基于全局敏感度分析的高光譜反射率數(shù)據(jù)光譜特征提取方法
【專利摘要】基于全局敏感度分析的高光譜反射率數(shù)據(jù)光譜特征提取方法，其步驟為：①敏感度分析：使用全局敏感度分析方法計(jì)算高光譜反射率數(shù)據(jù)各波段位置處的敏感度；②特征波段選擇：根據(jù)敏感度分析的結(jié)果選擇特征波段；③正則變換：使用正則變換方法計(jì)算類別可分性最大時(shí)的特征向量；④光譜特征構(gòu)建：使用特征波段反射率值與特征向量對(duì)應(yīng)元素值的線性組合構(gòu)建第一正則軸，作為光譜特征。相比于傳統(tǒng)的高光譜反射率數(shù)據(jù)光譜特征提取方法，本發(fā)明所提出的方法構(gòu)建的光譜特征可以在降低數(shù)據(jù)維度的同時(shí)使不同類別的可分性達(dá)到最大，特別適用于農(nóng)作物脅迫檢測(cè)、目標(biāo)識(shí)別和地物分類等遙感應(yīng)用問題，在高光譜反射率數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】擁有廣闊前景。
【專利說明】基于全局敏感度分析的高光譜反射率數(shù)據(jù)光譜特征提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高光譜反射率數(shù)據(jù)光譜特征的提取方法，屬于高光譜反射率數(shù)據(jù)處理方法與應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著星載高光譜分辨率傳感器的出現(xiàn)和定量遙感模型的發(fā)展，高光譜遙感數(shù)據(jù)的定量化應(yīng)用越來越受到重視。相比傳統(tǒng)的低分辨率遙感數(shù)據(jù)而言，高光譜遙感數(shù)據(jù)的波段數(shù)更多，提供的數(shù)據(jù)量更大，因而擁有更為廣闊的應(yīng)用潛力。但是，光譜分辨率的提高和數(shù)據(jù)量的增加也為遙感數(shù)據(jù)定量化應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)。一般來講，數(shù)據(jù)量的增加盡管有助于解譯出更多的有用信息，但也帶來了大量的冗余信息。這就要求研究人員根據(jù)具體的應(yīng)用需求，構(gòu)造特定的光譜特征，從而凸顯有用信息，剔除冗余信息。
[0003]目前現(xiàn)有的高光譜反射率數(shù)據(jù)特征提取方法主要有主成分變換、纓帽變換和傅里葉變換等。這些方法能夠有效利用高光譜反射率數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，通過數(shù)學(xué)變換算法，提取出有用的光譜特征。例如，主成分變換可以將原始數(shù)據(jù)變換到一個(gè)新的坐標(biāo)系內(nèi)。在該坐標(biāo)系下，數(shù)據(jù)沿著它的第一主成分軸方向具有最大的方差，即第一主成分包含了最大的信息量，而其他主成分包含的信息量則相對(duì)較少。因此，選擇第一主成分或包含信息量較大的前幾個(gè)主成分可以降低數(shù)據(jù)空間的維數(shù)，在獲得必要信息的前提下抑制冗余信息。
[0004]但是，目前的高光譜反射率數(shù)據(jù)光譜特征提取方法主要存在以下問題。一是波段選擇過程基于訓(xùn)練樣本，導(dǎo)致選擇的波段依賴于特定的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的特點(diǎn)，因而普適性和可擴(kuò)展性差；部分方法不包含波段選擇過程，使得特征提取時(shí)計(jì)算量大，求解耗時(shí)。二是對(duì)于特定問題，如農(nóng)作物脅迫檢測(cè)、目標(biāo)識(shí)別和地物分類等，在構(gòu)建光譜特征的過程中沒有考慮不同類別間的可分性，因而在處理這些問題時(shí)的效果較差。本發(fā)明針對(duì)上述存在的問題，提出一種基于全局敏感度分析的高光譜反射率數(shù)據(jù)光譜特征提取方法，在減少數(shù)據(jù)維度的同時(shí)使不同類別間的可分性達(dá)到最大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高光譜反射率數(shù)據(jù)光譜特征的提取方法，以克服現(xiàn)有的光譜特征提取方法沒有考慮類別間的可分性的缺點(diǎn)，構(gòu)建一種能夠提取出類別可分性最大的光譜特征的方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:使用全局敏感度分析方法分析高光譜反射率數(shù)據(jù)各波段位置處的敏感度；根據(jù)敏感度分析的結(jié)果選擇特征波段；使用正則變換方法計(jì)算類別可分性最大時(shí)的特征向量；使用特征波段反射率值與特征向量對(duì)應(yīng)元素值的線性組合構(gòu)建第一正則軸，作為光譜特征。
[0007]本發(fā)明基于全局敏感度分析的高光譜反射率數(shù)據(jù)光譜特征提取方法的具體步驟如下:[0008]步驟一:敏感度分析:使用全局敏感度分析方法EFAST (Extended FourierAmplitude Sensitivity Test)計(jì)算高光譜反射率數(shù)據(jù)各波段位置處的一階敏感指數(shù)和總敏感指數(shù)，分別計(jì)算全部k個(gè)自變量在每一個(gè)波段位置處的一階敏感指數(shù)和總敏感指數(shù)，其中第i個(gè)自變量Xi在第j個(gè)波段位置處的一階敏感指數(shù)Sxi和總敏感指數(shù)STXi的計(jì)算公式如下:
[0009]
【權(quán)利要求】
1.基于全局敏感度分析的高光譜反射率數(shù)據(jù)光譜特征提取方法，其特征在于:通過全局敏感度分析方法計(jì)算高光譜反射率數(shù)據(jù)中各波段的敏感指數(shù)，依據(jù)敏感指數(shù)的大小選取特征波段，使用正則變換方法從選取的波段中提取第一正則軸作為光譜特征，從而使得應(yīng)用該特征進(jìn)行高光譜反射率數(shù)據(jù)分析時(shí)類別可分性達(dá)到最大，該方法具體步驟如下: 步驟一:敏感度分析:使用全局敏感度分析方法EFAST (Extended Fourier AmplitudeSensitivity Test)計(jì)算高光譜反射率數(shù)據(jù)各波段位置處的一階敏感指數(shù)和總敏感指數(shù)，分別計(jì)算全部k個(gè)自變量在每一個(gè)波段位置處的一階敏感指數(shù)和總敏感指數(shù)，其中第i個(gè)自變量Xi在第j個(gè)波段位置處的一階敏感指數(shù)Sxi和總敏感指數(shù)Sm的計(jì)算公式如下:

【文檔編號(hào)】G06K9/46GK103714341SQ201410025983
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】趙峰, 郭一慶 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)