亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于K-L變換的多極化SAR圖像檢索研究

        2012-09-28 01:18:50郝亞東李聚方唐紅梅
        測繪通報(bào) 2012年9期
        關(guān)鍵詞:多極化降維波段

        郝亞東,李聚方,唐紅梅

        (黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南開封475003)

        基于K-L變換的多極化SAR圖像檢索研究

        郝亞東,李聚方,唐紅梅

        (黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南開封475003)

        K-L變換是將圖像的多維信息進(jìn)行數(shù)學(xué)正交矩陣變換,從而將原始圖像的多個(gè)指標(biāo)簡化成幾個(gè)少數(shù)綜合指標(biāo)的一種方法。多極化遙感圖像經(jīng)過K-L變換后,保留了原始圖像輻射信息主要成分,從而降低圖像的維數(shù),節(jié)省圖像存儲(chǔ)空間,大大提高圖像檢索和查詢效率。

        多極化;Sar圖像;K-L變換;檢索

        一、引 言

        隨著遙感觀測技術(shù)及SAR成像技術(shù)的發(fā)展,獲取多波段、多極化、多時(shí)段的SAR圖像的能力已大大提高,為地理空間信息的快速有效保障提供了有利的條件。但是由于地球系統(tǒng)的不確定性、復(fù)雜性,如何有效地提取所需的信息,揭示出其變化等規(guī)律,是當(dāng)前急需解決的問題。因此,通過對(duì)不同時(shí)段多通道(多波段或多極化等)SAR圖像之間的變化檢測來獲取地表覆蓋的變化情況,以及如何快速、高效查詢和檢索多極化SAR圖像成為一個(gè)重要的研究課題之一。

        二、多極化SAR圖像

        多極化SAR技術(shù)以地貌、地物作為探測目標(biāo),并通過對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)進(jìn)行無線電探測、定位、測軌和識(shí)別,得到多極化SAR圖像。雷達(dá)成像精度范圍界于1~100 cm之間。雷達(dá)通過主動(dòng)微波傳感器,可全天時(shí)、全天候獲取數(shù)據(jù)。

        電磁波(又稱電磁輻射)是由同相振蕩且互相垂直的電場與磁場在空間中以波的形式移動(dòng),其傳播方向垂直于電場與磁場構(gòu)成的平面。電磁波有疊加、相干、衍射和極化等特性。據(jù)電場疊加原理,兩個(gè)不同振幅、不同相位相互正交的電磁波可以合成任意極化波。

        由式(1)可知,當(dāng)φ1=φ2時(shí)可得到線性極化波;當(dāng)E0x=E0y,|φ1-φ2|=時(shí)得到圓極化波;更一般的情況下則得到的是橢圓極化波。圖2給出了3種形式的極化:(a)為線極化、(b)為圓極化、(c)為橢圓極化。

        圖1 電場、磁場和傳播方向

        圖2 3種形式的極化

        三、基于K-L變換的多極化SAR圖像檢索

        1.多極化SAR圖像特征選擇

        SAR圖像具有多極化特點(diǎn)。多極化SAR圖像不同極化(或波段)之間通常存在著較高的相關(guān)性。直觀上看,不同極化的相關(guān)性,反映出不同極化圖像的相似性。相關(guān)性的不同極化,很大一部分信息是重復(fù)的,為了提高檢索效率,有必要將這些重復(fù)的信息數(shù)據(jù)剔除、合并。而要進(jìn)行信息數(shù)據(jù)剔除、合并,就需要對(duì)信息數(shù)據(jù)特征進(jìn)行選擇。

        信息數(shù)據(jù)特征選擇方法如下:首先選擇輻射特征空間中的一個(gè)子集,這個(gè)子集是通過對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)正交矩陣變化而得到的一個(gè)簡化的輻射特征空間,這個(gè)輻射特征空間包含圖像的主要輻射特征,特征選擇過程如圖3所示。

        圖3 輻射特征選擇

        其中,F(xiàn)(x1,x2,…,x5)是一個(gè)線性或非線性的轉(zhuǎn)換函數(shù)。它將原始的特征空間經(jīng)過轉(zhuǎn)換后轉(zhuǎn)換到一個(gè)新的特征空間,轉(zhuǎn)換后的特征空間就是經(jīng)過了對(duì)特征優(yōu)化選擇后的低維空間。

        2.基于K-L變換多極化SAR圖像特征提取

        (1)K-L變換方法

        K-L變換是一種數(shù)據(jù)壓縮和去相關(guān)技術(shù),K-L變換采用正交線性變換將多個(gè)指標(biāo)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo),通過K-L變換后各主成分之間的相關(guān)系數(shù)為零,也就是說各主成分間的內(nèi)容是不同的,是“垂直”的。

        若圖像的變換為線性變換,用函數(shù)表示

        式中,X為原始圖像的數(shù)據(jù)矩陣;Z是經(jīng)過K-L變換后的數(shù)據(jù)矩陣;K為變換矩陣。假設(shè)K是正交矩陣,正交矩陣K為數(shù)據(jù)矩陣X的協(xié)方差矩陣DLL的特征向量所組成,把由數(shù)據(jù)矩陣X與正交矩陣K相乘得到新矩陣Z的變換稱作主成分變換。變換后的數(shù)據(jù)矩陣的每一行矢量為主成分變換的一個(gè)主分量。以多極化影像為例,主成分變換過程概括如下:

        1)由原始多極化影像的數(shù)據(jù)矩陣X(矩陣中的行向量表示一個(gè)波段的圖像)計(jì)算它的協(xié)方差矩陣DLL

        2)計(jì)算協(xié)方差矩陣DLL的特征值λ,特征向量U,并組成變換矩陣K。

        3)矩陣X經(jīng)過K-L變換后,得到新的矩陣Zi= [zi1zi2… zim]Τ。其中,zi1是第一主要成分,zi2是第二主要成分……zim是第m主要成分。假如把矩陣Z的各行恢復(fù)為二維圖像時(shí),能夠得到m個(gè)主成分圖像。在m個(gè)主成分圖像中,第一主要分量包含了原始圖像絕大部分信息,第二主要分量次之,因而,主成分變換具有維數(shù)降低和數(shù)據(jù)壓縮的作用。K-L變換對(duì)原有圖像特征的信息進(jìn)行了綜合,而不是簡單地取舍,變換后新的低維矢量能很好地代表原有事物的特征。

        (2)K-L變換用于多極化SAR圖像特征

        提取方法

        以上從數(shù)學(xué)的角度分析了K-L變換的性質(zhì)。它消除了各分量之間的相關(guān)性,用它來描述事物時(shí),可以減少描述量的冗余性,做到用最有效的方法描述事物。下面結(jié)合多極化SAR圖像說明如何運(yùn)用K-L變換的這一性質(zhì)來提取多極化SAR圖像特征。

        ①降 維

        對(duì)一幅多極化SAR圖像,如果它由M行與N列像素組成,則原始的特征空間維數(shù)就應(yīng)為M×N。而如果在K-L變換時(shí)只用到20個(gè)基,那么維數(shù)就降至20,由此可見降維的效果是極其明顯的。

        ②構(gòu)造參數(shù)模型

        使用K-L變換不僅可以起到降維的作用,而且每個(gè)描述量都有明確的意義,因而改變某一個(gè)參數(shù)就可讓圖像按所需要的方向變化。在沒有進(jìn)行K-L變換的原數(shù)據(jù)集中對(duì)圖像的描述量是每個(gè)像素的灰度值,而孤立地改變某個(gè)像素的灰度值是沒有意義的。然而在使用K-L變換后,每個(gè)描述量都有其各自的作用。因此通過改變這些參數(shù)的值就可實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的有效描述,這在圖像生成中是很有效的。

        ③多極化SAR圖像識(shí)別

        利用K-L變換進(jìn)行多極化SAR圖像識(shí)別,其原理十分簡單:首先搜集要識(shí)別的多極化SAR圖像,建立多極化SAR圖像庫;然后利用K-L變換確定相應(yīng)的多極化SAR基圖像;再反過來用這些基圖像對(duì)多極化SAR象庫中的多極化SAR圖像進(jìn)行K-L變換,從而得到每幅圖像的參數(shù)向量并將每幅圖的參數(shù)向量存起來。在識(shí)別時(shí),先對(duì)一張所輸入的多極化SAR圖像進(jìn)行必要的規(guī)范化;再進(jìn)行K-L變換分析,得到其參數(shù)向量。將這個(gè)參數(shù)向量與庫中每幅圖的參數(shù)向量進(jìn)行比較,找到最相似的參數(shù)向量,也就等于找到最相似的多極化SAR圖像,從而認(rèn)為所輸入的圖像就是庫內(nèi)多極化SAR圖像,完成了識(shí)別過程。

        多波段、多極化SAR圖像經(jīng)過K-L變換后,圖像的輻射信息得到了新的優(yōu)化組合。原有空間中相關(guān)性較高的信息分量,在新的空間這些信息分量相關(guān)系數(shù)為零。多極化SAR圖像在經(jīng)過K-L變換后輻射信息集中于前幾個(gè)分量上,這樣就在信息損失較小的前提下,以變換后的低維空間代替了原來的高維空間,降低了數(shù)據(jù)空間量。通過對(duì)多極化SAR圖像進(jìn)行多次K-L變換的試驗(yàn),證明經(jīng)過K-L變換后的前3個(gè)主要成分圖像包含了原始信息的90%以上,因而,用前3個(gè)主要成分圖像替代原始的圖像合成三維圖像具有可行性。

        四、基于K-L變換的多極化圖像檢索試驗(yàn)

        為了證實(shí)通過對(duì)多極化SAR圖像進(jìn)行降維,多極化SAR在查詢、檢索方面能提高效率的有效性,筆者對(duì)中原地區(qū)的一組TM圖像進(jìn)行了試驗(yàn)。方法如下:先剔除原始圖像中包含噪聲數(shù)據(jù)的第6個(gè)波段;然后進(jìn)行檢索,其中一幅圖像的6個(gè)原始波段顯示如圖4所示;其次,把原始多極化SAR圖像經(jīng)K-L變換以后的6個(gè)主成分圖像顯示如圖5所示。

        圖4 多極化圖像的原始波段

        以上表明,通過對(duì)多極化SAR圖像進(jìn)行K-L變換后,圖像保留了前3個(gè)主要成分,這3個(gè)主要成分涵蓋了圖像的絕大部分信息,因而可以用經(jīng)過K-L變換后的多極化SAR圖像代替原始圖像用于檢索;通過對(duì)多極化SAR圖像K-L變換降維后,舍棄了其他成分,也避免了圖像的部分噪聲影響。多極化SAR圖像經(jīng)過K-L變換降維后,把保留的主要成分圖像進(jìn)行合成,如圖6所示。

        圖5 多極化圖像經(jīng)K-L變換后的主成分圖像

        圖6 前3個(gè)主成分圖像合成圖像

        最后,采用全局直方圖方法對(duì)原始圖像的6個(gè)波段進(jìn)行檢索,通過選取10幅圖像的檢索結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果如表1所示。采用直方圖方法通過對(duì)通過K-L變換后圖像的前3個(gè)主成分進(jìn)行檢索,10幅圖像的檢索評(píng)價(jià)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果如表2所示。試驗(yàn)結(jié)果表明:將原始多極化SAR圖像進(jìn)行K-L變換之后,降低了標(biāo)準(zhǔn)化平均排序值,改善了檢索的結(jié)果,提高了檢索的查準(zhǔn)率和查全率。

        表1 原始波段直方圖檢索評(píng)價(jià)結(jié)果

        表2 K-L變換后基于直方圖檢索評(píng)價(jià)結(jié)果

        五、結(jié)束語

        多極化SAR圖像斑點(diǎn)噪聲抑制是制約多極化SAR圖像應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵問題,本文采用K-L變換降維處理方法把多極化SAR圖像進(jìn)行降維處理,降維處理后舍棄的其他成分也避免了圖像的部分噪聲影響。降維處理后,前3個(gè)主成分圖像保留了原始圖像中的大部分信息,用前3個(gè)主要成分圖像代替原始多極化圖像,大大節(jié)省了圖像存儲(chǔ)空間,從而大大降低了圖像檢索中的運(yùn)算量,并經(jīng)過對(duì)比試驗(yàn),證明了在多極化SAR圖像檢索方法引入K-L變換后對(duì)提高圖像查全率、查準(zhǔn)率的有效性。

        [1] JAIN A K,VAILAYA A.Image Retrieval Using Color and Shape[J].Patern Recognition,1996,28(8):1233-1244.

        [2] 馮德俊,繆文.蘭燕遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測自動(dòng)發(fā)現(xiàn)方法研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].四川測繪,2007(8):147-151.

        [3] 王向陽,楊紅穎,胡峰麗.基于感興趣區(qū)的小波域彩色圖像檢索新方法.[J]中國圖象圖形學(xué)報(bào),2006,11(2):175-179.

        [4] 孫君頂,趙珊.圖像低層特征提取與檢索技術(shù)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.

        [5] 黃培康,殷紅成,許小劍.雷達(dá)目標(biāo)特征[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.

        [6] 袁金國.遙感圖像數(shù)字處理[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2006.

        [7] 嚴(yán)紅萍,俞兵.主成分分析在遙感圖像處理中的應(yīng)用[J].資源環(huán)境與工程,2006(4):168-170.

        Research on K-L Transform Based Polarimetric SAR Image Retrieval

        HAO Yadong,LI Jufang,TANG Hongmei

        0494-0911(2012)09-0020-03

        P237

        B

        2012-02-21

        郝亞東(1969—),男,河南沈丘人,副教授,主要從事工程測量及遙感圖像處理教學(xué)和研究工作。

        猜你喜歡
        多極化降維波段
        歐盟的多極化認(rèn)知和中歐多邊合作
        春日暖陽
        混動(dòng)成為降維打擊的實(shí)力 東風(fēng)風(fēng)神皓極
        車主之友(2022年4期)2022-08-27 00:57:12
        降維打擊
        海峽姐妹(2019年12期)2020-01-14 03:24:40
        從導(dǎo)演角度談電視文學(xué)的主題構(gòu)建與多極化表達(dá)手法
        從導(dǎo)演角度談電視文學(xué)的主題構(gòu)建與多極化表達(dá)手法
        聲屏世界(2016年10期)2016-12-10 19:18:41
        M87的多波段輻射過程及其能譜擬合
        日常維護(hù)對(duì)L 波段雷達(dá)的重要性
        西藏科技(2015年4期)2015-09-26 12:12:58
        任意空間陣列多極化MIMO信道模型
        遙測遙控(2015年2期)2015-04-23 08:15:17
        拋物化Navier-Stokes方程的降維仿真模型
        亚洲高清在线观看免费视频| 国产98在线 | 日韩| 亚洲黄色电影| 2017天天爽夜夜爽精品视频| 亚洲一区二区综合色精品| 国产精品亚洲专区无码不卡 | 乱伦一区二| 亚洲天堂av大片暖暖| 精品久久免费国产乱色也| 一区二区午夜视频在线观看| 亚洲一区二区三区偷拍厕所| 男人边做边吃奶头视频| 美丽人妻被按摩中出中文字幕| 亚洲AV无码一区二区一二区教师| 伊人久久亚洲精品中文字幕| 日本高清一级二级三级| 成人免费无码大片a毛片软件| av鲁丝一区鲁丝二区| 午夜男女视频一区二区三区| 国产一区二区视频在线免费观看 | 亚洲毛片αv无线播放一区| 精品国产AⅤ一区二区三区4区 | 国产一区二区三区 在线观看| 日本最新免费二区三区| 成年女人永久免费看片| 中文字幕日韩熟女av| 麻豆最新国产av原创| 卡一卡二卡三无人区| 国产福利片无码区在线观看 | 亚洲国产美女精品久久久久| 国产精品嫩草影院午夜| 国产精品av网站在线| 免费a级毛片高清在钱| 丰满人妻被黑人中出849| 国产一级毛片AV不卡尤物| 少妇又紧又色又爽又刺| 色偷偷色噜噜狠狠网站30根| 亚洲国产成人va在线观看天堂| 亚洲va成无码人在线观看| 亚洲国产综合一区二区| 99久久精品无码一区二区毛片|