论文部分内容阅读
盐湖是湖泊中的一种重要类型,是在特定的自然地理、地质环境下的产物。盐湖是丰富的天然无机资源之一,蕴藏着丰富的盐类,如石盐、芒硝、镁盐、钾盐、锂盐等,为化工、农业、轻工业、冶金、建材等领域提供了重要的原料。近年来,随着遥感技术手段的进步和遥感数据源的极大丰富,使遥感应用的深度、广度极度扩大。它正被广泛的应用在水质监测,湖泊环境的动态变化以及盐湖资源开发等领域。本文以科技部重点项目(2006FY110600)“中国湖泊水质、水量和生物资源调查专项”、国家高技术研究发展计划——863计划(2008AA12Z106)“高空间分辨率卫星图像分割的新型技术研究”、以及国家自然科学基金(40801166)“基于频域特征的高空间分辨率卫星图像多尺度分割方法研究”为项目支撑。以达布逊盐湖为实验区,按照线性纹理信息的“纹理分析——频域识别——特征提取”的技术思路,探讨盐湖线性纹理信息的自动识别、提取。盐湖的线性纹理包含湖泊的水边线和盐分浓度分异界线等众多信息,盐湖线性纹理信息的自动提取对于占我国湖泊数总量近1/2的盐湖,无论是湖泊面积调查还是盐湖开发利用等都具有重大的理论和应用价值。本文对盐湖线性纹理特征的分析、识别、提取,为遥感图像目标的频域特征识别和提取奠定了基础,也为基于特征的目标识别提供了新思路。主要研究内容和结论包括：
⑴对盐湖图像及线性特征信息的空域特征及其频谱特征进行了探讨和分析。阐述了遥感影像中线性纹理的内涵,并对盐湖线性纹理的特征进行了描述。通过典型线性纹理图像的频谱特征分析,频谱上的每一点对应着空域图像分解的相应方向的相应频率的正弦波。线性纹理在频谱中的位置即高低频的确定取决于空域线性纹理频率的大小,频谱值的高低取决于同方向上同频率正弦波幅度的叠加。通过对线性纹理特征图像的傅立叶变换和公式的推证,得出线性特征的频谱方向在与其空域线性纹理垂直的方向上。
⑵图像的频域识别包括三个部分,即频率、幅度和相位,两两组合成为频谱,相位谱和时频谱,在频域分析中,频谱、相位谱的分析较多,而时频谱恰恰是联系空域和频域的桥梁。为获得线性纹理的频率范围,可通过时频分析得到线性纹理所在微小时段的时频变化。本文结合EDM模态分解理论,重点对线性特征在时间和频率空间的瞬时频率分布进行了分析,线性特征的频率值特征在时频谱中体现为瞬时位置所处的频率值大小,指出依据时频谱中的特征频率值大小可实现对线性纹理特征的识别和提取。在分析盐湖信息的频谱特征基础上,结合各种类型盐湖信息的频谱特征,根据频谱峰值方向确定线性纹理频谱的方向,通过瞬时频率估计确定线性纹理的中心频率,再依据频谱方向和频率值确定滤波器实现对盐湖线性纹理信息的提取。
⑶在给出了在时域和频域上方向性和频率值得识别标志后,在频域中根据目标特征的特点计算参数,给出了参数估计准则,从而设计最优Gabor滤波器。将Gabor滤波器虚部用于盐湖线性特征的提取。实验图像线性特征的方向性明显,因此将滤波器分解为两个方向上的滤波叠加,通过方向分解,一方面适应研究区域,可调节滤波的任意方向性,加大了方法的实际应用性,另一方面,降低了方法的复杂度,避免了大量的卷积运算,因此大大减少了处理所需要的时间。将设计的滤波器用于盐湖线性纹理提取,并做了大量实验,给出了较好的实验结果,结果表明方法的实用性。
⑷对线性特征提取方法和结果进行评价。基于Gabor滤波器虚部的提取方法能够提取特定频率和方向的线性纹理特征。Gabor滤波提取的结果表明本方法具有良好的边缘定位能力和检测能力。通过基于像元数量误差准则对数字化提取结果和线性纹理特征提取结果对比进行定量评价,结果表明本文方法的提取率可以达到79％。
⑸对盐湖线性纹理特征进行识别和提取,盐湖线性纹理特征的提取在应用上具有实用意义,线性纹理特征的频谱分析,线性纹理特征的频域识别和提取在方法上具有参考价值。本文所提出的盐湖剖面分析,剖面信号频率分解,瞬时频率估计,频域滤波器的参数设置等方法,在方法上具有借鉴意义。有待于进一步研究的工作,主要是特定滤波器的构建;针对高频噪声的影响,如何提高方法的提取精度。