《基於空間映射表的水體亞像元定位模型與算法研究》是依託華中科技大學，由付必濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於空間映射表的水體亞像元定位模型與算法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：付必濤
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水體遙感技術在洪水監測、水環境監測和水資源保護等領域有重要套用，但水體邊界混合像元降低了水體提取精度，研究水體亞像元定位能有效提高其精度和效費比。本課題提出基於空間映射表的水體亞像元定位模型，將其視為基於約束條件的水體邊界線定位問題，研究一系列基於空間映射表的路徑篩選、追蹤、匹配和定位算法。其研究成果有助於實現自動、快速、高精度的水體提取，有重大的理論意義和實用價值。.本課題以水體邊界線為研究對象，以遙感圖像處理相關理論為基礎，引入聚類分析、數值分析和動態規劃法等數學手段，從理論上深入分析和挖掘相鄰混合像元間的空間相關性中隱含的水體邊界線空間分布信息，研究如何通過評價指標體系將其轉換為量化的定位指標；研究空間映射表的自動生成算法、路徑起止點判別算法、相鄰像元路徑匹配算法、動態規劃最優路徑匹配算法，離散水體亞像元的定位算法等，實現水體亞像元定位模型一系列關鍵技術問題的解決方法。
結題摘要
遙感影像亞像元分解定位研究之前必須進行高精度的影像匹配。本項目提出了基於四元組和面積比的粗匹配算法和基於移位重採樣模板的精匹配算法。低解析度影像中的混合像元使得同名特徵點在不同空間解析度影像中的形態、色調差異很大，導致匹配結果精度不高。移位重採樣模板匹配方法可以保證兩幅圖像之間實現0.1個像元的匹配精度，匹配過程無需人工干預，保證了亞像元定位誤差統計的可靠性和工作效率。 本項研究提出了基於空間映射表的水體亞像元定位模型，並解決了其中一系列算法問題。建立了路徑光滑性和像元內最小聚類距離指標體系；設計了空間映射表的遍歷算法，空間映射表中列出全部滿足面積約束、連續性和光滑性指標的路徑，它主要反映混合像元中水體端元組分豐度與水體邊界線空間分布的對應關係；研究了追蹤水體邊界線走向的算法和水體混合像元內路徑起止點類型的判別算法；設計了通過查找空間映射表自動獲取候選路徑的方法；建立了相鄰路徑匹配準則，和相鄰路徑匹配算法，用於匹配候選路徑，篩除不匹配的路徑，以減少後續匹配工作量；建立了水體邊界線動態規劃路徑匹配算法及其求解算法。 提出了基於各向異性空間依賴的改進霍普菲爾德神經網路模型定位亞像元。先採用Sobel運算元檢測端元組分豐度以及在分數圖像中的方向，成分的方向直接決定亞像元定位的方位，端元組分含量決定相鄰亞像元在端元中的權重。實驗結果證明，該方法比傳統的各項同性方法更精確，對離散亞像元的定位更為有效。 套用歸一化傅立葉描述子（NFD）統計了水體亞像元定位後的精度。實驗結果表明，當空間尺度因子S≤3時，NFD≤0.0037，亞像元定位結果與真實邊界線差異很小，亞像元定位結果是可靠的；當S=4,5時，NFD≤0.0132，亞像元定點陣圖中水體邊界線細節出現偏差，只能用於對精度要求不高的套用領域；當S≥6時，NFD≥0.0197，地物邊界線總體輪廓出現偏差，定位結果是不可靠的。 實驗驗證。選擇武漢的南湖、黃家湖、潛江市長湖、以及太湖水域作為典型研究區域，收集了這些區域的部分遙感影像資料；處理原始數據生成了水體端元圖；進行了幾何校正、輻射校正等。經過大量實驗，驗證了基於空間映射表的水體亞像元定位算法的可行性。 發表了13篇論文，其中3篇SCI，10篇EI，3篇中文核心期刊。兩名博士、兩名碩士先後參與了本項目的研究，得到了很大的鍛鍊。
