多時相遙感影像變化檢測技術的研究

張德慧　楊勇　宋凱

摘 要：針對多時相遙感影像的變化檢測技術進行研究，根據圖像的變化推出研究目標的變化信息，完成對研究目標的動態監測，該技術無論在理論上還是在各個領域的應用中都具有重要的研究意義和廣泛的應用前景。文章根據多時相遙感影像變化檢測流程對遙感影像的預處理、遙感影像變化信息的提取和精度評價等關鍵技術展開一些積極的探索和研究，旨在經過創新和改進，在一定程度上克服現有方法存在的困難，提高變化檢測的精度和效率。

關鍵詞：多時相遙感影像；變化檢測；精度評價

遙感是通過遙感器“遙遠”地采集目標對象的數據，并通過對數據的分析來獲取有關地物目標、或地區、或現象的信息的一門科學和技術[1]。隨著衛星技術的發展，通過將各種傳感器搭載至衛星平臺，對地遙感觀測累積了海量的地表對時間變化的數據，如何加快對這些遙感數據的充分處理和利用，促進其轉化為更有價值的知識，為有關部門做出相應的、準確的、快速的決策提供豐富且有益的輔助信息，促使了多時相遙感影像變化檢測技術的產生和發展。

1 多時相遙感影像變化檢測的技術路線

多時相的遙感影像變化檢測技術是指給定同一個地區的多個時相的單波段或多波段遙感圖像，采用圖像處理的方法快速而高效地檢測出該地區的地物是否發生變化，若發生變化則進一步分析變化的特點和原因，從而實現對遙感圖像的分析與理解。

首先選擇同一地區的多時相遙感影像作為數據源，然后通過對遙感影像的輻射校正和圖像配準實現數據的預處理，接著通過變化檢測算法得到變化結果生成圖或生成表實現變化信息的提取，再次通過分析變化檢出率和檢測虛警率對變化檢測結果做出科學的精度分析實現精度評價。

2 關鍵技術分析

2.1 多時相遙感影像的預處理

輻射校正和圖像配準是變化檢測中兩項關鍵的預處理過程，處理精度將直接影響變化檢測的精度。

2.1.1 輻射校正

由于遙感器本身的光電系統特征、太陽高度、地形以及大氣條件使得通過遙感器得到的測量值與目標物的光譜反射率或光譜輻射亮度等物理量是不一致的，也就是說通過變化檢測算法得到的某些多時相遙感圖像的變化并不是由地物本身的變化而引起的，因此，為了正確地評價地物的反射特征以及輻射特征，必須盡量消除這種不一致，消除的過程稱為輻射校正。

2.1.2 圖像配準

對于多時相遙感影像而言，由于時間不同、傳感器不同、視角不同使得同一場景的兩幅或多幅圖像在同一坐標位置對應的地物不一致，因此需要對多時相遙感影像進行圖像配準[2]，旨在使不同時相影像中的相同坐標表示地理環境的同一位置。

影像配準工作一般分為相對配準和絕對配準兩種方案，絕對配準即在同一地理坐標系下對多幅圖像進行幾何糾正，最后重采樣成相同分辨率的圖像，從變化檢測的結果和趨勢來看，絕對配準更為符合應用要求。

2.2 多時相遙感影像變化信息的提取

多時相遙感影像變化信息的提取是通過變化檢測算法有效地從多時相遙感影像的感興趣區域中提取出地物變化的信息，然后對變化信息加以分析和描述，最后得到變化檢測結果的過程[3]。多時相遙感影像的變化檢測算法主要有四個思路。

2.2.1 對不同的數據源進行直接比較

基本思想是先對多時相遙感影像進行逐像素的比較，再對比較得出的差異圖像進行進一步的處理達到分類，最后得到變化檢測結果。該類算法的優勢是能夠減少由于數據獲取平臺和環境的不同引起的偽變化信息，不需要數據的輻射校正等復雜的預處理。

2.2.2 對不同的數據源提取信息后比較

基本思想是先對多時相遙感影像進行分類標記，然后根據相應像素類別的差異來提取發生變化的區域，最后得到變化檢測結果。該類算法的優勢是可以獲取變化的類別信息。

2.2.3 將不同的數據源放入統一的模型中進行變化檢測

基本思想是將變化檢測的方法和過程作為一個整體，采用統一的模型進行整體求解。該類算法的優勢是有效地克服了噪聲和光照影響，簡化了復雜問題。

2.2.4 時間序列影像變化檢測算法

基本思想是通過連續觀測數據，選擇能夠較為靈敏地反映地面變化的環境指數特征，分析地面檢測對象的變化過程與趨勢。該類算法的優勢是能夠檢測瞬時變化，實時檢測和跟蹤變化，可預測未來變化。

2.3 精度評價

精度評價主要對變化的檢出率和檢測的虛警率進行評價[4]。變化的檢出率是對是否發生變化及發生變化的位置是否精確進行分析；檢測的虛警率是對檢測結果中偽變化的概率進行評價。

在各種各樣的遙感影像精度評價的技術中，變化檢測誤差矩陣和Kappa系數評價方法是最成熟最常用的變化檢測精度評價方法，近些年，一些新的方法如模糊邏輯誤差矩陣也被用來對多時相遙感影像變化檢測結果進行分析與評價。

3 結束語

應用多時相遙感影像變化檢測技術找出感興趣區域在變化檢測時間內發生的變化，并對其進行定性和定量的描述，最終得到變化檢測結果，研究成果可以廣泛地應用于土地利用分析、農業、自然災害調查、海洋和軍事等方面，具有重要的研究意義和廣闊的應用前景。文章詳細介紹了多時相遙感影像變化檢測的技術路線和關鍵技術，并在此基礎上對現有的多時相遙感影像變化檢測算法進行了研究，具有重要的實際應用價值。

參考文獻

[1]周啟鳴.多時相遙感影像變化檢測綜述[J].地理信息世界，2011，2：28-33.

[2]鐘家強，王潤生.基于互信息相似性度量的多時相遙感圖像配準[J].宇航學報，2006，27（4）：690-695.

[3]趙英時.遙感應用分析原理與方法[M].北京：科學出版社，2003.

[4]羅旺.遙感圖像的變化檢測與標注方法研究[D].成都：電子科技大學，2012：4-10.endprint