一種采用核遞歸的高光譜快速異常探測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像處理尤其是高光譜圖像異常目標檢測領(lǐng)域，具體涉及一種采用核 遞歸的高光譜快速異常探測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高光譜遙感圖像因其具有較高的光譜分辨率被廣泛應(yīng)用于地物分類、目標識別與 探測等方面，區(qū)別于普通的光學圖像，高光譜圖像可借助其豐富的光譜信息對存在細微光 譜差異的真假目標有效的區(qū)別。對目標探測來說，由于實際地物的種類繁多，目前并沒有一 個完備的光譜數(shù)據(jù)庫提供所需的先驗信息，使得先驗光譜信息的獲得成為目標探測的一個 難點，因而不需要先驗信息的高光譜圖像異常探測算法成為人們研宄的熱點方向。
[0003] 最早由Reed和Xiao Li提出的RX異常探測算法是在簡化的假設(shè)條件下利用目標 與背景的統(tǒng)計特性差異進行判別，該算法僅適合檢測較為明顯的異常，對與背景差異較小 的弱異常效果不好?？紤]到高光譜數(shù)據(jù)中各個波段間存在豐富的非線性信息，Kwon等人提 出了基于核方法的異常檢測算法，借助選取的核函數(shù)將原始高光譜數(shù)據(jù)的非線性問題映射 為高維特征空間的線性問題，充分的利用光譜數(shù)據(jù)各波段的非線性信息，提高了高光譜數(shù) 據(jù)的利用率。雖然該算法在實際中取得了較好的效果，但在檢測中該算法是通過一個同心 雙層窗在整幅圖像上的滑動來對高光譜圖像中的每一個像元進行檢測，這對實際處理中的 數(shù)據(jù)存儲造成了很大的壓力，嚴重制約著檢測的效率和時效性，針對這一問題，本發(fā)明提出 了一種采用核遞歸方法的異常探測快速算法（RTCKRXD)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出一種提高檢測速度的同時解決了數(shù)據(jù)的存儲問題的采用 核遞歸的高光譜快速異常探測方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0006] (1)讀入高光譜數(shù)據(jù)；
[0007] (2)對背景信息的核矩陣進行初始化：
[0008] 選擇初始背景信息，利用窗來選取背景像元，通過窗的滑動獲取背景信息，同時產(chǎn) 生重復(fù)計算的數(shù)據(jù)冗余，待檢測像元與背景像元的統(tǒng)計差異進行區(qū)分，選用待檢測高光譜 數(shù)據(jù)的第一行像元作為初始背景信息；
[0009] (3)建立背景像元更新的因果關(guān)系：
[0010] 采用當前檢測像元之前的所有像元作為背景信息的方法取代傳統(tǒng)的局部同心雙 層窗，構(gòu)建背景信息模型
[0011]
【主權(quán)項】
1. 一種采用核遞歸的高光譜快速異常探測方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 讀入高光譜數(shù)據(jù)； (2) 對背景信息的核矩陣進行初始化： 選擇初始背景信息，利用窗來選取背景像元，通過窗的滑動獲取背景信息，同時產(chǎn)生重 復(fù)計算的數(shù)據(jù)冗余，待檢測像元與背景像元的統(tǒng)計差異進行區(qū)分，選用待檢測高光譜數(shù)據(jù) 的第一行像元作為初始背景信息； (3) 建立背景像元更新的因果關(guān)系： 采用當前檢測像元之前的所有像元作為背景信息的方法取代傳統(tǒng)的局部同心雙層窗， 構(gòu)建背景信息模型
其中F B (n) = Qr1, r2,…，rn]表示第η時刻的背景信息，!Ti= [r n, r2i，…，ru]T為具 有L個波段的一個像元光譜信息，隨著待檢測像元的改變來更新背景信息； (4) 建立核矩陣K Β (η)的遞歸方程更新核矩陣： (4. 1)建立因果核RX算法的算子：構(gòu)建檢測算子的因果為： KRX(d)(r")) = (Φ(γ" )-(1..,,, (/;))7 C/;；, (?)(Φ(γ )-μβφ (/;))； 其中14?)和?Μ(?)為待檢測像元的特征空間背景的均值向量和協(xié)方差矩陣的估計 值的因果表示，經(jīng)化簡推導(dǎo)的出因果KRX算子表示為： KRx(d)(r,)) = (k;⑷-略⑷)'b ⑷(k;⑷-k;M(")); (4.2)選擇核函數(shù)：選用徑向基核，其中Xi為核函數(shù)中心，即待檢測像元，〇2為核函數(shù) 的寬度參數(shù)，X為背景像元： k (X · Xi) = exp (I I X-Xi I IV 〇 2); (4. 3)構(gòu)建因果核函數(shù)： 利用背景像元的自相關(guān)統(tǒng)計差異來計算核矩陣，通過定義LXL中心化Gram的因果核 矩陣K β (n) = K (F β (n)，F(xiàn) Β (η))建立K β (η)的狀態(tài)方程：
(5)結(jié)合KRX算子對高光譜圖像進行快速檢測，將非中心化的Gram矩陣Kb (η)變換成 中心化的Gram矩陣，即：
其4
，I表示單位陣，
結(jié)合KRX檢測算子，得到采用核遞歸的快速KRX的檢測算子：
利用核遞歸的快速KRX的檢測算子對高光譜圖像進行快速檢測。
【專利摘要】本發(fā)明屬于圖像處理尤其是高光譜圖像異常目標檢測領(lǐng)域，具體涉及一種采用核遞歸的高光譜快速異常探測方法。本發(fā)明包括：讀入高光譜數(shù)據(jù)；對背景信息的核矩陣進行初始化；建立背景像元更新的因果關(guān)系；建立核矩陣ΚΒ(n)的遞歸方程更新核矩陣；結(jié)合KRX算子對高光譜圖像進行快速檢測。本發(fā)明提出了采用背景信息因果化的更新模型，利用檢測像元的變化對背景信息進行快速更新，避免反復(fù)提取背景信息造成的數(shù)據(jù)冗余。采用構(gòu)建全新核矩陣，有效的解決了核矩陣的維數(shù)隨著背景像元數(shù)目的增加而產(chǎn)生變化的問題，同時使得算法無需每次重新計算核矩陣。引入卡爾曼濾波理論的遞歸思想，可大大減少實際處理中的工作量，提高了異常目標檢測的效率。
【IPC分類】G06T7-00
【公開號】CN104766313
【申請?zhí)枴緾N201510140950
【發(fā)明人】趙春暉, 王佳, 王玉磊, 肖健鈺, 尤偉
【申請人】哈爾濱工程大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月27日