专利名称：光谱向量快速编码匹配方法
技术领域：
本发明涉及一种光谱向量快速编码匹配方法，特别是一种面向高光谱遥感信息检索的光谱向量快速编码匹配方法。属于信息技术领域。
背景技术：
光谱向量是高光谱遥感中最常用的信息表达方式，在高光谱遥感影像分类、信息提取、检索、匹配等处理中，对光谱向量相似性进行度量是最主要的操作。目前采用的相似性度量方法都是对原始光谱向量直接进行计算，如欧氏距离、绝对距离、光谱角、相关系数等，这些方法计算量比较大，而且容易受噪声影响，对一些存在噪声的数据度量效果不够理想。针对这一情况，产生了通过对原始高光谱向量进行离散化和编码、进而对编码向量进行匹配度量的方法，并设计了二值编码方法和特征编码方法，二值编码将属性值按照一定的阈值编码为“0”和“1”，操作简便，但其离散化程度较低，不同光谱向量的匹配度较高，识别能力较差；特征编码依据特征波段位置进行“0”和“1”编码，受噪声、误差和特征波段漂移等因素的影响。在这些编码中阈值确定、特征波段提取都需要额外的计算工作。为了即决这些问题，有人提出了四值编码方法，经文献检索发现，在http//www.deanet.it，Freek D.vander Meer.Imaging Spectrometry for Geological Applications(成像光谱仪的地质应用)，该方法选择三个阈值将反射率划分为四个区间，分别以“0”、“1”、“2”、“3”进行编码，但阈值的确定仍然是一个影响编码匹配效果的问题，不同光谱向量的相似性度量结果往往会受阈值选择的影响。
发明内容
本发明目的在于针对现有编码方法依赖于阈值、计算结果易受噪声影响、效率较低等缺点，提出一种光谱向量快速编码匹配方法，使其在保留编码方法速度快的优点的同时，对各种光谱向量都具有较强的适用性，而且受噪声和误差影响较小，能够快速从大量候选数据集中选择目标数据供进一步分类、信息提取等操作，满足高光谱遥感影像快速检索的要求。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过固定区间将光谱向量离散化编码，然后采用扩展匹配方法得到匹配度，从而实现对两个光谱向量快速编码量化和相似性度量，包括离散化编码、编码扩展匹配、得到匹配度三个步骤(1)离散化编码待度量光谱向量进行按照固定阈值、等区间均匀量化编码，得到编码向量；(2)编码扩展匹配对两个编码向量进行逐波段按位扩展匹配，若某一位两者相同或差值为绝对值为1，则该波段为匹配波段，累加得到匹配波段数目；(3)得到匹配度计算匹配波段数占总波段数的比例，该比例作为匹配度。
以下对本发明方法作进一步的限定，具体如下1、离散化编码为了将连续的反射率离散化为简单的编码，首先要确定阈值和编码方法。本发明根据反射率
的取值范围，将其以固定阈值划分为10个等宽的均匀区间，每一区间的宽度均为0.1，对光谱向量各波段，根据其反射率值分别赋以0、1、2……、9的编码。通过离散化编码，将原始的实型或双精度型实数的光谱向量转换成为整型的编码向量，在节约存储空间的同时，还将提高运算速度。
2、编码扩展匹配常规匹配方法是进行按位匹配，即对两编码向量逐波段进行编码比较，若相等(即差值为0)则将匹配波段数加1，最后计算匹配度。为了避免均匀区间划分将相似的属性值编码为不同编码值引起边界误差(如将0.39和0.40分别编码为3和4)，本发明采用了一种扩展匹配方法对于某一波段位置两向量的编码，如果编码差值为-1、0和1，都视为该波段位置可以匹配。这种匹配方法可以有效地控制边界误差，保证匹配率。
3、得到匹配度计算区配波段数占总波段数的比例，作为最后的匹配度，用于表示两光谱向量的相似程度，匹配度越高，相似程度越高。经试验比较，一般取阈值为0.9。
与现有技术相比，本发明采用了固定阈值和等区间离散化方法，不仅避免了阈值计算，速度更快，而且对于不同光谱向量采用统一的编码规则，适用范围更广，同时在编码、相似性度量方面更具有可比性，在提高速度的同时，应用更加方便；同时本发明采用的扩展匹配方法，能够有效地避免由于区间划分和编码引发的边界误差，具有较好的容错性能。本发明可以应用于高光谱遥感影像检索中的光谱向量相似性度量，可将编码向量作为高光谱特征建立特征库和进行索引，同时在高光谱遥感影像分类、信息提取、目标识别等方面也可以发挥有效的作用。
具体实施例方式
以下结合一个实施例对具体实现方法进行说明，即要对两种地物A、B的光谱向量(具有80个波段)进行编码相似性度量，其实现过程如下1、离散化编码对两个光谱向量进行量化编码，得到两个编码向量C、D，每一位的取值范围为0，1，2，…，9。
操作时，将每一波段的反射率乘以10然后取整，即得到该位的编码，具体可以通过式Code[i]＝Int(Albedo[i]×10)实现，其中Code[i]为编码，Albedo[i]为原始的反射率，Int()函数为取整函数。当反射率等于1时，编码取“9”。
2编码扩展匹配对编码向量C和D进行逐波段按位扩展匹配，若某一位两者相同或差值为绝对值为1，则该波段为匹配波段，累加计算匹配波段数目。
3得到匹配度计算匹配波段数占总波段数的比例作为匹配度，匹配度越高，相似程度越高。一般取阈值为0.9。
表1为对四种不同地物光谱向量快速十进制编码匹配的结果。
表1光谱曲线快速编码匹配结果
进一步将这些编码方法与最常用的光谱角、欧氏距离进行了比较，表明本发明提出的方法在快速相似性度量中具有较传统方法好的效果和效率，能够满足应用的要求。
权利要求
1.一种光谱向量快速编码匹配方法，其特征在于，通过固定区间将光谱向量离散化编码，然后采用扩展匹配方法得到匹配度，从而实现对两个光谱向量快速编码量化和相似性度量，具体包括离散化编码、编码扩展匹配、得到匹配度三个步骤(1)离散化编码待度量光谱向量进行按照固定阈值、等区间均匀量化编码，得到编码向量；(2)编码扩展匹配对两个编码向量进行逐波段按位扩展匹配，若某一位两者相同或差值为绝对值为1，则该波段为匹配波段，累加得到匹配波段数目；(3)得到匹配度计算匹配波段数占总波段数的比例，该比例作为匹配度。
2.根据权利要求1所述的光谱向量快速编码匹配方法，其特征是，所述的离散化编码，具体为首先确定阈值和编码方法，根据反射率的取值范围，将其以固定阈值划分为10个等宽的均匀区间，每一区间的宽度均为0.1，对光谱向量各波段，根据其反射率值分别赋以0、1、2……、9的编码，通过离散化编码，将原始的实型或双精度型实数的光谱向量转换成为整型的编码向量。
3.根据权利要求1所述的光谱向量快速编码匹配方法，其特征是，所述的编码扩展匹配，具体为对于某一波段位置两向量的编码，如果编码差值为-1、0和1，认为该波段位置匹配。
4.根据权利要求1所述的光谱向量快速编码匹配方法，其特征是，所述的得到匹配度，具体为计算区配波段数占总波段数的比例，作为最后的匹配度，该匹配度表示两光谱向量的相似程度，匹配度越高，相似程度越高。
全文摘要
一种光谱向量快速编码匹配方法，属于遥感信息处理与应用技术领域。本发明通过固定区间将光谱向量离散化编码，然后采用扩展匹配方法得到匹配度，实现对两个光谱向量快速编码量化和相似性度量，包括三个步骤离散化编码待度量光谱向量进行按照固定阈值、等区间均匀量化编码，得到编码向量；编码扩展匹配对两个编码向量进行逐波段按位扩展匹配，若某一位两者相同或差值为绝对值为1，则该波段为匹配波段，累加计算匹配波段数目；得到匹配度计算匹配波段数占总波段数的比例，该比例作为匹配度。本发明受噪声和误差影响较小，具有较好的容错性能，能够快速从大量候选数据集中选择目标数据供进一步分类、信息提取等操作。
文档编号G06T9/00GK1547040SQ200310109349
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月12日 优先权日2003年12月12日
发明者方涛, 杜培军, 唐宏, 方 涛 申请人:上海交通大学