基于偏振光谱BRDF图像的物质分类.pdf

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1、第39卷第6期光子学报Vo1．39No．62010年6月ACTAPH0TONICASINICAJune2010文章编号：1004—4213(2010)06—1026—8基于偏振光谱BRDF图像的物质分类*陈超，赵永强，程咏梅，潘泉，罗丽(西北工业大学自动化学院，西安710072)摘要：提出一种基于偏振光谱二向反射分布函数图像的物质自动分类方法，该方法主要选择偏振光谱二向反射分布函数信息作为新的特征用于物质自动分类．采用支撑向量机的分类方法对不同的天气条件(晴天、多云、阴天)下处于杂乱的自然草地背景

2、环境中的典型目标进行分类，最后比较三种不同特征选择对于分类准确度的影响．采取三种不同的特征选取方法，分别为采用单一的光谱特征、偏振光谱特征及偏振光谱二向反射分布函数特征．最后通过实验得出：将偏振光谱二向反射分布函数作为分类特征在三种不同的天气情况下，分类准确度都较高，特别是在阴天天气条件下，分类准确度明显高于其它两种特征选择．即使是在阴天低照度下的场景中，当不同目标和背景之间的灰度很接近时，采用本文方法也能准确的进行自动分类．关键词：偏振光谱；二向反射分布函数；物质分类；特征选择；支撑矢量机中图分

3、类号：TP391文献标识码：Adoi：10．3788／gzxb201O39O6．10260引言强度信息，并用它们的分类图像与强度图像进行简单的对比，以此来突出偏振信息在目标判读的优物质自动分类是图像处理中的重要内容和关键势E]，并没有综合利用偏振光谱BRDF信息来进技术之一．随着遥感技术的发展，偏振光谱信息被广行物质的自动分类．为了突出偏振光谱BRDF信息泛应用于物质自动分类，偏振光谱遥感不仅可以提的优势，本文综合利用多光谱和偏振BRDF信息，供多／高光谱遥感中常用的光谱辐射强度信息，同时提出了基

4、于偏振多光谱BRDF图像的物质分类方还给出了偏振度和偏振角随光谱波段而变化的信法，在不同的天气条件下进行物质的自动分类，实验息，所提供的信息量大，具有较大优势．结果表明：选取偏振光谱BRDF作为分类特征，在但可见光范围内测量的偏振光谱信息较大依赖不同的天气条件下，分类准确度都较高．于入射光源强度及光源一场景一传感器之间的几何1偏振光谱BRDF及其实验测量位置关系，不同天气条件下的偏振光谱信息存在差异]．而偏振光谱二向反射分布函数(Bidirectional1．1偏振光谱BRDFReflectanc

5、eDistributionFunction，BRDF)与入射BRDFE。“能很好地将材料的反射特性和散射特辐射分布无关，在不同的入射辐射强度情况下，变化性有机的统一于同一概念中，它表示一个基本的光较小且较稳定]．同单纯采用光谱信息和采用偏振学特性，是对于某一入射方向光波在表面半球空间光谱信息相比，偏振光谱BRDF提供的偏振度和偏的反射能量的分布．它由反射介质的表面粗糙度、介振角信息，能反映物体组成成分、内部结构和表面状电常量及辐射波长和偏振等因素决定，与入射辐态等物理特性，是物体表面特征最本质的表

6、达_5；且偏振光谱BRDF值在不同天气条件下较为稳定．因而综合利用不同物质的不同光谱特性和偏振BRDF特性在不同天气条件下进行物质分类具有较大优势．而目前大多采用单一波段的偏振信息或多光谱国家自然科学基金(606O2O56)、国家自然科学基金重点资助项目(60634030)、高等学校博士学科点专项科研基金(20060699032)、航空科学基金(2007ZC53037)和西北工业大学英才计划基金资助图1BRDF几何关系Tel：029—88204271Email：chunchaaonwpu@gmai

7、l．cornFig．1GeometricalfigureofBRDF收稿日期：2008—10—20修回日期：2009—0卜3O6期陈超，等：基于偏振光谱BRDF图像的物质分类射的空间分布无关．偏振光谱BRDFL1是标量需要在太阳光照射下测量得到，L则需要通过阴影BRDF的更一般形式，它除了能量化方向散射的大技术测量得到，而L在地面遥感中近似为零，可以小之外，还可以给出散射的偏振特性，可以表示为忽略不计；分母中的参量都是未知的．且难以测量，dL(．，．，；)一F(，，，；)dE(臼，．；)(1)所以

8、采用比较测量法来测量目标的偏振光谱式中为波长，dL(，，，，；)表示沿着(．)BRDF[．方向出射的辐射亮度，dE(．，．；)表示沿着(，)假设某定标材料的偏振光谱BRDF为方向入射到被测表面的辐照度．采用Stokes矢量来描述入射和反射偏振光，此时探测器接收到的光可00]l!：是：二E!(7)以表示为[J，Q，U，]，其巾，表示非偏振光强，Q、IU．20rofJ1U分别表示两个方向上的线偏光，V代表圆偏光，由令EhE，L．和一分别为Lt和L一ref的第一于可见光遥感中圆偏振光成分