适用于高光谱遥感图像的特征提取方法、装置及存储介质与流程

1.本发明涉及高光谱遥感技术领域，尤其涉及一种适用于高光谱遥感图像的特征提取方法、装置及存储介质。


背景技术：

2.高光谱遥感的发展得益于成像光谱技术的发展与成熟。成像光谱技术是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术。其最大特点是将成像技术与光谱探测技术结合，在对目标的空间特征成像的同时，对每个空间像元经过色散形成几十个乃至几百个窄波段以进行连续的光谱覆盖。
3.这样形成的数据可以用“三维数据块”来形象地描述，如图1所示。其中x和y表示二维平面像素信息坐标轴，第三维(λ轴)是波长信息坐标轴。高光谱图像集样本的图像信息与光谱信息于一身，如图2所示。图像信息可以反映样本的大小、形状、缺陷等外部品质特征，由于不同成分对光谱吸收也不同，在某个特定波长下图像对某个缺陷会有较显著的反映，而光谱信息能充分反映样品内部的物理结构、化学成分的差异。
4.如何结合图像信息与光谱信息进行相应的特征提取对于现有技术还无法进行有效识别。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种适用于高光谱遥感图像的特征提取方法、装置及存储介质，能够结合图像信息与光谱信息对高光谱遥感图像中的特征进行相对精确的提取，使得特征提取的更加精确。
6.本发明实施例的第一方面，提供一种适用于高光谱遥感图像的特征提取方法，包括：
7.获取高光谱遥感图像中的图像信息和光谱信息；
8.预先设置光谱阈值，基于所述光谱阈值和光谱信息在所述高光谱遥感图像中确定多种物质种类以及每种物质种类所对应的光谱面积；
9.获取所述图像信息中每种物质的图像面积；
10.获取任意相邻的两种物质所对应的光谱面积和图像面积，基于相邻的两种物质的光谱面积和图像面积分别确定光谱相交区域和图像相交区域；
11.基于预设决策在所述光谱相交区域和图像相交区域之间确定水平或竖直分界点以形成水平或竖直分界线；
12.基于水平或竖直分界线将高光谱遥感图像中的各个种类的物质进行划分后提取每种物质的特征信息。
13.可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，基于预设决策在所述光谱相交区域和图像相交区域之间确定水平或竖直分界点以形成水平或竖直分界线包括：
14.通过以下公式确定一行或一列的水平或竖直分界点，
[0015][0016]
其中，一种物质至另一种物质的水平或竖直方向上的第z个点为水平或竖直分界点，s1为其中一种物质的预设光谱rgb值，m1为另一种物质的预设光谱rgb值，s2为其中一种物质的预设图像rgb值，m2为另一种物质的预设图像rgb值，p
i
为光谱相交区域中在一行或一列中的第i个像素点，m
i
为图像相交区域中在一行或一列中的第i个像素点，n为光谱相交区域和图像相交区域在一行或一列的像素点的数量，l1为光谱权重值，l2为图像权重值；
[0017]
将多个相邻的行或列的水平或竖直分界点相连形成水平或竖直分界线。
[0018]
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，获取使用者的主动修改信息，所述主动修改信息为对水平或竖直分界点z进行调整得到z
调
；
[0019]
通过以下公式对所述光谱权重值l1和图像权重值l2进行调整得到调整后的光谱权重值l
1调
和图像权重值l
2调
，
[0020][0021]
其中，c为光谱调整系数，d为图像调整系数。
[0022]
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，预先设置光谱阈值，基于
[0023]
所述光谱阈值和光谱信息在所述高光谱遥感图像中确定多种物质种类以及每种物质种类所对应的光谱面积包括：
[0024]
所述光谱信息包括高光谱遥感图像中每个像素点的光谱rgb值；
[0025]
获取每个像素点的对应的光谱阈值，其中每个光谱阈值对应一种物质种类；
[0026]
确定每一种物质种类所对应的多个像素点得到该物质对应的光谱面积。可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，获取高光谱遥感图像中的图像信息和光谱信息包括：
[0027]
所述高光谱遥感图像包括普通图像部分和光谱图像部分；
[0028]
基于所述普通图像部分获取图像信息，基于所述光谱图像部分获取光谱信息。
[0029]
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，获取任意相邻的两种物质所对应的光谱面积和图像面积，基于相邻的两种物质的光谱面积和图像面积分别确定光谱相交区域和图像相交区域包括：
[0030]
在光谱面积中选定其中一种物质的像素点，当选定的像素点与另一种物质的相邻的像素点数量大于等于2时，则选定的像素点属于光谱相交像素点；
[0031]
获取2种物质的所有光谱相交像素点确定光谱相交区域。
[0032]
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，获取任意相邻的两种物质所对应的光谱面积和图像面积，基于相邻的两种物质的光谱面积和图像面积分别确定光谱相交区域和图像相交区域包括：
[0033]
在图像面积中选定其中一种物质的像素点，当选定的像素点与另一种物质的相邻的像素点数量大于等于2时，则选定的像素点属于图像相交像素点；
[0034]
获取2种物质的所有图像相交像素点确定图像相交区域。
[0035]
可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，还包括：
[0036]
若，光谱相交区域存在第三种物质的像素点和\或图像相交区域存在第三种物质的像素点；
[0037]
则对第三种物质的像素点的数量进行统计；
[0038]
若第三种物质的像素点的数量大于预设值，则在生成光谱相交区域和\或图像相交区域时将第三种物质的像素点剔除；
[0039]
若第三种物质的像素点的数量小于预设值，则在生成光谱相交区域和\或图像相交区域时将第三种物质的像素点包括，并将第三种物质的像素点修改为光谱相交区域和\或图像相交区域内像素点数量最多的物质种类所对应的光谱rgb值和\或图像rgb值。
[0040]
本发明实施例的第二方面，提供一种适用于高光谱遥感图像的特征提取装置，包括：
[0041]
信息获取模块，用于获取高光谱遥感图像中的图像信息和光谱信息；
[0042]
光谱面积确定模块，用于预先设置光谱阈值，基于所述光谱阈值和光谱信息在所述高光谱遥感图像中确定多种物质种类以及每种物质种类所对应的光谱面积；
[0043]
图像面积获取模块，用于获取所述图像信息中每种物质的图像面积；
[0044]
相交区域获取模块，用于获取任意相邻的两种物质所对应的光谱面积和图像面积，基于相邻的两种物质的光谱面积和图像面积分别确定光谱相交区域和图像相交区域；
[0045]
分界线确定模块，用于基于预设决策在所述光谱相交区域和图像相交区域之间确定水平或竖直分界点以形成水平或竖直分界线；
[0046]
划分提取模块，用于基于水平或竖直分界线将高光谱遥感图像中的各个种类的物质进行划分后提取每种物质的特征信息。
[0047]
本发明实施例的第三方面，提供一种可读存储介质，所述可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时用于实现本发明第一方面及第一方面各种可能设计的所述方法。
[0048]
本发明提供的一种适用于高光谱遥感图像的特征提取方法、装置及存储介质，能够获得高光谱遥感图像中的图像信息和光谱信息，对图像信息和光谱信息分别进行处理后得到任意相邻两种物质的光谱相交区域和图像相交区域，在光谱相交区域和图像相交区域中确定水平或竖直分界线，通过水平或竖直分界线将高光谱遥感图像任意相邻的两个物质进行区分，进行精确的物质特征的提取。
[0049]
本发明会结合图像信息和光谱信息在两个维度中分别进行计算，计算在两个维度中所有处于光谱相交区域和图像相交区域的像素点的rgb值。并根据rgb值得到一行或一列的水平或竖直分界点，使得在计算水平或竖直分界点、水平或竖直分界线时更加的准确。在计算计算水平或竖直分界点时，会充分考虑光谱权重和图像权重，不同的场景、不同的物质
可能会具有不同的权重值，使得本发明在计算水平或竖直分界点、水平或竖直分界线时能够根据不同的物质、场景进行区分。
[0050]
本发明会将提取到的每种物质的特征信息进行展示，使用者可以根据实际情况对水平或竖直分界线进行调整，根据使用者的水平或竖直分界线进行的调整对光谱权重值和图像权重值进行调整，使得调整后的光谱权重值和图像权重值更适用于本技术中的预设决策，使得预设决策能够进行主动学习，动态调整。
附图说明
[0051]
图1为背景技术中三维数据块的示意图；
[0052]
图2为背景技术中图像信息与光谱信息于一身的高光谱图像示意图；
[0053]
图3为适用于高光谱遥感图像的特征提取方法的流程图；
[0054]
图4为高光谱遥感图像中的图像信息的示意图；
[0055]
图5为高光谱遥感图像中的光谱信息的示意图；
[0056]
图6为适用于高光谱遥感图像的特征提取装置的结构图。
具体实施方式
[0057]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
[0058]
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
[0059]
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
[0060]
应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
[0061]
应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0062]
应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含a、b和c”、“包含a、b、c”是指a、b、c三者都包含，“包含a、b或c”是指包含a、b、c三者之一，“包含a、b和/或c”是指包含a、b、c三者中任1个或任2个或3个。
[0063]
应当理解，在本发明中，“与a对应的b”、“与a相对应的b”、“a与b相对应”或者“b与a相对应”，表示b与a相关联，根据a可以确定b。根据a确定b并不意味着仅仅根据a确定b，还可
以根据a和/或其他信息确定b。a与b的匹配，是a与b的相似度大于或等于预设的阈值。
[0064]
取决于语境，如在此所使用的“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。
[0065]
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
[0066]
本发明提供一种适用于高光谱遥感图像的特征提取方法，如图3所示其流程图，包括：
[0067]
步骤s110、获取高光谱遥感图像中的图像信息和光谱信息。本发明中的图像信息和光谱信息可以是图像的形式，如图4和图5所示。图4为高光谱遥感图像中的图像信息，图5为高光谱遥感图像中的光谱信息。
[0068]
在高光谱遥感图像采集的过程中，可以看成是某一个区域分别采集图像信息和光谱信息然后进行融合得到高光谱遥感图像。所以，在一个可能的实施方式中，本发明在提取高光谱遥感图像中的特征时会先对高光谱遥感图像进行反向处理，得到该高光谱遥感图像中的图像信息和光谱信息。
[0069]
步骤s120、预先设置光谱阈值，基于所述光谱阈值和光谱信息在所述高光谱遥感图像中确定多种物质种类以及每种物质种类所对应的光谱面积。在步骤s120中，包括：
[0070]
所述光谱信息包括高光谱遥感图像中每个像素点的光谱rgb值。
[0071]
获取每个像素点的对应的光谱阈值，其中每个光谱阈值对应一种物质种类。每个像素点处会具有相应的光谱rgb值，当光谱rgb值处于一个光谱阈值之内时，则判断该光谱rgb值与相应的物质种类对应。
[0072]
确定每一种物质种类所对应的多个像素点得到该物质对应的光谱面积。
[0073]
光谱阈值可以是一个范围，例如说225至228，在一个高光谱遥感图像的光谱信息中，处于光谱阈值225至228内的物质会被认为是一种物质，所有的处于光谱阈值225至228内的物质所对应的总面积为光谱面积。该总面积可以是一个闭环区域内的总面积，也可以是多个闭环区域形成的总面积。
[0074]
步骤s130、获取所述图像信息中每种物质的图像面积。在得到图像信息后，可以根据计算机视觉技术提取图像信息中每种物质的图像面积。例如说一个高光谱遥感图像中具有土地、河流，通过计算机视觉技术可以对图像信息中的土地、河流的图像面积进行确定。在图像面积进行确定的过程中，可以根据像素点的数量进行确定。
[0075]
步骤s140、获取任意相邻的两种物质所对应的光谱面积和图像面积，基于相邻的两种物质的光谱面积和图像面积分别确定光谱相交区域和图像相交区域。
[0076]
在获得光谱面积和图像面积时，很大情况下会出现两种相邻的物质交错的情况，例如说河流中可能会出现一些浅滩，再一次浪涌向岸边时可能会造成土地的部分坑洼处对河流进行短暂的存储。所以，每两个相邻的物质之间的光谱面积和图像面积会存在相交、重合的部分，所以本发明会根据相邻的两种物质的光谱面积和图像面积分别确定光谱相交区域和图像相交区域。
[0077]
步骤s150、基于预设决策在所述光谱相交区域和图像相交区域之间确定水平或竖直分界点以形成水平或竖直分界线。本发明会根据光谱相交区域和图像相交区域内各个像素点的rgb值的分布情况进行处理，得到水平或竖直分界点，进而形成相应的水平或竖直分
界线。
[0078]
其中，步骤s150包括：
[0079]
通过以下公式确定一行或一列的水平或竖直分界点，
[0080][0081]
其中，一种物质至另一种物质的水平或竖直方向上的第z个点为水平或竖直分界点，s1为其中一种物质的预设光谱rgb值，m1为另一种物质的预设光谱rgb值，22为其中一种物质的预设图像rgb值，m2为另一种物质的预设图像rgb值，p
i
为光谱相交区域中在一行或一列中的第i个像素点，m
i
为图像相交区域中在一行或一列中的第i个像素点，n为光谱相交区域和图像相交区域在一行或一列的像素点的数量，l1为光谱权重值，l2为图像权重值。
[0082]
通过以及反映在不同的维度下，每一种物质对预设光谱rgb值、预设图像rgb值的向量距离关系，即判断光谱相交区域和图像相交区域中具有偏向于哪种物质的趋势，使得在光谱相交区域和图像相交区域中所形成分界点、分界线更加的准确，进而保障对相邻的物质进行准确的区分。
[0083]
本发明会结合图像信息和光谱信息在两个维度中分别进行计算，计算在两个维度中所有处于光谱相交区域和图像相交区域的像素点的rgb值。并根据rgb值得到一行或一列的水平或竖直分界点，使得在计算水平或竖直分界点、水平或竖直分界线时更加的准确。在计算计算水平或竖直分界点时，会充分考虑光谱权重和图像权重，不同的场景、不同的物质可能会具有不同的权重值，使得本发明在计算水平或竖直分界点、水平或竖直分界线时能够根据不同的物质、场景进行区分。
[0084]
将多个相邻的行或列的水平或竖直分界点相连形成水平或竖直分界线。在得到多个水平或竖直分界点后，对多个水平或竖直分界点相连形成竖直分界线。
[0085]
在一个可能的实施方式中，获取使用者的主动修改信息，所述主动修改信息为对水平或竖直分界点z进行调整得到z
调
。本发明在提取不同物质的特征后会进行显示，使用者会根据显示对水平或竖直分界线在此进行调整得到z
调
。本发明中所说的水平或竖直分界线只是相对水平和竖直，该水平或竖直分界线可以是曲线的形式。
[0086]
通过以下公式对所述光谱权重值l1和图像权重值l2进行调整得到调整后的光谱权重值l
1调
和图像权重值l
2调
，
[0087][0088]
其中，c为光谱调整系数，d为图像调整系数。
[0089]
通过以上方式，使得调整后的光谱权重值和图像权重值更适用于本技术中的预设决策，使得预设决策能够进行主动学习，动态调整。
[0090]
步骤s160、基于水平或竖直分界线将高光谱遥感图像中的各个种类的物质进行划分后提取每种物质的特征信息。本发明会根据生成的水平或竖直分界线对高光谱遥感图像中的各个种类的物质进行区分，得到每种物质的特征信息，特征信息可以是该种物质的形态，例如说河流的形态、土地的形态等等。
[0091]
在一个可能的实施方式中，步骤s140包括：
[0092]
在光谱面积中选定其中一种物质的像素点，当选定的像素点与另一种物质的相邻的像素点数量大于等于2时，则选定的像素点属于光谱相交像素点。本发明在判断是否是两种物质的光谱相交区域时，首先会确定像素点是否属于光谱相交像素点，如果当选定的像素点与另一种物质的相邻的像素点数量大于等于2时则证明该像素点与其他物质至少存在了两个方向上的接触，所以将其确定为光谱相交像素点。
[0093]
获取2种物质的所有光谱相交像素点确定光谱相交区域。在得到所有的光谱相交像素点后得到光谱相交区域。
[0094]
在一个可能的实施方式中，步骤s140包括：
[0095]
在图像面积中选定其中一种物质的像素点，当选定的像素点与另一种物质的相邻的像素点数量大于等于2时，则选定的像素点属于图像相交像素点。本发明在判断是否是两种物质的图像相交区域时，首先会确定像素点是否属于图像相交像素点，如果当选定的像素点与另一种物质的相邻的像素点数量大于等于2时则证明该像素点与其他物质至少存在了两个方向上的接触，所以将其确定为图像相交像素点。
[0096]
获取2种物质的所有图像相交像素点确定图像相交区域。在得到所有的光谱相交像素点后得到图像相交区域。
[0097]
在一个可能的实施方式中，还包括：
[0098]
若，光谱相交区域存在第三种物质的像素点和\或图像相交区域存在第三种物质的像素点。在实际的高光谱遥感图像中，由于场景的复杂多变，在光谱相交区域和\或图像相交区域中很可能存在第三种物质的像素点，所以当出现第三种物质的像素点时可能会影响水平或竖直分界线。
[0099]
则对第三种物质的像素点的数量进行统计。本发明会对第三种物质的像素点的数量进行统计，判断第三种物质的量级。
[0100]
若第三种物质的像素点的数量大于预设值，则在生成光谱相交区域和\或图像相交区域时将第三种物质的像素点剔除。预设值可以是2、3、4等等竖直。当第三种物质的像素点的数量大于预设值时，则此时第三种物质可能量级较多，所以此时需要将第三种物质单
独区分，所以需要在相交区域中将将第三种物质的像素点剔除，以对第三种物质的像素点额外单独保留形成第三种物质的区域。
[0101]
若第三种物质的像素点的数量小于预设值，则在生成光谱相交区域和\或图像相交区域时将第三种物质的像素点包括，并将第三种物质的像素点修改为光谱相交区域和\或图像相交区域内像素点数量最多的物质种类所对应的光谱rgb值和\或图像rgb值。当第三种物质的像素点的数量小于预设值时，则证明第三种物质的数量可能较少，设置是可以忽略，所以可以将第三种物质直接进行归一化的处理，将第三种物质归为光谱相交区域和\或图像相交区域内像素点数量最多的物质种类所对应的光谱rgb值和\或图像rgb值，保障了水平或竖直分界线的准确性，去除了相应的误差。
[0102]
本发明还提供一种适用于高光谱遥感图像的特征提取装置，如图6所示，包括：
[0103]
信息获取模块，用于获取高光谱遥感图像中的图像信息和光谱信息；
[0104]
光谱面积确定模块，用于预先设置光谱阈值，基于所述光谱阈值和光谱信息在所述高光谱遥感图像中确定多种物质种类以及每种物质种类所对应的光谱面积；
[0105]
图像面积获取模块，用于获取所述图像信息中每种物质的图像面积；
[0106]
相交区域获取模块，用于获取任意相邻的两种物质所对应的光谱面积和图像面积，基于相邻的两种物质的光谱面积和图像面积分别确定光谱相交区域和图像相交区域；
[0107]
分界线确定模块，用于基于预设决策在所述光谱相交区域和图像相交区域之间确定水平或竖直分界点以形成水平或竖直分界线；
[0108]
划分提取模块，用于基于水平或竖直分界线将高光谱遥感图像中的各个种类的物质进行划分后提取每种物质的特征信息。
[0109]
其中，可读存储介质可以是计算机存储介质，也可以是通信介质。通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。计算机存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。例如，可读存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该可读存储介质读取信息，且可向该可读存储介质写入信息。当然，可读存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和可读存储介质可以位于专用集成电路(application specific integrated circuits，简称：asic)中。另外，该asic可以位于用户设备中。当然，处理器和可读存储介质也可以作为分立组件存在于通信设备中。可读存储介质可以是只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、cd
‑
rom、磁带、软盘和光数据存储设备等。
[0110]
本发明还提供一种程序产品，该程序产品包括执行指令，该执行指令存储在可读存储介质中。设备的至少一个处理器可以从可读存储介质读取该执行指令，至少一个处理器执行该执行指令使得设备实施上述的各种实施方式提供的方法。
[0111]
在上述终端或者服务器的实施例中，应理解，处理器可以是中央处理单元(英文：central processing unit，简称：cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(英文：digital signal processor，简称：dsp)、专用集成电路(英文：application specific integrated circuit，简称：asic)等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。
[0112]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。