基于时序SAR强度图像变异系数的变化检测方法及装置与流程

基于时序sar强度图像变异系数的变化检测方法及装置
技术领域
1.本发明涉及遥感影像处理技术领域，尤其涉及一种时序sar强度图像变异系数的变化检测方法及装置。


背景技术：

2.遥感变化检测技术已被证明是一种在多尺度下使用高时空覆盖的卫星和足够高的图像分辨率获取空间信息的有力工具。与光学系统相比，全天候观测能力和高时空分辨率保证了sar(synthetic aperture radar，合成孔径雷达)数据在不同空间尺度的重要事件发生期间的可得性，而且sar针对表面粗糙度和构筑地表属性的高灵敏性能够灵活解决地表转变带来的光谱模糊。
3.传统的双时相sar变化检测是基于首尾两次sar影像来生成差异图，进而实现变化检测，但是传统双时相sar变化检测，一方面由于空间邻域驱动的局部自适应统计破坏了图像的分辨率，另一方面仅使用首尾两次sar影像来进行检测，信息量过少，对于一些变化不敏感区域会容易被忽略，且增大了对于诸如交通工具经过等不相关事件的错误预警概率。上述两个方面导致了传统双时相sar变化检测，准确性较低。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种基于时序sar强度图像变异系数的变化检测方法及装置，能提高区域变化检测的准确性。
5.本发明一实施例提供了一种基于时序sar强度图像变异系数的变化检测方法，包括获取待检测区域在预设时长内的若干个时间节点的sar强度图像，得到时序sar强度图像序列；
6.根据所述时序sar强度图像序列中每一空间像素点的强度时序样本，计算每一空间像素点的变异系数，继而根据每一所述空间像素点的变异系数，生成变异系数图；
7.根据所述时序sar强度图像序列，提取每一所述空间像素点所对应的统计同分布像素样本；
8.根据每一所述空间像素点的统计同分布像素样本对所述变异系数图进行空间滤波，获得已滤波变异系数图；
9.对所述已滤波变异系数图进行阈值分割，获得所述待检测区域的变化检测结果。
10.进一步的，在根据所述时序sar强度图像序列中每一空间像素点的强度时序样本，计算每一空间像素点的变异系数之前，还包括：通过离群点检测剔除每一所述空间像素点的强度时序样本中的离群点样本。
11.进一步的，所述获取待检测区域在预设时长内的若干个时间节点的sar强度图像，具体包括：
12.采集待检测区域在预设时长内的若干个时间节点的sar图像数据，继而对所有sar图像数据进行配准，生成若干个时间节点的sar强度图像。
13.进一步的，通过以下方式剔除一所述空间像素点的强度时序样本中的离群点样本：
14.对一所述空间像素点的强度时序样本按时间先后进行排序，获得有序样本；
15.从所述有序样本中获取e个待检验样本，继而按预设的假设检验公式对第e个待检验样本进行检验；
16.若，在预设的置信水平下得到无效假设，则确定第1个至第e个待检验样本均为离群点样本，继而将第1个至第e个待检验样本剔除，否则，则对第e
‑
1个待检验样本进行检验；其中，e为非零自然数。
17.进一步的，在剔除一所述空间像素点的强度时序样本中的离群点样本之后，还包括：
18.通过单样本ad检验对所述时序样本中剩余的非离群点样本进行检验，若在预设的第二置信水平下推翻零假设，则将所剔除的离群点样本重新添加入所述时序样本中。
19.进一步的，通过以下方法计算一所述空间像素点的变异系数：
20.计算所述空间像素点的强度时序样本的样本均值以及标准差；
21.将标准差与所述样本均值的商作为所述空间像素点的变异系数。
22.进一步的，通过bws假设检验提取每一所述空间像素点所对应的统计同分布像素样本。
23.在上述方法项实施例的基础上，本发明对应提供了装置项实施例；
24.本发明一实施例提供了一种基于时序sar强度图像变异系数的变化检测装置，包括数据采集模块、变异系数图生成模块，统计同分布像素样本获取模块、滤波模块以及阈值分割模块；
25.所述数据采集模块，用于获取待检测区域在预设时长内的若干个时间节点的sar强度图像，得到时序sar强度图像序列；
26.所述变异系数图生成模块，用于根据所述时序sar强度图像序列中每一空间像素点的强度时序样本，计算每一空间像素点的变异系数，继而根据每一所述空间像素点的变异系数，生成变异系数图；
27.所述统计同分布像素样本获取模块，用于根据所述时序sar强度图像序列，提取每一所述空间像素点所对应的统计同分布像素样本；
28.所述滤波模块，用于根据每一所述空间像素点的统计同分布像素样本对所述变异系数图进行空间滤波，获得已滤波变异系数图；
29.所述阈值分割模块，用于对所述已滤波变异系数图进行阈值分割，获得所述待检测区域的变化检测结果。
30.通过实施本发明实施例具有如下有益效果：
31.本发明实施例提供了一种基于时序sar强度图像变异系数的变化检测方法及装置，所述方法通过时序sar强度序列，将待检测区域的微弱变化不断累积，能够实现对微弱的变化信号的检测，稳定类别的对比度，降低遗漏或错误检测的概率，其次，通过统计同分布像素样本对变异系数图进行空间滤波，避免了局部自适应滤波操作对图像分辨率的破坏，从而提高了变化检测的准确度。
附图说明
32.图1是本发明一实施例提供的基于时序sar强度图像变异系数的变化检测方法的流程示意图。
33.图2是本发明一实施例提供的变异系数图。
34.图3是本发明待检测区域真实地表变化和不同变化检测方法的结果示意图。
35.图4是本发明一实施例提供的基于sar强度图像变异系数的变化检测装置的结构示意图。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.如图1所示，本发明一实施例提供了一种基于时序sar强度图像变异系数的变化检测方法，至少包括如下步骤：
38.步骤s101:获取待检测区域在预设时长内的若干个时间节点的sar强度图像，得到时序sar强度图像序列。
39.步骤s102：根据所述时序sar强度图像序列中每一空间像素点的强度时序样本，计算每一空间像素点的变异系数，继而根据每一所述空间像素点的变异系数，生成变异系数图。
40.步骤s103：根据所述时序sar强度图像序列，提取每一所述空间像素点所对应的统计同分布像素样本。
41.步骤s104：根据每一所述空间像素点的统计同分布像素样本对所述变异系数图进行空间滤波，获得已滤波变异系数图。
42.步骤s105：对所述已滤波变异系数图进行阈值分割，获得所述待检测区域的变化检测结果。
43.对于步骤s101，在一个优选的实施例中，所述获取待检测区域在预设时长内的若干个时间节点的sar强度图像，具体包括：
44.采集待检测区域在预设时长内的若干个时间节点的sar图像数据，继而对所有sar图像数据进行配准，生成若干个时间节点的sar强度图像。
45.示意性的，为了定性和定量分析本发明所提供的基于时序sar图像变异系数的变化检测方法的有效性，通过采用x波段德国terrasar
‑
x雷达卫星基于单极化采集模式，在预设时长内的多个时间节点采集待检测区域的sar图像数据，然后用传统互相关最大化方法进行配准，获得上述时序sar强度图像序列。需要说明的是上述预设时长以及预设时长内的时间节点的数量可以根据实际情况进行适应性调整,此外也可采用其他类型的星载及机载进行数据采集。
46.示意性的，本发明所采集的sar图像数据特性表如表1所示：
[0047][0048]
表1
[0049]
对于步骤s102：在一个优选的实施例中，在根据所述时序sar强度图像序列中每一空间像素点的强度时序样本，计算每一空间像素点的变异系数之前，还包括：通过离群点检测剔除每一所述空间像素点的强度时序样本中的离群点样本。
[0050]
剔除一所述空间像素点的强度时序样本中的离群点样本方法包括：对一所述空间像素点的强度时序样本按时间先后进行排序，获得有序样本；
[0051]
从所述有序样本中获取e个待检验样本，继而按预设的假设检验公式对第e个待检验样本进行检验；
[0052]
若，在预设的置信水平下得到无效假设，则确定第1个至第e个待检验样本均为离群点样本，继而将第1个至第e个待检验样本剔除，否则，则对第e
‑
1个待检验样本进行检验；其中，e为非零自然数。由于变异系数对离群点无稳健性的问题，使用离群点检测器移除无关像素。
[0053]
优选的，在剔除一所述空间像素点的强度时序样本中的离群点样本之后，还包括：通过单样本ad检验对所述时序样本中剩余的非离群点样本进行检验，若在预设的第二置信水平下推翻零假设，则将所剔除的离群点样本重新添加入所述时序样本中。
[0054]
优选的，通过以下方法计算一所述空间像素点的变异系数：
[0055]
计算所述空间像素点的强度时序样本的样本均值以及标准差；将标准差与所述样本均值的商作为所述空间像素点的变异系数。
[0056]
在这一实施例中，针对变异系数对离群点样本无稳健性的问题，本发明使用离群点检测器移除无关像素，以待检测区域中一位置点所对应的空间像素点p(在本发明中待检测区域一位置点在各sar强度图像中所对应的所有像素点均为同一空间像素点，检测区域一位置点在各sar强度图像中所对应的所有像素点组成对应空间像素点的强度时序样本)为例，采用针对指数统计分布的序贯探测器，对空间像素点p的强度时序样本i(p)＝{i
t
(p)}
1≤t≤n
按时间的先后顺序进行排列得到有序样本：i
′
(p)＝{i
′
t
(p)}
1≤t≤n
；n为样本的总数(即所采集的影像的数量)，t为样本序号(即第t个时间节点)，i
t
(p)表示在第t个时间节点空间像素点p的sar强度。从有序样本中获取e个待检验样本，优选的e＝n*5％；采用如下假设检验公式先对各个待检验样本进行假设检验：
[0057][0058]
[0059][0060]
进行检验，若在预设的置信水平α(优选的，α＝5％)下得到无效假设，那么第1个至第e个样本(即所有的待检验样本)均确定为离群点样本，然后进行剔除。否则，对第e
‑
1个待检验样本进行检验，如果同样在预设的置信水平α下得到无效假设，那么第1个至第e
‑
1个样本被确定为离群点样本，然后剔除，否则对第e
‑
2个样本进行检验，以此类推。
[0061]
在上述公式中，k为待检验样本的序号k∈[1，e]、n为样本总数、λ
k
(p)为空间像素点p的第k个待检验样本的检验统计量，i
′
n 1
‑
k
(p)为所述有序样本中第n 1
‑
k个样本的sar强度、i
′
t
(p)为所述有序样本中第t个样本的sar强度；o
k
为假设检验的临界值；
[0062]
在按上述方法剔除有序样本中的离群点样本后，采用单样本ad检验方法检查有序样本中保留的非离群点样本。若在给定的显著水平下推翻零假设，则认为有序样本中所保留的非离群点样本不服从指数分布，将已经剔除的离群点样本重新加入有序样本中。
[0063]
紧接着，在通过上述方式将时序sar强度图像序列中各个空间像素点的强度时序样本中的离群样本剔除后，计算每一个空间像素点的变异系数，进而生成变异系数图。
[0064]
具体的，通过以下公式计算每个空间像素点的变异系数：
[0065][0066]
其中，
[0067]
cv(p)为空间像素点p的变异系数，为剔除离群点样本后空间像素点p的时序样本的标准差，为剔除离群点样本后空间像素点p的时序样本的均值；为剔除离群点样本后空间像素点p的时序样本中第t个样本；需要说明的是，若不执行剔除离群点样本的操作，直接计算空间像素点的变异系数，则可以将公式中的替换为i
t
(p)，计算出每一空间像素点的变异系数。
[0068]
按上述方法计算出每一空间像素点的变异系数，生成变异系数图。
[0069]
对于步骤s103，在一个优选的实施例中，通过bws假设检验提取每一所述空间像素点所对应的统计同分布像素样本。
[0070]
具体的，对空间像素点p和空间像素点q的强度时序样本i(p)和i(q)，采用如下统计量比较其分布f
p
和f
q
：
[0071][0072]
上述公式中，g
t
(p)为在强度时序样本i(p)中，强度值小于或等于参照样本i
t
(p)的样本的数量，h
t
(p)为在强度时序样本i(q)中，强度值小于或等于参照样本i
t
(q)的样本的数
量。若b值小于bws检验的临界阈值，则bws检验认定两个空间像素点取自相同统计分布，bws检验的置信水平(即第二置信水平)也设置为5％，bws检验的临界阈值可参考公开表，然后将所有与空间像素点p直接或间接连接的统计同分布像素点进行提取，获得空间像素点p的统计同分布像素样本，依照此方法，获取所有空间像素点的统计同分布像素样本。
[0073]
对于步骤s104，以空间像素点p为例，若空间像素点p的统计同分布像素样本为ω，其样本中包含l个像素点，则根据统计同分布像素样本进行滤波后，空间像素点p经过滤波后的变异系数cv2(p)为：
[0074][0075]
其中，j为空间像素点p的统计同分布像素样本中的一像素点，cv(j)为空间像素点j的变异系数。依据上述公式计算所有空间像素点经过滤波后的变异系数，然后根据所有空间像素点经过滤波后的变异系数，生成已滤波变异系数图。示意性的在本发明中所生成的已滤波变异系数图如图2所示。
[0076]
对于步骤s105，将上述已滤波变异系数图，根据ki准则求取阈值，进行阈值分割，提取出待检测区域的变化检测结果。图3(a)为传统对数比方法的结果示意图，仅使用首尾两次sar影像进行检测，图3(b)为广义似然比方法的结果示意图，直接使用时序sar图像数据集进行检测，图3(c)为采用本发明的基于时序sar强度图像变异系数的变化检测方法的检测结果示意图，图3(d)为待检测区域的地表真实变化示意图。
[0077]
为了定量分析图3(c)中本发明所公开的基于时序sar强度图像变异系数的变化检测方法效果，采用整体误差、错警率和漏警率指标评价检测结果的精度，并与图3(a)、图3(b)所对应的方法进行比较，比较结果表2所示：
[0078][0079]
表2
[0080]
从表2和图3中可以看出，与其他方法相比，在整体误差、错警率、漏警率三项指标中，本发明所提供的基于时序sar强度图像变异系数的变化检测方法均显示出更高的检测精度；利用本发明所提方法得到的检测结果中，地物的细节得到了更好的保留，同时将地表的变化区域更好地提取出来，与地表真实变化更加接近。
[0081]
如图4所示，在上述方法项实施例的基础上，本发明对应提供了装置项实施例；
[0082]
本发明一实施例提供了一种基于时序sar强度图像变异系数的变化检测装置，包括数据采集模块、变异系数图生成模块，统计同分布像素样本获取模块、滤波模块以及阈值分割模块；
[0083]
所述数据采集模块，用于获取待检测区域在预设时长内的若干个时间节点的sar强度图像，得到时序sar强度图像序列；
[0084]
所述变异系数图生成模块，用于根据所述时序sar强度图像序列中每一空间像素
点的强度时序样本，计算每一空间像素点的变异系数，继而根据每一所述空间像素点的变异系数，生成变异系数图；
[0085]
所述统计同分布像素样本获取模块，用于根据所述时序sar强度图像序列，提取每一所述空间像素点所对应的统计同分布像素样本；
[0086]
所述滤波模块，用于根据每一所述空间像素点的统计同分布像素样本对所述变异系数图进行空间滤波，获得已滤波变异系数图；
[0087]
所述阈值分割模块，用于对所述已滤波变异系数图进行阈值分割，获得所述待检测区域的变化检测结果。
[0088]
需要说明的是上述装置项实施例是与本发明方法项实施例相对应的，其能够实现本发明任意一实施例所述的基于时序sar强度图像变异系数的变化检测方法
[0089]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。