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文檔簡(jiǎn)介

1、第一章概論1、按圖像的明暗程度和空間坐標(biāo)的連續(xù)性,可以分為數(shù)字圖像和模擬圖像。數(shù)字圖像:可用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和處理,空間坐標(biāo)和灰度均不連續(xù)。模擬圖像:計(jì)算機(jī)無(wú)法直接處理,空間坐標(biāo)和明暗程度連續(xù)變化。2遙感數(shù)字圖像中的像素值稱為亮度值(灰度值 /DN值),它的高低由傳感器所探測(cè)到的地物電磁波 的輻射強(qiáng)度決定。2、遙感數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容包括以下三個(gè)方面:圖像增強(qiáng)、圖像校正、信息提取。1)圖像增強(qiáng):用來(lái)改善圖像的對(duì)比度,突出感興趣的地物信息,提高圖像大的目視解譯效果, 它包括灰度拉伸、平滑、銳化、濾波、變換(K L/K T)、彩色合成、代數(shù)運(yùn)算、融合等。圖像顯示:為了理解數(shù)字圖像中的內(nèi)容,或?qū)μ幚斫Y(jié)果

2、進(jìn)行對(duì)比。圖像拉伸:為了提高圖像的對(duì)比度(亮度的最大值與最小值的比值),改善圖像的顯示效果。2)圖像校正(恢復(fù)/復(fù)原):為了去除和壓抑成像過(guò)程中由各種因素影響而導(dǎo)致的圖像失真。注意:圖像校正包括輻射和幾何校正,前者通過(guò)輻射定標(biāo)和大氣校正等處理將像素值由灰度級(jí)改 變?yōu)檩椪斩然蚍瓷渎剩笳呃靡延械膮⒄障敌薷南袼刈鴺?biāo),使得圖像能夠與地圖匹配或多景圖 像之間可以相互匹配。3)信息提?。簭男U蟮倪b感數(shù)據(jù)中提取各種有用的地物信息。包括圖像分割、分類等。 圖像分割:用于從背景中分割出感興趣的地物目標(biāo)。分割的結(jié)果可作為監(jiān)督分類的訓(xùn)練區(qū)。圖像分類:按照特定的分類系統(tǒng)對(duì)圖像中像素的歸屬類別進(jìn)行劃分。3、遙感數(shù)

3、字圖像處理系統(tǒng):硬件系統(tǒng)(輸入、存儲(chǔ)、處理、顯示、輸出) ,軟件系統(tǒng)。4、數(shù)字圖像處理的兩種觀點(diǎn):離散方法(空間域)、連續(xù)方法(頻率域)第二章遙感圖像的獲取和存儲(chǔ)1、遙感是遙感信息的獲取、傳輸、處理以及分析判讀和應(yīng)用的過(guò)程。遙感的實(shí)施依賴于遙感系統(tǒng)2、遙感系統(tǒng)是一個(gè)從地面到空中乃至整個(gè)空間,從信息收集、儲(chǔ)存、傳輸、處理到分析、判讀、應(yīng)用的技術(shù)體系,主要包括遙感試驗(yàn)、信息獲取(傳感器、遙感平臺(tái)) 、信息傳輸、信息處理、信 息應(yīng)用等5個(gè)部分。3、傳感器按是否具有人工輻射源,可分為被動(dòng)方式和主動(dòng)方式;按數(shù)據(jù)記錄方式,可分為成像方式 (攝影成像、掃描成像)和非成像方式。按成像原理分為攝影成像和掃描成像

4、兩類。a)攝影成像:其傳感器主要為攝影機(jī),其基本特點(diǎn)是在快門打開(kāi)后的一瞬間幾乎同時(shí)收集目標(biāo) 上所有的反射光,聚焦到膠片上成為一幅影像,并記錄下來(lái)。b)掃描成像:其特點(diǎn)逐點(diǎn)逐行地收集信息。4、傳感器分辨率指標(biāo) 主要有4個(gè):輻射分辨率、光譜分辨率、空間分辨率和時(shí)間分辨率。A.輻射分辨率:是傳感器區(qū)分反射或發(fā)射的電磁波輻射強(qiáng)度差異的能力。高輻射分辨率意味著 可以區(qū)分信號(hào)強(qiáng)度的微小差異。在可見(jiàn)、近紅外波段用噪聲等效反射率表示,在熱紅外波段 用噪聲等效溫差、最小可探測(cè)溫差和最小可分辨溫差表示。B.光譜分辨率:是傳感器記錄的電磁光譜中特定波長(zhǎng)的范圍和數(shù)量。波長(zhǎng)范圍越窄,光譜分辨 率越高;波段數(shù)越多,光譜分

5、辨率越高。C.空間分辨率:是指遙感圖像上能夠詳細(xì)區(qū)分的最小單元的尺寸或大小,即傳感器能把兩個(gè)目 標(biāo)物作為清晰的實(shí)體記錄下來(lái)的兩個(gè)目標(biāo)物之間最小的距離。它是表征圖像分辨地面目標(biāo)細(xì) 節(jié)能力的指標(biāo)。通常用像素大小、解像力或視場(chǎng)角來(lái)表示。D.時(shí)間分辨率:對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行重復(fù)探測(cè)時(shí),相鄰兩次探測(cè)的時(shí)間間隔稱為時(shí)間分辨率。5、數(shù)字化包括兩個(gè)過(guò)程:采樣和量化。6、采樣:將空間上連續(xù)的圖像變換成離散點(diǎn)的操作稱為采樣。采樣間隔越小,圖像越接近真實(shí),但 所需存儲(chǔ)空間也越大;采樣間隔越大,細(xì)節(jié)損失越多,圖像的棋盤化效果越明顯。7、量化:將像素灰度值轉(zhuǎn)換成整數(shù)灰度級(jí)的過(guò)程。*圖像所需的存儲(chǔ)空間=M*N*g / 8字節(jié),

6、M N為 圖像數(shù)據(jù)的行列,g為圖像的量化位數(shù)*。量化影響著圖像細(xì)節(jié)的可分辨程度,量化位數(shù)越高,細(xì) 節(jié)的可分辨程度越高;保持圖像大小不變,降低量化位數(shù)減少灰度級(jí)會(huì)導(dǎo)致假輪廓的出現(xiàn)。8、遙感圖像的類型根據(jù)傳感器選用的波長(zhǎng)范圍不同分為:相干圖像、不相干圖像。a)不相干圖像光學(xué)遙感屬于被動(dòng)遙感,圖像受大氣狀況影響很大。b) 相干圖像 微波遙感屬于主動(dòng)遙感,其穿透能力強(qiáng),不受天氣影響,可以全天時(shí)全天候工作。9、遙感數(shù)字圖像數(shù)據(jù)級(jí)別:0級(jí)產(chǎn)品:未經(jīng)過(guò)任何校正的原始圖像數(shù)據(jù);1級(jí)產(chǎn)品:經(jīng)過(guò)初步輻射 校正的圖像數(shù)據(jù);2級(jí)產(chǎn)品:經(jīng)過(guò)系統(tǒng)級(jí)的幾何校正;3級(jí)產(chǎn)品:經(jīng)過(guò)幾何精校正。10、 通用遙感圖像數(shù)據(jù)格式:BSQ

7、 BIL BIP (詳細(xì)解釋見(jiàn)教材P30-32)A. BSQ是像素按波段順序依次排列的數(shù)據(jù)格式。即先按照波段順序分塊排列,在每個(gè)波段內(nèi), 再按照行列順序排列。B. BIL像素先以行為單位分塊,在每個(gè)快內(nèi),按扎波段順序排列像素。C. BIP以像素為核心,像素的各個(gè)波段數(shù)據(jù)保存在一起,打破了像素空間位置的連續(xù)性。11、 特殊遙感圖像數(shù)據(jù)格式:陸地資源衛(wèi)星L5的數(shù)據(jù)格式、HDF數(shù)據(jù)格式、TIFF圖像格式、GeoTIFF圖像格式。第三章遙感圖像的表示和統(tǒng)計(jì)描述1、遙感圖像的數(shù)字表示:確定性表示(圖像的矩陣表示、圖像的向量表示)、統(tǒng)計(jì)性表示。注意:二值圖像:每個(gè)像素的取值為 0或1的圖像。2、單波段圖像

8、的統(tǒng)計(jì)特征:a)反映像素值平均信息的統(tǒng)計(jì)參數(shù):均值、中值、眾數(shù);b)反映像素值變化信息的統(tǒng)計(jì)參數(shù):方差、變差、反差;3、直方圖:是灰度級(jí)的函數(shù),描述的是圖像中各個(gè)灰度級(jí)像素的個(gè)數(shù)。Hi=n/Na)性質(zhì):1)反映了圖像灰度的分布規(guī)律2)任何一幅特定的圖像都有唯一的直方圖與之對(duì)應(yīng),但不同的圖像可以有相同的直方圖。3)如果一幅圖像僅包括連個(gè)不相連的區(qū)域,并且每個(gè)區(qū)域的直方圖已知,則整幅圖像的直 方圖就是這兩個(gè)區(qū)域的直方圖之和。4)直方圖的形態(tài)與正態(tài)分布的曲線形態(tài)類似。b)應(yīng)用:根據(jù)直方圖的形態(tài)可以大致推斷圖像的反差,然后可通過(guò)有目的地改變直方圖形態(tài)來(lái) 改善圖像的對(duì)比度。(如果圖像的直方圖形態(tài)接近正太

9、分布,則這樣的圖像反差適中)4、多波段圖像的統(tǒng)計(jì)特征(考慮了波段間存在的關(guān)聯(lián))一一協(xié)方差、相關(guān)系數(shù)、直方圖匹配5、窗口:對(duì)于圖像中的任一像素(x,y),以此為中心,按上下左右對(duì)稱所設(shè)定的像素范圍。6、濾波:指從含有干擾的接受信號(hào)中提取有用信號(hào)的一種技術(shù)。主要應(yīng)用在頻率域圖像處理中。在 空間域,濾波即為卷積運(yùn)算。7、傳統(tǒng)的紋理特征描述方法:統(tǒng)計(jì)方法(包括空間自相關(guān)函數(shù)法和灰度共生矩陣法等)、結(jié)構(gòu)方法。 a)空間自相關(guān)函數(shù)法:可用來(lái)對(duì)紋理的粗糙度進(jìn)行描述b)灰度共生矩陣法:對(duì)圖像中所有像素進(jìn)行統(tǒng)計(jì),以描述其灰度分布。它不但用于紋理的識(shí)別, 而且用于圖像分割第四章圖像的顯示和拉伸1、顏色模型:RGB

10、顏色模型、CMY顏色模型、YIQ顏色模型、HIS顏色模型。2、彩色的3個(gè)基本屬性:色調(diào)、亮度、飽和度。3、圖像的彩色合成目的:為了充分利用色彩在遙感圖像判讀中的優(yōu)勢(shì)。4、圖像的彩色合成分為3中:偽彩色合成(將單波段灰度圖像變換成彩色圖像一一密度分割)、真彩色合成(用波長(zhǎng)與紅綠藍(lán)相同或相似的波段來(lái)進(jìn)行彩色合成)、假彩色合成(用多波段圖像合成 的彩色圖像)和模擬真彩色合成a)植被在近紅外波段有較高的反射率,其次是在綠色波段。進(jìn)行真彩色合成時(shí),綠色分量(對(duì)應(yīng)于植被在綠色波段的反射)在整個(gè)像素的 3個(gè)分量中占得比重最大,所以該像素表現(xiàn)為綠色;而進(jìn)行假彩色合成時(shí),紅色分量(對(duì)應(yīng)于植被在近紅外波段的反射)

11、在整個(gè)像素的3個(gè)分量中占得比重最大,所以該像素表現(xiàn)為紅色。假彩色增強(qiáng)圖像可以有效地突出植被要素, 有利于植被的判讀。b) TM圖像中,波段2為綠波段,波段3為紅波段,波段4為近紅外波段,對(duì)4、3、2波段分 別賦予紅、綠、藍(lán)色合成的假彩色圖像稱為標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像。 對(duì)于MSS圖像,選擇波段4、2、 1分別賦予紅、綠、藍(lán)色合成可得標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像。SPOTS像的標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成方案為3(紅)、 2 (綠)、1 (藍(lán))。在標(biāo)準(zhǔn)假彩色圖像中,突出了植被、水體、城鄉(xiāng)、山區(qū)、平原等特征,植 被為紅色,水體為黑色或藍(lán)色,城鎮(zhèn)為深色,地物類型信息豐富。5、拉伸:以波段為處理對(duì)象,它通過(guò)處理波段中單個(gè)像素值來(lái)實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)

12、的效果。圖像直方圖是選擇 拉伸具體方法的基本依據(jù)。6、灰度拉伸分為線性拉伸(全域線性拉伸、分段線性拉伸、灰度窗口切片)和非線性拉伸(指數(shù)變 換、對(duì)數(shù)變換)外加多波段拉伸7、圖像圖像均衡化:使圖像灰度的動(dòng)態(tài)范圍增加,使原圖像的灰度直方圖修正為均勻分布的直方圖, 從而提高圖像的對(duì)比度。但它也同時(shí)增加了圖像的顆粒感。8、直方圖均衡化得特點(diǎn):a)各灰度級(jí)中像素出現(xiàn)的頻率近似相等。b)原圖像上像素出現(xiàn)頻率小的灰度級(jí)被合并,實(shí)現(xiàn)壓縮;像素出現(xiàn)頻率高的灰度級(jí)被拉伸,突 出了細(xì)節(jié)信息。9、直方圖規(guī)定化(匹配):修改一幅圖象的直方圖,使得它與另一幅圖象的直方圖匹配或具有一種 預(yù)先規(guī)定的函數(shù)形狀。作用:通過(guò)直方圖

13、匹配可以部分消除由于太陽(yáng)高度角或大氣影響造成的相 鄰圖像的色調(diào)差異,從而可以降低目視解譯的錯(cuò)誤。第五章 圖像校正1、輻射誤差產(chǎn)生的原因:傳感器的響應(yīng)特征和外界(自然)環(huán)境,其中后者包括大氣(霧和云)和 太陽(yáng)輻射等。2、根據(jù)輻射的波長(zhǎng)與散射微粒的大小之間的關(guān)系,按散射作用可分 為三種:瑞利散射、米氏散射和非選擇性散射。3、消除條紋常用的方法:平均值法、直方圖法及在垂直掃描線方向采用最近鄰點(diǎn)法或三次褶積法等。4、斑點(diǎn)的校正:校正后的斑點(diǎn)亮度值取其鄰域像素亮度值的平均值或用三次褶積法進(jìn)行修正。5、紅外波段的總輻射組成:通過(guò)大氣向上傳輸?shù)闹苯拥孛孑椛?、大氣自身向上傳輸?shù)妮椛洹⒋髿庀蛳螺椛涞降孛嬖俳?jīng)地面

14、反射后通過(guò)大氣向上傳輸?shù)妮椛洹?、大氣校正主要有3種方法:統(tǒng)計(jì)學(xué)方法(通常將野外實(shí)地光譜測(cè)試獲得的無(wú)大氣影像的輻射值 與衛(wèi)星傳感器同步觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行回歸分析計(jì)算,確定校正量);輻射傳遞方程計(jì)算法(測(cè)量大氣 參數(shù),按理論公式求得大氣干擾輻射量);波段對(duì)比法(在特殊條件下,利用某些不受大氣影響 或影響很小的波段校正其他波段)。A.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法主要有內(nèi)部平均法、平場(chǎng)域法、經(jīng)驗(yàn)線性法、實(shí)測(cè)光譜回歸法。B.波段對(duì)比法一般通過(guò)兩種方法進(jìn)行計(jì)算:回歸分析法和直方圖法7、太陽(yáng)輻射校正,主要校正由太陽(yáng)高度角導(dǎo)致的輻射誤差,即將太陽(yáng)光線傾斜照射時(shí)獲取的圖像校 正為太陽(yáng)光 線垂直照射時(shí)獲取的圖像。主要方法有:公式法、波

15、段比值法。8、地面輻射校正,需要有地區(qū)的DEM數(shù)據(jù),通過(guò)公式I=Io*COSa進(jìn)行校正。9、遙感圖像的幾何誤差 分為靜態(tài)誤差(傳感器相對(duì)地球呈靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)所具有的各種誤差,可分為內(nèi) 部誤差和外部誤差兩類)和動(dòng)態(tài)誤差(由于成像過(guò)程中地球的旋轉(zhuǎn)所造成的圖像誤差)兩大類。10、幾何精糾正又稱為幾何配準(zhǔn),主要步驟有:準(zhǔn)備工作、輸入原始數(shù)字圖像、確定工作范圍、選擇 地面控制點(diǎn)、選擇地圖投影、匹配地面控制點(diǎn)和像素位置、評(píng)估糾正精度、坐標(biāo)變換、重采樣、 輸出糾正后圖像。*具體步驟請(qǐng)看教材P111-12111、常用的糾正方程 有多項(xiàng)式(K階多項(xiàng)式的控制點(diǎn)數(shù)目最小應(yīng)為:(k+1)(k+2) 和共線方程兩種 12、

16、重采樣過(guò)程包括兩步:像素位置變換和像素值變換。13、重采樣方法有:最近鄰方法、雙線性內(nèi)插方法和三次卷積內(nèi)插方法。14、多圖像的幾何配準(zhǔn):將多圖像(多時(shí)相圖像)的同名圖像通過(guò)幾何變換實(shí)現(xiàn)重疊。第六章圖像變換1、圖像變換的目的:簡(jiǎn)化圖像處理;便于圖像特征提??;圖像壓縮;從概念上增強(qiáng)對(duì)圖像 信息的理解。圖像變換包括兩個(gè)過(guò)程:正變換和逆變換。2、圖像變換常用的方法有五種:傅里葉變換:針對(duì)特定波段圖像的頻率特征進(jìn)行分析處理,常用于周期性噪聲的去除。如圖像 特征提取、頻率域?yàn)V波、周期性噪聲的去除、圖像恢復(fù)、紋理分析;主成分變換(K-L變換):針對(duì)多波段圖像進(jìn)行的數(shù)學(xué)變換方法,常用于數(shù)據(jù)的壓縮或噪聲的去除;

17、纓帽變換(K-T變換):適用于LANDSA眄像的多波段經(jīng)驗(yàn)性變換方法,變換結(jié)果可以比較好的 突出主體地物特征。變換后的前三個(gè)分量為亮度、綠度、濕度;代數(shù)運(yùn)算:通過(guò)簡(jiǎn)單的代數(shù)運(yùn)算產(chǎn)生新的波段,以增強(qiáng)特定的地物信息;主要的代數(shù)運(yùn)算有:加法運(yùn)算、差值運(yùn)算、乘法運(yùn)算、比值運(yùn)算、歸一化指數(shù)(公式: B=(B-B2)/(Bi+B2)、植被指數(shù)。其中植被指數(shù)有以下四種(IR為近紅外,R為紅外): A.比值植被指數(shù)(RVD RVI=IR/RB.歸一化植被指數(shù)(NDVD NDVI=(IR-R)/(IR+R)C.差值植被指數(shù)(DVI) DVI=IR-RD.正交植被指數(shù)(PVI) PVI=1.6225(IR)-2.

18、2978(R)+11.0656 PVI=0.939(IR)-0.344(R)+0.09色彩變換:將圖像從RGB色彩空間轉(zhuǎn)換到其他色彩空間顯示,以突出RGB色彩空間難以表示的內(nèi)容。如HIS變換,Hue(色調(diào)),Intensity(強(qiáng)度),Saturation(飽和度)3、彩色變換的主要應(yīng)用:1進(jìn)行不同分辨率圖像的融合;2增強(qiáng)合成圖像的飽和度;3通過(guò)對(duì)強(qiáng)度I 成分的處理進(jìn)行圖像增強(qiáng);4多源數(shù)據(jù)綜合顯示;5其他應(yīng)用第七章 圖像濾波1、圖像濾波可分為空間域?yàn)V波和頻率域?yàn)V波兩種方法。2、空間域圖像濾波 稱為平滑和銳化處理,強(qiáng)調(diào)像素與其周圍相鄰像素的關(guān)系,常用的方法是卷積運(yùn) 算。3、在頻率域?yàn)V波中,保留圖

19、像的低頻部分抑制高頻部分的處理稱為低通濾波,起到平滑的作用;保 留圖像的高頻部分抑制低頻部分的處理稱為高通濾波,起到銳化的作用4、遙感圖像中常見(jiàn)的噪聲:高斯噪聲、脈沖噪聲、周期噪聲。5、圖像平滑:為了抑制噪聲、改善圖像的質(zhì)量所做的處理6、圖像平滑的方法a)均值濾波:是最常用的線性低通濾波器,對(duì)高斯噪聲比較有效。常用的鄰域有4-鄰域和8-鄰域。b)中值濾波:是一種常用的非線性平滑濾波器。可以用來(lái)減弱隨機(jī)干擾和脈沖干擾。c)高斯低通濾波:對(duì)高斯噪聲的去除非常有效,平滑程度越高,濾波后的圖像越模糊。d)梯度倒數(shù)加權(quán)法:平滑后圖像的邊沿和細(xì)節(jié)不會(huì)受到明顯的損害。e)選擇式掩模平滑:旨在追求既完成濾波操

20、作,又不破壞區(qū)域邊界的細(xì)節(jié)。7、圖像銳化:為了突出圖像中的地物邊緣、輪廓或線狀目標(biāo)的操作8、圖像銳化方法:線性銳化濾波器、梯度法、羅伯特梯度、Prewitt和Sobel梯度、Laplacian算子*9、定向檢測(cè):為了有目的的提取某一特定方向的邊緣或線性特征。常用的模板有:檢測(cè)垂直線、檢測(cè)水平線、檢測(cè)對(duì)角線10、 頻率域?yàn)V波:理想低通濾波器、理想高通濾波器;Butterworth低通濾波、Butterworth高通濾波;指數(shù)低通濾波、指數(shù)高通濾波;梯形低通濾波、梯形高通濾波;高斯低通濾波、高斯高通濾 波;同態(tài)濾波。第八章 圖像分割1、圖像分割是:指把圖像分成各具特征的區(qū)域并提取出感興趣的目標(biāo)的技

21、術(shù)和過(guò)程。2、圖像分割的目的:是將一幅圖像分為幾個(gè)區(qū)域,這幾個(gè)區(qū)域之間具有不同的屬性,同一區(qū)域中各 像素具有某些相同的性質(zhì)。3、分割的原則:由于圖像的復(fù)雜性和應(yīng)用的多樣性,圖像分割并沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和方法,一般可以依據(jù)以下兩個(gè)原則對(duì)圖像進(jìn)行分割:a)依據(jù)像素灰度值的不連續(xù)性進(jìn)行分割。b)依據(jù)同一區(qū)域內(nèi)部像素的灰度值具有相似性進(jìn)行分割。4、灰度閾值法:全局閾值法、自適應(yīng)閾值法、最佳閾值的選擇(直方圖方法、自適應(yīng)閾值方法、分 水嶺算法)5、邊緣檢測(cè):常用的算法有Robers算子、Prewitt邊緣算子、拉普拉斯算子等。6、邊緣連接:是將近鄰的邊緣點(diǎn)連接起來(lái)從而產(chǎn)生一條閉合的連通邊界的過(guò)程。7、開(kāi)

22、運(yùn)算:先腐蝕后膨脹;閉運(yùn)算:先膨脹后腐蝕第九章遙感圖像的分類1、分類方法:根據(jù)是否需要分類人員事先提供已知類別及其訓(xùn)練樣本,對(duì)分類器進(jìn)行訓(xùn)練和監(jiān)督, 可將遙感圖像分類方法劃分為監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類;根據(jù)分類使用的統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)方法可以分為隨 機(jī)統(tǒng)計(jì)方法(K均值分類、最大相似性分類)和模糊數(shù)學(xué)方法分類。p2、絕對(duì)距離:dik =£ |Xj -Mjk |式中,dik為當(dāng)前像素i到類k的距離;p為波段數(shù);xj為像素i在 j注j波段的像素值;Mjk為類k在波段j的均值。3、歐式距離:是平面兩點(diǎn)之間的直線距離4、馬氏距離:是一種加權(quán)的歐式距離,它通過(guò)協(xié)方差矩陣來(lái)考慮變量的相關(guān)性。5、相似系數(shù):又稱為

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