多时相遥感影像变化检测技术的研究

张德慧　杨勇　宋凯

摘 要：针对多时相遥感影像的变化检测技术进行研究，根据图像的变化推出研究目标的变化信息，完成对研究目标的动态监测，该技术无论在理论上还是在各个领域的应用中都具有重要的研究意义和广泛的应用前景。文章根据多时相遥感影像变化检测流程对遥感影像的预处理、遥感影像变化信息的提取和精度评价等关键技术展开一些积极的探索和研究，旨在经过创新和改进，在一定程度上克服现有方法存在的困难，提高变化检测的精度和效率。

关键词：多时相遥感影像；变化检测；精度评价

遥感是通过遥感器“遥远”地采集目标对象的数据，并通过对数据的分析来获取有关地物目标、或地区、或现象的信息的一门科学和技术[1]。随着卫星技术的发展，通过将各种传感器搭载至卫星平台，对地遥感观测累积了海量的地表对时间变化的数据，如何加快对这些遥感数据的充分处理和利用，促进其转化为更有价值的知识，为有关部门做出相应的、准确的、快速的决策提供丰富且有益的辅助信息，促使了多时相遥感影像变化检测技术的产生和发展。

1 多时相遥感影像变化检测的技术路线

多时相的遥感影像变化检测技术是指给定同一个地区的多个时相的单波段或多波段遥感图像，采用图像处理的方法快速而高效地检测出该地区的地物是否发生变化，若发生变化则进一步分析变化的特点和原因，从而实现对遥感图像的分析与理解。

首先选择同一地区的多时相遥感影像作为数据源，然后通过对遥感影像的辐射校正和图像配准实现数据的预处理，接着通过变化检测算法得到变化结果生成图或生成表实现变化信息的提取，再次通过分析变化检出率和检测虚警率对变化检测结果做出科学的精度分析实现精度评价。

2 关键技术分析

2.1 多时相遥感影像的预处理

辐射校正和图像配准是变化检测中两项关键的预处理过程，处理精度将直接影响变化检测的精度。

2.1.1 辐射校正

由于遥感器本身的光电系统特征、太阳高度、地形以及大气条件使得通过遥感器得到的测量值与目标物的光谱反射率或光谱辐射亮度等物理量是不一致的，也就是说通过变化检测算法得到的某些多时相遥感图像的变化并不是由地物本身的变化而引起的，因此，为了正确地评价地物的反射特征以及辐射特征，必须尽量消除这种不一致，消除的过程称为辐射校正。

2.1.2 图像配准

对于多时相遥感影像而言，由于时间不同、传感器不同、视角不同使得同一场景的两幅或多幅图像在同一坐标位置对应的地物不一致，因此需要对多时相遥感影像进行图像配准[2]，旨在使不同时相影像中的相同坐标表示地理环境的同一位置。

影像配准工作一般分为相对配准和绝对配准两种方案，绝对配准即在同一地理坐标系下对多幅图像进行几何纠正，最后重采样成相同分辨率的图像，从变化检测的结果和趋势来看，绝对配准更为符合应用要求。

2.2 多时相遥感影像变化信息的提取

多时相遥感影像变化信息的提取是通过变化检测算法有效地从多时相遥感影像的感兴趣区域中提取出地物变化的信息，然后对变化信息加以分析和描述，最后得到变化检测结果的过程[3]。多时相遥感影像的变化检测算法主要有四个思路。

2.2.1 对不同的数据源进行直接比较

基本思想是先对多时相遥感影像进行逐像素的比较，再对比较得出的差异图像进行进一步的处理达到分类，最后得到变化检测结果。该类算法的优势是能够减少由于数据获取平台和环境的不同引起的伪变化信息，不需要数据的辐射校正等复杂的预处理。

2.2.2 对不同的数据源提取信息后比较

基本思想是先对多时相遥感影像进行分类标记，然后根据相应像素类别的差异来提取发生变化的区域，最后得到变化检测结果。该类算法的优势是可以获取变化的类别信息。

2.2.3 将不同的数据源放入统一的模型中进行变化检测

基本思想是将变化检测的方法和过程作为一个整体，采用统一的模型进行整体求解。该类算法的优势是有效地克服了噪声和光照影响，简化了复杂问题。

2.2.4 时间序列影像变化检测算法

基本思想是通过连续观测数据，选择能够较为灵敏地反映地面变化的环境指数特征，分析地面检测对象的变化过程与趋势。该类算法的优势是能够检测瞬时变化，实时检测和跟踪变化，可预测未来变化。

2.3 精度评价

精度评价主要对变化的检出率和检测的虚警率进行评价[4]。变化的检出率是对是否发生变化及发生变化的位置是否精确进行分析；检测的虚警率是对检测结果中伪变化的概率进行评价。

在各种各样的遥感影像精度评价的技术中，变化检测误差矩阵和Kappa系数评价方法是最成熟最常用的变化检测精度评价方法，近些年，一些新的方法如模糊逻辑误差矩阵也被用来对多时相遥感影像变化检测结果进行分析与评价。

3 结束语

应用多时相遥感影像变化检测技术找出感兴趣区域在变化检测时间内发生的变化，并对其进行定性和定量的描述，最终得到变化检测结果，研究成果可以广泛地应用于土地利用分析、农业、自然灾害调查、海洋和军事等方面，具有重要的研究意义和广阔的应用前景。文章详细介绍了多时相遥感影像变化检测的技术路线和关键技术，并在此基础上对现有的多时相遥感影像变化检测算法进行了研究，具有重要的实际应用价值。

参考文献

[1]周启鸣.多时相遥感影像变化检测综述[J].地理信息世界，2011，2：28-33.

[2]钟家强，王润生.基于互信息相似性度量的多时相遥感图像配准[J].宇航学报，2006，27（4）：690-695.

[3]赵英时.遥感应用分析原理与方法[M].北京：科学出版社，2003.

[4]罗旺.遥感图像的变化检测与标注方法研究[D].成都：电子科技大学，2012：4-10.endprint