基于核典型相关分析的遥感图像辐射归一化研究

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1、博士学位论文基于核典型相关分析的遥感图像辐射归一化研究作者姓名：白洋指导教师:唐娉研究员中国科学院遥感与数字地球研究所学位类别:工学博士学科专业:信号与信息处理培养单位:中国科学院遥感与数字地球研究所2018年5月RadiometricNormalizationofRemoteSensingImageBasedonKernelCanonicalCorrelationAnalysisADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofScienc

2、esInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEngineeringinSignalandInformationProcessingByYangBaiSupervisor:ProfessorPingTangInstituteofRemoteSensingandDigitalEarth,ChineseAcademyofSciencesMay2018中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指

3、导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。作者签名：日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解并同意遵守中国科学院有关保存和使用学位论文的规定，即中国科学院有权保留送交学位论文的副本，允许该论文被查阅，可以按照学术研究公开原则和保护知识产权的原则公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文。

4、涉密及延迟公开的学位论文在解密或延迟期后适用本声明。作者签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要遥感图像的辐射归一化处理，也可以称为光谱对齐，是一种通过光谱变换的手段对多源、多时相的遥感数据光谱进行调整，使其具有良好的辐射一致性的方法。由于外部原因造成的图像间辐射差异以及植被等地物自然变化导致的季相差异给变化检测带来严重干扰。因此，如何消除这类异常造成的干扰，是多源、大区域和时间序列遥感数据变化检测的处理和分析中亟待解决的问题之一，也是其首要工作。目前已有大量学者提出了很多快速、简单、有效的辐射归一化方法

5、，本文对其进行了总结和归纳，发现现有方法中仍存在一定的不足和局限性，主要表现在：现有方法大多基于线性假设，这只是一种近似的线性关系；对目标图像有严格的约束条件，如要求目标图像和参考图像时相非常相近，大大限制了相对辐射归一化的应用；辐射归一化的研究大多集中于不变点的选取，选取不变点之后的拟合方法较少；只考虑伪不变点的归一化，对于规律性的光谱变化不能进行归一化，如地物自然生长造成的季相变化；现有的基于非线性方法对图像进行辐射归一化研究较少，无法真正应用于实际工程中。针对上述问题，本文以一种多元统计分析方法

6、——核典型相关分析为基础，针对宽谱高分一号卫星的辐射归一化问题进行了深入研究，并将其与现有方法进行比较与分析，最后将其应用于云检测与修补过程。本文的主要研究内容与创新点包括以下几点：（1）提出了改进的基于典型相关分析的辐射归一化方法。该方法旨在解决现有的基于典型相关分析提取的伪不变点中的“噪声点”对归一化方程拟合造成干扰的问题，提出一种基于Ransac稳健回归的拟合方法，减小提取的不变点中的“噪声点”对于辐射归一化结果的影响，提高斜率和截距的准确度，消除图像间由于外界因素影响造成的整体辐射差异，使辐射

7、归一化结果更准确。（2）提出了基于核典型相关分析的辐射归一化方法。利用典型相关分析在核空间内的多元分析能力，提取目标图像与参考图像之间的非线性关系，并对目标图像进行归一化处理。基于核典型相关分析的辐射归一化结果可以保持每个图像对之间更好的相似性和更高的相关性，并且有效避免颜色差异的传递。该方法I基于核典型相关分析的遥感图像辐射归一化研究不仅建立了多幅图像间的公共辐射尺度或参考，保证了上述实验图像间的辐射一致性。对图像间整体辐射差异进行归一化处理的同时，也消除了由于图像间时相变化，地物自然生长导致的规律

8、性辐射季相差异，增强我们感兴趣的光谱变化。该方法快速简单，对目标处理图像与参考图像的时相差异没有严格的约束条件，不需要任何辅助数据，是一个非常完善的辐射预处理方法，为宽谱高分一号卫星更好的应用于变化检测，土地利用，土地覆盖变化检测等领域提供基础数据做重大铺垫。（3）提出了基于核典型相关分析的云检测方法。本文将辐射归一化与变化检测相结合，提出一种多幅图像的自动、快速的云检测与修补算法，作为基于核典型相关分析的辐射归一化处理的具体应用。该方法充分利用核典型相