùn)算表示為： (：?,.(Λ\..ν，》(Κ0Ψ,Χ.ν,..Γ,/));4個(gè)三維Gabor特征表示為：{Gi，i = l,...，4}。
[0059]在本實(shí)施方式中，對(duì)每一個(gè)像素的三維Gabor相位特征進(jìn)行象限位編碼，具體地， 每一個(gè)像素的編碼有實(shí)部編碼和虛部編碼組成，根據(jù)該像素的三維Gabor相位中實(shí)部所在 象限的位置進(jìn)行0/1編碼，如在第一/第四象限，則編碼為1，否則編碼為〇;根據(jù)該像素的三 維Gabor相位中虛部所在象限的位置進(jìn)行0/1編碼，如在第一 /第二象限，則編碼為1，否則編