遥感影像变化检测方法研究

论文总字数：31425字

摘 要

遥感变化检测即利用不同时项的两期影像，对地表地物类型、分布变化信息进行定量和定性提取的过程。一般流程为：图像预处理、变化信息发现、变化信息的提取。按照处理的对象不同可以分为基于像元的变化检测和基于对象的变化检测。基于像元的变化检测又可以根据对像元的处理不同分为基于算数的变化检测和分类后变化检测。由于没有一种方法是适用于所有的图像，因此对现有的变化检测方法研究其优缺点和适用条件，对于更好的提取变化信息，提高变化检测精度具有很大的意义。本文的研究重点即为：

(1) 利用图像差值法、主成分分析法、差值主成分法、最大似然分类后的变化检测、决策树分类后的变化检测、面向对象的变化检测共六种不同的变化检测方法对高分辨率的航拍数据和中低分辨率的Landsat8数据进行变化检测，根据变化检测的结果，目视解译和精度指标相结合，分析不同方法的适用条件和局限性。

(2) 利用Matlab编程，根据差异影像，实现变化阈值的自动确定

通过实验研究发现，传统的基于像元的变化检测手段变化检测结果都存在小图斑，不能满足高分辨率遥感影像对于变化检测精度的要求，面向对象的变化检测以对象为处理单位，能够在利用地物的光谱特征的同时兼顾地物的空间特征和形状特征，可以达到更高的分辨精度。而对于中低分辨率的遥感影像来说，由于不能获取较好的分割后影像，得到的对象也是由若干个像元点组成的小面积图图形，且常存在不能很好的描述地物特征，边缘分割不明确，不同地物被误分为同一个对象的问题，面向对象变化检测方法与传统的基于像元的变化检测方法针对于中低分辨率的遥感影像并没有显示出太大的优势。

关键字：变化检测 分类 面向对象 阈值确定

Abstract

Change detection is using two images which were obtained at different time to extract the change information about the surface feature’ types and distribution. General process includes image preprocessing, change information discovery, and the extraction of change information. According to the difference of processing objects change detection can be divided into different types: one is based on pixels, and the other is on object. Because there is no one kind of method is applicable to all images, so study the existing change detection method for comparing their advantages and disadvantages , suitable conditions for better change information extraction and enhancing change detection accuracy has great significance.

In this paper, I will discuss six kinds of change detection methods accuracy with using the high-resolution aerial data and lower resolution Landsat8 data. On the basis of the result of the change detection and precision index, I will analysis of the applicable conditions and limitations of different methods. Besides, for obtain better results ,I will use MATLAB realize Change the threshold automatically determining.

Key word: change detection; classification ;object-oriented; threshold determining

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及研究意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 选择影像数据 2

1.2.2 影像预处理 2

1.2.3 获取差异影像 3

1.2.4 提取变化信息 4

1.2.5 变化结果分析和输出 4

1.3 主要研究内容和论文结构 4

1.4 技术路线 7

1.5 小结 8

第二章 变化检测图像预处理 9

2.1 概述 9

2.2 影像配准 9

2.3 相对辐射校正 12

2.3.1航拍数据 12

2.3.2Landsat8 数据 15

2.4 小结 16

第三章 基于像素的直接比较法变化检测 17

3.1基于像素的直接比较法变化检测原理 17

3.2 阈值判断 17

3.3 实验验证与结果分析 18

3.3.1 航拍数据 18

3.3.2 Landsat8数据 22

3.4 小结 24

第四章 分类后变化检测 26

4.1 最大似然分类的和决策树分类的基本原理与过程 26

4.1.1 最大似然分类 26

4.1.2 决策树分类 26

4.2 分类后处理与精度评定 27

4.2.1 分类后处理 27

4.2.2 分类精度评定 28

4.2.3 变化信息提取 29

4.3实验验证与结果分析 29

4.3.1航拍数据 29

4.3.2 Landsat 8 数据 37

4.4 小结 47

第五章 面向对象变化检测 48

5.1 面向对象变化检测的原理和过程 48

5.2 实验验证与结果分析 49

5.2.1 高分辨率数据 49

5.2.2 Landsat8数据 52

5.3 小结 53

第六章 总结与展望 55

6.1 总结 55

6.2展望 57

致谢 59

参考文献 59

第一章 绪论

遥感，不需要直接接触被测物体，通过探测被测物体发出的辐射信息，并对信息进行分析处理，从而识别被测物体。遥感探测范围大，是目前为止唯一能够提供大面积范围的动态观测数据的技术手段，可以提供地物感知和监测的多时相图像数据，及时全面的提供地物地表特征信息。自20世纪80年代以来，随着遥感技术的发展，遥感技术在理论上、技术上和实际应用上都发生了重大的变化。我国也成功发射了一系列遥感资源卫星，资源卫星系列、高分卫星等，遥感影像数据在生产研究也将得到越来越多的应用。

遥感变化检测就是利用同一地区不同时相的影像，对比发现两期影像的不同，从而检测地表地物类型、空间分布等发生的变化的过程

1.1 研究背景及研究意义

自上世纪60年代遥感技术兴起以来，利用遥感影像获取目标地物和地表变化信息的检测技术的研究得到迅速发展和广泛的应用，已经成为遥感应用的重要领域之一。变化检测技术在国土资源调查（如土地覆盖利用情况、农作物生长情况）、森林火灾的预防和防护、海洋变化分析以及军事探测与侦察方面等都有着广泛的应用。测绘地理信息科技发展“十二五” 中将“监测地理国情”作为了总体发展战略之一^[[1]]。利用遥感影像进行变化检测的方法可有效、快速、准确的对地理国情进行监测，符合当前发展趋势。我国目前正在每两年的1:1万地形图更新，也需用遥感影像的变化检测。目前变化检测市场需求大，虽然变化检测的理论方法有很多，但由于不同地区的地物特征不尽相同，变化类型不同，变化检测的目的也不一样，现没有一种变化检测方法是满足于所有变化检测需求的。此外，随着遥感空间分辨率的提高，高分辨率的遥感影像能够清晰反映地物的形状、结构、纹理信息，但随之也增加了同类地物的内部异质性，传统的基于像元的变化检测不考虑空间邻域信息和纹理特征，容易受到噪声和配准误差影响，将同种地物的内部细节信息也作为差异，降低变化检测精度。

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