貴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院　楊　靖

關(guān)于遙感圖像數(shù)據(jù)處理的遺傳優(yōu)化及其組合算法研究

貴州職業(yè)技術(shù)學(xué)院楊靖

遙感圖像數(shù)據(jù)通常被應(yīng)用在測(cè)繪等領(lǐng)域中。為了保證數(shù)據(jù)的有效應(yīng)用，首先需要利用有效的數(shù)據(jù)處理算法對(duì)遙感圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。本文從遙感圖像數(shù)據(jù)的特征入手，對(duì)遙感圖像數(shù)據(jù)處理的遺傳優(yōu)化及其組合算法進(jìn)行研究和分析。

遙感圖像數(shù)據(jù)；處理；遺傳優(yōu)化；組合算法

前言

與其他數(shù)據(jù)相比，遙感圖像數(shù)據(jù)的復(fù)雜性和特殊性特點(diǎn)更加明顯。這種特點(diǎn)為該數(shù)據(jù)的處理帶來了一定難度。遺傳算法這種具有通用性特點(diǎn)的全局優(yōu)化方法與遙感圖像數(shù)據(jù)的處理要求相符，將這種方法應(yīng)用在數(shù)據(jù)處理過程中可以促進(jìn)數(shù)據(jù)利用率的提升。

一、遙感圖像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)

遙感圖像數(shù)據(jù)處理通常是在遙感圖像函數(shù)的基礎(chǔ)上完成的，因此其函數(shù)的特點(diǎn)能夠從一定程度上表示遙感圖像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)。遙感圖像函數(shù)的特點(diǎn)主要包含以下幾種：

（一）遙感圖像函數(shù)值物理意義方面

可以將遙感圖像函數(shù)值看成是一種地物電磁波輻射的度量，從這個(gè)角度來看，可以將該數(shù)值的反映對(duì)象看作是地物的光譜特征，因此，遙感圖像函數(shù)的物理意義具有一定的明確性［1］。

（二）遙感圖像函數(shù)值定義域方面

在實(shí)際的圖像數(shù)據(jù)獲取過程中，不同遙感傳感器所對(duì)應(yīng)的視域是固定的。在這種情況下，每個(gè)遙感傳感器所獲圖像大小同樣具有一定的限定性。因此，所得遙感圖像函數(shù)的有效性建立在固定的遙感圖像范圍中。

二、遺傳算法的特點(diǎn)

遺傳算法的特點(diǎn)主要包含以下幾種：第一，自適應(yīng)性。這種特點(diǎn)是指遺傳算法可以通過遺傳算子和群體策略快速完成相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算。第二，非定向性。這種特點(diǎn)是由該方法中的生殖過程引發(fā)的。

三、遙感圖像數(shù)據(jù)處理的遺傳優(yōu)化及其組合算法

這里主要從以下幾方面入手，對(duì)遙感圖像數(shù)據(jù)處理的遺傳優(yōu)化及其組合算法進(jìn)行研究：

（一）遙感圖像數(shù)據(jù)的遺傳匹配定位

1.遙感圖像數(shù)據(jù)的匹配定位技術(shù)

對(duì)于遙感圖像數(shù)據(jù)而言，其匹配定位技術(shù)的應(yīng)用主要包含以下幾種模式：第一，如果被匹配遙感圖像數(shù)據(jù)之間的分辨率不同，則需要通過預(yù)處理操作的進(jìn)行實(shí)現(xiàn)控制塊對(duì)遙感圖像匹配精度的提升。在這個(gè)過程中，首先需要利用同一地圖投影對(duì)具有不同分辨率特點(diǎn)的遙感圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行變換，應(yīng)用這種操作的目的是保證分辨率不同的遙感圖像可以在相同空間尺度上進(jìn)行疊加。其次，需要通過內(nèi)插細(xì)化從分辨率較低的遙感圖像中獲得相應(yīng)的圖像塊。最后，當(dāng)相關(guān)遙感圖像的分辨率水平發(fā)生提升之后，需要將高分辨率圖像塊與該圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)二者之間控制塊對(duì)遙感圖像匹配精度的提升。第二，如果被匹配遙感圖像數(shù)據(jù)之間的分辨率相同，則可以通過模板匹配技術(shù)對(duì)其進(jìn)行有效匹配［2］。

2.遺傳優(yōu)化的遙感圖像數(shù)據(jù)定位

這種方法的實(shí)現(xiàn)主要包含以下幾個(gè)步驟：第一，生成目標(biāo)模板。目標(biāo)模板的生成方法是，根據(jù)航空影響樣本的實(shí)際特點(diǎn)，選擇適宜的變換方法得到最終的目標(biāo)末班。在這個(gè)過程中，首先需要在遙感圖像樣本中將目標(biāo)區(qū)域樣本的位置圈出來。然后需要對(duì)區(qū)域樣本進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試目的主要是確定該區(qū)域與旋轉(zhuǎn)角度模板以及相應(yīng)尺度之間的實(shí)際適應(yīng)性數(shù)值。當(dāng)測(cè)試結(jié)束后，可以從測(cè)試參數(shù)中得到一個(gè)最優(yōu)匹配解。第二，遙感圖像數(shù)據(jù)的遺傳算法。在遙感圖像數(shù)據(jù)匹配定位中應(yīng)用遺傳算法的優(yōu)勢(shì)主要在于，這種方法可以對(duì)遙感圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)象直接進(jìn)行操作。這種方法的計(jì)算步驟為：生成含有M個(gè)個(gè)體的群體之后，分別將這M個(gè)個(gè)體的具體適應(yīng)度計(jì)算出來。當(dāng)?shù)贸鲇?jì)算結(jié)果之后，需要按照適應(yīng)度度量完成具體個(gè)體的選擇；將兩個(gè)個(gè)體組成雙親，二者的染色體發(fā)生交叉之后可以得到兩個(gè)子染色體，在確定交叉發(fā)生率的基礎(chǔ)上，利用適應(yīng)度較高的子染色體將雙親染色體替換掉。按照某個(gè)固定的變異發(fā)生率對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行變異處理。當(dāng)變異處理結(jié)束后，即中止迭代，對(duì)此時(shí)數(shù)值進(jìn)行求解［3］。

（二）遙感圖像數(shù)據(jù)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分類模型的遺傳學(xué)習(xí)

該部分主要包含以下幾個(gè)步驟：

1.描述貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

在實(shí)際描述過程中，首先需要對(duì)有向圖的行為和屬性進(jìn)行分析。在該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，其變量與結(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系是一一對(duì)應(yīng)的。可以將不同結(jié)點(diǎn)之間的連接弧看成是所對(duì)應(yīng)變量之間的聯(lián)合概率分布。在這種情況下，可以將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)利用兩個(gè)不同的類為基礎(chǔ)表示出來，概率決策表類與有向圖類分別對(duì)應(yīng)著貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的條件概率表和有向無環(huán)圖兩個(gè)組成部分。

2.確定適宜的編碼方案

對(duì)于遙感圖像數(shù)據(jù)而言，能夠?qū)ζ鋺?yīng)用遺傳算法主要受到其中相關(guān)優(yōu)化問題編碼機(jī)制的影響。在確定問題編碼方法的過程中，影響因素主要包含上述過程中使用的實(shí)際遺傳操作以及遺傳算法的應(yīng)用情況。這里將遙感圖像數(shù)據(jù)的編碼方案確定為二進(jìn)制編碼方式，這種編碼方式的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要在于：第一，二進(jìn)制編碼便于進(jìn)行合并算子計(jì)算操作；第二，二進(jìn)制編碼方式有利于初始化的順利進(jìn)行［4］。

3.合理設(shè)計(jì)適應(yīng)度函數(shù)

適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)計(jì)方法包含許多種，這里通過分段函數(shù)的形式對(duì)適應(yīng)度函數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。與傳統(tǒng)的傳入二進(jìn)制串頭指針和以實(shí)際串長(zhǎng)度為參數(shù)的設(shè)計(jì)方式相比，分段函數(shù)設(shè)計(jì)方式的局部性和隨意性特點(diǎn)更加明顯。

4.確定終止規(guī)則

在遙感圖像數(shù)據(jù)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分類模型中，有效的終止規(guī)則主要包含以下幾種：第一，在指定閾值的情況下，群體中滿意解的數(shù)量達(dá)到相應(yīng)的比例范圍；第二，出現(xiàn)一個(gè)最大迭代次數(shù)；第三，無論在哪個(gè)位置上，其位值數(shù)值大小都處于相同狀態(tài)。

5.貝葉斯網(wǎng)路的實(shí)現(xiàn)過程

首先，需要在遺傳算法的自適應(yīng)迭代過程中將初始化模型以及該模型涉及的相關(guān)參數(shù)輸入進(jìn)去。當(dāng)輸入過程結(jié)束之后，需要對(duì)相關(guān)遺傳算子進(jìn)行有效控制，進(jìn)而獲得對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制串集合。在該集合中，對(duì)最優(yōu)二進(jìn)制串進(jìn)行解碼即可獲得所需的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。

（三）遙感圖像數(shù)據(jù)的遺傳多分辨率圖像分類

該方法主要包含以下幾個(gè)步驟：

1.遙感圖像數(shù)據(jù)的預(yù)處理

在該步驟中，首先需要將遙感圖像數(shù)據(jù)的類別均值信息。為了便于后續(xù)處理過程中該數(shù)據(jù)信息的有效使用，可以利用指針將遙感圖像數(shù)據(jù)的類別均值信息合理存放起來。為了保證多光譜遙感圖像數(shù)據(jù)的有效表達(dá)，這里通過具有可擴(kuò)展性特點(diǎn)的四叉樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行表達(dá)。與其他表達(dá)方法相比，這種方法的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為：第一，空間與時(shí)間方面的復(fù)雜程度較低；第二，直觀性較強(qiáng)；第三，便于后續(xù)擴(kuò)展工作的順利進(jìn)行［5］。

2.基于遺傳算法的能量最小化

該部分涉及的問題主要包含以下幾種：第一，適應(yīng)度函數(shù)。適應(yīng)度函數(shù)建立在MRF能量函數(shù)的基礎(chǔ)上。該函數(shù)的計(jì)算結(jié)果是通過對(duì)四叉樹相關(guān)子節(jié)點(diǎn)、懲罰項(xiàng)權(quán)重以及分類結(jié)果圖像字符串等因素得到的。第二，編碼機(jī)制。編碼機(jī)制會(huì)對(duì)遺傳算法的應(yīng)用效果產(chǎn)生相應(yīng)影響。這里通過四叉樹完成遙感圖像數(shù)據(jù)的編碼。這種編碼方式的有效性建立在遙感圖像像素點(diǎn)處于2的整數(shù)次冪范圍，且遙感圖像形狀為方形的情況。在實(shí)際編碼過程中，四叉樹可以從空間的角度入手，通過金字塔形式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完成空間占有相關(guān)數(shù)組的編碼。這種編碼方式的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為其在計(jì)算遙感圖像數(shù)據(jù)區(qū)域的不同特征方面存在一定的便捷性。第三，遺傳算子。就變異算子而言，首先應(yīng)該從原始的遙感圖像數(shù)據(jù)中隨機(jī)抽取一定數(shù)量的像元。假設(shè)遙感圖像周長(zhǎng)是從原始遙感圖像中選擇像元數(shù)目的八倍。在這種情況下，像元對(duì)四叉樹中所包含葉節(jié)點(diǎn)的變異搜索主要通過分辨率水平來實(shí)現(xiàn)［6］。

四、結(jié)論

遙感圖像數(shù)據(jù)的處理難度相對(duì)較高，遺傳算法和其組合算法的應(yīng)用能夠有效保障遙感圖像數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和有效性。與其他算法相比，遺傳算法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為其可以通過簡(jiǎn)單化遺傳算子和群體策略的應(yīng)用快速完成對(duì)數(shù)據(jù)信息的高質(zhì)量處理。

［1］劉正軍.高維遙感數(shù)據(jù)土地覆蓋特征提取與分類研究［D］.中國(guó)科學(xué)院研究生院（遙感應(yīng)用研究所），2003.

［2］李啟青.遙感數(shù)據(jù)處理的遺傳優(yōu)化及其組合算法研究［D］.中國(guó)科學(xué)院研究生院（遙感應(yīng)用研究所），2004.

［3］高恒振.高光譜遙感圖像分類技術(shù)研究［D］.國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2011.

［4］解斐斐.基于無人飛艇低空航測(cè)系統(tǒng)建筑物紋理獲取與處理技術(shù)［D］.武漢大學(xué)，2014.

［5］自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)［J］.中國(guó)無線電電子學(xué)文摘，2011，02：166-241.

［6］劉丹.基于支持向量機(jī)與k-means混合分類模型的多光譜遙感影像分類研究［D］.昆明理工大學(xué)，2013.