基于光譜特征的遙感圖像檢索方法研究

2012-09-22 10:29:58唐紅梅劉廣社

城市勘測 2012年6期

唐紅梅，劉廣社

(黃河水利職業(yè)技術學院測繪工程系，河南開封 475004)

1 引言

遙感技術是一種測量地物目標的電磁輻射的技術，遙感圖像反映了地物目標電磁輻射特性的能量分布，是地物電磁波譜特性的客觀記錄。遙感圖像的這一特點為基于光譜進行圖像檢索奠定了基礎，在遙感圖像檢索中光譜特征成為應用最為廣泛的視覺特征。本文就基于光譜特征進行遙感圖像的檢索方法進行了研究，采用直方圖對圖像的光譜信息進行統(tǒng)計，計算檢索圖像與目標圖像直方圖之間的距離進行相似性度量，這種方法具有較高的魯棒性。

隨著遙感技術的發(fā)展，涌現(xiàn)出海量的多光譜及高光譜遙感圖像，這些多波段圖像逐漸得到了廣泛的應用，針對這些圖像多波段的特點，本文提出基于K－L變換的方法進行檢索，以期降低圖像維數(shù)，減少圖像存儲空間，提高多波段遙感圖像的檢索效率。

2 圖像光譜特征的描述和相似性度量

2.1 光譜特征的描述

通過實驗比較各種描述方法對檢索結果的影響，本文選取圖像的直方圖描述圖像的光譜特征。灰度圖像的直方圖是表征圖像中亮度值與像元數(shù)關系的分布曲線。灰度圖像直方圖的橫坐標表示圖像的灰度級，縱坐標表示圖像中某個灰度級像元數(shù)目占整個圖像像元數(shù)目的百分比［1］。

直方圖具有以下性質(zhì)［2］:

(1)直方圖描述了圖像中輻射特征的統(tǒng)計分布，反映的是圖像的全局特征。所以基于輻射的檢索采用直方圖的方法順理成章而且簡便易行;

(2)直方圖丟失了圖像的空間信息特征。在空間上毫無相似之處的兩幅圖像可能具有相同的直方圖特征，即圖像與直方圖之間不具有唯一對應性;

圖1 圖像的頻數(shù)直方圖

(3)直方圖具有區(qū)域可加性。一幅圖像各個子區(qū)域的直方圖之和等于這幅圖像的全局直方圖。正是因為直方圖的這種特性，才使本文基于區(qū)域直方圖累加的圖像檢索成為可能。

(4)直方圖具有平移、旋轉(zhuǎn)不變性。直方圖的幾何變換不變性，也是直方圖在圖像的檢索中被廣泛采用的重要原因之一。

2.2 相似性度量

通過實驗，本文選取直方圖相交距計算圖像的距離，進行相似性度量。

直方圖相交距的計算公式為［3］:

式中，hq為檢索圖像的直方圖，ht為目標圖像的直方圖，D為兩幅圖像之間的距離，距離越小，圖像的相似性越大。

2.3 圖像檢索系統(tǒng)性能評價

(1)查準率和查全率

查全率(recall)和查準率(precision)是目前在遙感圖像檢索中應用最為廣泛的一種評價準則［4］。

設Q是一幅查詢圖像，其查準率和查全率的計算公式為:

recall=n/N precision=n/T

其中，N為目標圖像中與檢索圖像Q相似的圖像的數(shù)目，n為一次查詢返回的圖像中相關圖像的數(shù)目;T為檢索系統(tǒng)返回圖像的數(shù)目。

(2)排序評價方法

設一次查詢返回的圖像數(shù)目為N，NR為其中相關圖像的數(shù)目，ρr為相關圖像的排序序號，NA為圖像庫中所有相關圖像的數(shù)目，則評價參數(shù)如下［5］:

此外，Muller還提出了標準化平均排序:

對于最理想的檢索，K3為零。

本文采用查準率和查全率及標準化平均排序方法分別對檢索結果進行評價。

3 常見遙感圖像基于直方圖的檢索

3.1 全色圖像的檢索

實驗數(shù)據(jù)是一組衛(wèi)星全色圖像［6］，每個區(qū)域有3幅不同的影像:一幅分辨率是10 m的pan影像，一幅分辨率是重采樣成20 m的影像，另一幅是將pan影像順時針旋轉(zhuǎn)10°得到的影像，共68個小區(qū)域204幅圖像。選取其中10幅作為檢索圖像，篇幅所限，選取其中一幅圖像的檢索結果顯示如圖2所示。