基于全局敏感度分析的高光譜反射率數據光譜特征提取方法
【專利摘要】基于全局敏感度分析的高光譜反射率數據光譜特征提取方法，其步驟為：①敏感度分析：使用全局敏感度分析方法計算高光譜反射率數據各波段位置處的敏感度；②特征波段選擇：根據敏感度分析的結果選擇特征波段；③正則變換：使用正則變換方法計算類別可分性最大時的特征向量；④光譜特征構建：使用特征波段反射率值與特征向量對應元素值的線性組合構建第一正則軸，作為光譜特征。相比于傳統(tǒng)的高光譜反射率數據光譜特征提取方法，本發(fā)明所提出的方法構建的光譜特征可以在降低數據維度的同時使不同類別的可分性達到最大，特別適用于農作物脅迫檢測、目標識別和地物分類等遙感應用問題，在高光譜反射率數據處理與應用【技術領域】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據光譜特征提取方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高光譜反射率數據光譜特征的提取方法，屬于高光譜反射率數據處理方法與應用【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著星載高光譜分辨率傳感器的出現和定量遙感模型的發(fā)展，高光譜遙感數據的定量化應用越來越受到重視。相比傳統(tǒng)的低分辨率遙感數據而言，高光譜遙感數據的波段數更多，提供的數據量更大，因而擁有更為廣闊的應用潛力。但是，光譜分辨率的提高和數據量的增加也為遙感數據定量化應用帶來了挑戰(zhàn)。一般來講，數據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具體的應用需求，構造特定的光譜特征，從而凸顯有用信息，剔除冗余信息。
[0003]目前現有的高光譜反射率數據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據的特點，通過數學變換算法，提取出有用的光譜特征。例如，主成分變換可以將原始數據變換到一個新的坐標系內。在該坐標系下，數據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較少。因此，選擇第一主成分或包含信息量較大的前幾個主成分可以降低數據空間的維數，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據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練樣本，導致選擇的波段依賴于特定的訓練數據集的特點，因而普適性和可擴展性差；部分方法不包含波段選擇過程，使得特征提取時計算量大，求解耗時。二是對于特定問題，如農作物脅迫檢測、目標識別和地物分類等，在構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的效果較差。本發(fā)明針對上述存在的問題，提出一種基于全局敏感度分析的高光譜反射率數據光譜特征提取方法，在減少數據維度的同時使不同類別間的可分性達到最大。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高光譜反射率數據光譜特征的提取方法，以克服現有的光譜特征提取方法沒有考慮類別間的可分性的缺點，構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據各波段位置處的敏感度；根據敏感度分析的結果選擇特征波段；使用正則變換方法計算類別可分性最大時的特征向量；使用特征波段反射率值與特征向量對應元素值的線性組合構建第一正則軸，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據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)計算高光譜反射率數據各波段位置處的一階敏感指數和總敏感指數，分別計算全部k個自變量在每一個波段位置處的一階敏感指數和總敏感指數，其中第i個自變量Xi在第j個波段位置處的一階敏感指數Sxi和總敏感指數STXi的計算公式如下:
[0009]
【權利要求】
1.基于全局敏感度分析的高光譜反射率數據光譜特征提取方法，其特征在于:通過全局敏感度分析方法計算高光譜反射率數據中各波段的敏感指數，依據敏感指數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，從而使得應用該特征進行高光譜反射率數據分析時類別可分性達到最大，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)計算高光譜反射率數據各波段位置處的一階敏感指數和總敏感指數，分別計算全部k個自變量在每一個波段位置處的一階敏感指數和總敏感指數，其中第i個自變量Xi在第j個波段位置處的一階敏感指數Sxi和總敏感指數Sm的計算公式如下:
【文檔編號】G06K9/46GK103714341SQ201410025983
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權日:2014年1月21日
【發(fā)明者】趙峰, 郭一慶 申請人:北京航空航天大學