目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別

目錄目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別概述去偽裝目標(biāo)探測(cè)2.1數(shù)據(jù)瀏覽與準(zhǔn)備目標(biāo)波譜2.2目標(biāo)探測(cè)流程化工具2.2.1選擇輸入/輸出文件2.2.2大氣校正2.2.3輸入目標(biāo)波譜2.2.4輸入背景波譜2.2.5執(zhí)行MNF變換2.2.6選擇及運(yùn)行分析方法2.2.7瀏覽結(jié)果以及提取目標(biāo)2.2.8結(jié)果后處理2.2.9輸出結(jié)果3.基于BandMax向?qū)У腟AM目標(biāo)探測(cè)3.1工具功能介紹3.2詳細(xì)操作流程3.2.1數(shù)據(jù)打開(kāi)與目視解譯3.2.2收集目標(biāo)與背景波譜3.2.3啟動(dòng)SAMTargetFinderwithBandMax1、概述高光譜圖像分類方法與傳統(tǒng)的多光譜分類有本質(zhì)的區(qū)別，從高光譜圖像的每個(gè)像元均可以獲取一條連續(xù)的波譜曲線，就可以考慮用已知的波譜曲線和圖上每個(gè)像元獲取的波譜曲線進(jìn)行對(duì)比，理想情況下，如果兩條波譜曲線一樣，就能說(shuō)明這個(gè)像元是哪種物質(zhì)。高光譜圖像的這個(gè)特性，使它除了應(yīng)用于一般的圖像分類，還應(yīng)用于物質(zhì)識(shí)別、目標(biāo)探測(cè)等。圖像分類更多關(guān)注的是地物覆蓋和物質(zhì)成分，目標(biāo)識(shí)別和探測(cè)是對(duì)特定對(duì)象的搜索，其結(jié)果是''有"或者''沒(méi)有"。因此我們把高光譜圖像分類、物質(zhì)識(shí)別、探測(cè)等稱為波譜識(shí)別。本節(jié)以兩個(gè)專題為例（去偽裝目標(biāo)探測(cè)與基于BandMax向?qū)Чぞ叩腟AM目標(biāo)探測(cè)），學(xué)習(xí)ENVI中提供的高光譜目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別功能。2、去偽裝目標(biāo)探測(cè)去偽裝目標(biāo)探測(cè)也是利用高光譜圖像的地物識(shí)別能力，從圖像上探測(cè)遮掩或者偽裝的目標(biāo)，比如一種特殊物質(zhì)、礦物甚至軍事目標(biāo)等。下面以從圖像上探測(cè)一個(gè)目標(biāo)為例（練習(xí)數(shù)據(jù)存放在"..\18.目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別'數(shù)據(jù)\1.目標(biāo)探測(cè)"中），介紹ENVI的TargetDetectionWizard工具的操作流程。在本例中，示例數(shù)據(jù)是包含384個(gè)波段，波段覆蓋382nm~2500nm的高光譜數(shù)據(jù)。主要過(guò)程如下：從圖上目視解譯一個(gè)目標(biāo)（可以是多個(gè)目標(biāo)），以這個(gè)目標(biāo)的平均波譜作為參考，搜索整個(gè)圖像，識(shí)別具有類似或者相同波譜的目標(biāo)。2.1數(shù)據(jù)瀏覽與準(zhǔn)備目標(biāo)波譜（1）選擇菜單File>Open，打開(kāi)文件nvis_sub1_hsi.img；注：可以采用RGB彩色顯示模式，在DataManager中選擇波段54、34、14分別對(duì)應(yīng)RGB三個(gè)通道，然后點(diǎn)擊LoadData按鈕可以近似真彩色的顯示原始圖像，如下圖。圖1真彩色顯示輸入圖像

在右邊圖層管理器中nvis_sub1_hsi.img右鍵選擇NewRegionOfInterest打開(kāi)ROITool,在ROITool中修改ROIName：target1o(3)在ENVI主界面中的工具欄Goto輸入：130,650,回車定位到一輛裝甲車目標(biāo)。繪制這個(gè)目標(biāo)的一個(gè)多邊形ROIo注：練習(xí)數(shù)據(jù)中提供了目標(biāo)ROI文件。其中target1_sub1_roi.roi是ENVIClassic或者ENVI4.8及更早版本的ROI文件，target1_sub1_roi.xml是ENVI5.1或者更高版本的ROI文件。選擇菜單File>Open，可以打開(kāi)ROI文件。圖2繪制目標(biāo)的多邊形ROI(4)瀏覽目標(biāo)波譜。在LayerManager中，右鍵點(diǎn)擊target1,選擇Statistics(如下圖左)，會(huì)對(duì)ROI的波譜進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如下圖(右)所示。

仕Z-■wim司$1_&吐au■Stnd仕Z-■wim司$1_&吐au■Stnd54伊I0313)□otoItemRemoveL=J.PropertySaveSaveM…RevertHelp-2xl0*膈5￡3瀕1D1&S3時(shí)&&DLD6.23C7fe?US.23m?N港1373O7M2170&如3師LU頌?12hS3^hIt?4352*51230743L&S491m.(1E30S2.2目標(biāo)探測(cè)流程化工具2.2.1選擇輸入/輸出文件（1）啟動(dòng)TargetDetectionWizard工具，位于Toolbox/TargetDetection/TargetDetectionWizard，在彈出的面板左側(cè)為整個(gè)流程的描述信息，單擊Next按鈕；（2）單擊SelectInputFile，選擇高光譜數(shù)據(jù)nvis_sub1_hsi.img；（3）單擊SelectOutputRootName，選擇輸出結(jié)果的根目錄，如D:\Temp\nvis_sub1_hsi；（4）單擊Next按鈕進(jìn)入"AtmosphericCorrection"面板。2.2.2大氣校正此數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)大氣校正的，選擇None/AlreadyCorrected選項(xiàng)，單擊Next進(jìn)入"SelectTargetSpectra"面板。注：這個(gè)面板提供了快速大氣校正（QUAC）、幾個(gè)基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的大氣校正方法（IARReflectance>LogResiduals>FlatField、EmpiricalLine）和簡(jiǎn)化的黑暗像元法（DarkSubtraction），如果輸入數(shù)據(jù)未經(jīng)過(guò)大氣校正，用戶可根據(jù)需要進(jìn)行方法的選擇。2.2.3輸入目標(biāo)波譜在"SelectTargetSpectra"面板選擇Import>FromROI/EVFfrominputfile，選擇列表中的target1，點(diǎn)擊OK，選擇后效果如下圖所示。單擊SelectAll，選中目標(biāo)波譜，然后單擊Next按鈕進(jìn)入"SelectNon-TargetSpectra"面板。注：1）如果需要探測(cè)多個(gè)目標(biāo)，則輸入多個(gè)目標(biāo)的波譜，單擊SelectAll選擇列表中所有目標(biāo)波，單擊Next執(zhí)行下一步操作。2）當(dāng)需要應(yīng)用OrthogonalSubspaceProjection（OSP）,Target-ConstrainedInterference-MinimizedFilter（TCIMF）,和MixtureTunedTarget-ConstrainedInterference-MinimizedFilter（MTTCIMF）三種波譜分析方法時(shí)，需要至少2個(gè)目標(biāo)波譜，或提供背景波譜。

上gTargetWizardM10'￡*l?-c<T?t*4?#lTwit**,■■.■nhijisi.上gTargetWizardM10'￡*l?-c<T?t*4?#lTwit**,■■.■nhijisi.GmI1Ewm。■life-<RPMSil^Ci<-4>Ut混.柿L4N渤7?,仲1啊泡bahri-361)!■「$?!;■■■0p-(|gj^i.t[l|1:心1.-j2.2.4輸入背景波譜在"SelectNon-TargetSpectra"面板中可以選擇易與目標(biāo)波譜混淆的波譜作為背景波譜，有助于提高探測(cè)精度。這里選擇No（不選擇背景波譜），單擊Next進(jìn)入"ApplyMNFTransform"面板。注：如果要使用OrthogonalSubspaceProjection（OSP）或Target-ConstrainedInterference-MinimizedFilter（TCIMF）方法，必須在第三步驟輸入大于一種的目標(biāo)波譜，或在第四步驟輸入背景波譜。如果要使用MixtureTunedTarget-ConstrainedInterference-MinimizedFilter（MTTCIMF）分析方法，必須在第三步驟輸入大于一種的目標(biāo)波譜，或在第四步驟輸入背景波譜，而且在下面的第五步要執(zhí)行MNF變換。2.2.5執(zhí)行MNF變換(1)在ApplyMNFTransform面板中，ApplyMNFTransform？選擇Yes；(2)單擊ShowAdvancedOptions按鈕，默認(rèn)選擇全部的MNF波段;(3)單擊NoiseStatsShiftDiffSpatialSubset,默認(rèn)選擇全部圖像區(qū)域用于統(tǒng)計(jì)噪聲;(4)單擊Next執(zhí)行MNF變換，計(jì)算完成后自動(dòng)進(jìn)入"TargetDetectionMethods"面板。注：MNF變換可以分離噪聲，對(duì)數(shù)據(jù)降維以減少計(jì)算量。如果選擇No，那么將不能選擇MixtureTunedMatchedFilter(MTMF)和MixtureTunedTarget-ConstrainedInterference-MinimizedFilter(MTTCIMF)識(shí)別方法。2.2.6選擇及運(yùn)行分析方法在"TargetDetectionMethods"面板選擇CEM、ACE和MTMF三種方法(如圖所示)，單擊Next按鈕執(zhí)行分析，之后自動(dòng)進(jìn)入"LoadRuleImagesandPreviewResult"面板。TOC\o"1-5"\h\z闔TargrtDetectianWizardL^.輿S<tp6*10:S?1一TftfDttfctiFiller(MF)寸CenilraiinedEittrgy(CEM)yUaptiColk?Fme?Esti(ACEjSpsellalAngLfi(SAM)1^iQrthuEgnaL知FrvjwstiimCKP)14ig?t~Constra.AIiit?T￡?ren.ee-MiiLambzed.FtIterCTCDffliXttiJtTuftfrdTCIHFilJITTCIKF)[7^MixtureNale-heiFallnf；(MTMF)SdlttciMil.\CL^wjHJLIHideOpli^hsCalculale：CTfflan』TCTMFusiixf]Vs*SubB&fkgrAUfLd■CaiicelShgTeatHftlp《~rrtyHut—>—圖5TargetDetectionMethods面板2.2.7瀏覽結(jié)果以及提取目標(biāo)在LoadRuleImagesandPreviewResult面板中，"Target”列表中顯示所有探測(cè)目標(biāo)參考波譜，在"Method”列表中選擇相應(yīng)分析方法，其得到的規(guī)則自動(dòng)顯示在Display窗口中，選擇規(guī)則閾值或者散點(diǎn)圖上選擇點(diǎn)云將目標(biāo)分離。（1）在"Method"列表中選擇CEM，規(guī)則閾值（RuleThreshold）：0.2。（2）在"Method”列表中選擇ACE，規(guī)則閾值（RuleThreshold）：0.1。（3）在"Method"列表中選擇MTMF，自動(dòng)會(huì)生成一個(gè)MFscores和infeasibilityvalues的散點(diǎn)圖，選擇高M(jìn)Fscores和低infeasibilityvalues的點(diǎn)云，也就是散點(diǎn)圖右下角部分點(diǎn)云，就是探測(cè)到的目標(biāo)。（4）單擊Next執(zhí)行從規(guī)則圖像中分離目標(biāo)，進(jìn)入"FilterTargets"面板。注：1）對(duì)于MF,CEM,ACE,SAM,OSP,和TCIMF，ENVI自動(dòng)生成默認(rèn)值閾值。當(dāng)手動(dòng)修改閾值時(shí)，調(diào)整閾值越小，得到的目標(biāo)點(diǎn)越多，"假目標(biāo)"也隨之增多，重新獲取的目標(biāo)點(diǎn)會(huì)在圖上高亮顯示。SAM剛好相反。2）對(duì)于MTTCIMF和MTMF，ENVI自動(dòng)生成MFscores和Infeasibilityvalues的整個(gè)圖像的散點(diǎn)圖。用鼠標(biāo)左鍵繪制多邊形區(qū)域選擇點(diǎn)云，鼠標(biāo)右鍵結(jié)束選擇。鼠標(biāo)中建拉框可放大點(diǎn)云，單擊中鍵回到上一個(gè)試圖，同時(shí)之前選擇的點(diǎn)云被取消，當(dāng)選擇錯(cuò)誤時(shí)候用這個(gè)功能重新選擇點(diǎn)云。散點(diǎn)圖勾選區(qū)域如圖所示，需要選擇Infeasibilityvalues較低，且右側(cè)散落的點(diǎn)。；紹知CEM(target1上Ffii■?心Lr-wd國(guó)H|門中Gm^y&叫HrsTErWrdz密=sl霹或回TisrgrtDet?1ionWizardCHOCllStep7ofIQJUt呻BtuJ*"日Firivivt!■iftl-■仕姑土E)?E*ultStretchSq.iJ'krtI10.21M叫.TT^iti^ldF命FrmoTtrgtFix』C^-unf13qHTMPTtr(?l圖6LoadRuleImagesandPreviewResult面板vlFull斑ndS?ttST畫105圖7MTTCIMF和MTMF算法散點(diǎn)圖的勾選區(qū)域2.2.8結(jié)果后處理在FilterTargets面板中（如下圖），按照默認(rèn)設(shè)置單擊Next按鈕，進(jìn)入ExportResults面板。注：這一步提供分類后處理的方法（Clumping和Sieving）用于去除結(jié)果中的小斑點(diǎn)。Clumping是用卷積的方法定性去除小斑點(diǎn)；Sieving是用定性的方法去除小斑點(diǎn)，通過(guò)設(shè)置最小聚類像素個(gè)數(shù)（GroupMinThreshold）移除小斑點(diǎn)。灼TargecDetectionWizard-Q-回HEMS*p9UD：七S?ltciTwrc?l、心叫1亍廠FiilLirOp-U?mVjClwipijLt吒—CTunp?￡LgFwvttri葉”砒"SiEiIm3ColsS.SiiramsfuriHttidri財(cái)句町llihTM“k司0查@IfyM郵槌幅!i陰蛆陽(yáng)BMCmMlI[SWTg]\]<-l?l-Tj圖8結(jié)果后處理(小斑點(diǎn)去除)2.2.9輸出結(jié)果在ExportResults面板(如下圖)，可以將探測(cè)結(jié)果輸出為感興趣區(qū)(ROI)和矢量(Shapefile),按照默認(rèn)設(shè)置(ROI)單擊Next按鈕，進(jìn)入最后一個(gè)面板"ViewStatisticsandReport"，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)探測(cè)的結(jié)果，且探測(cè)的所有結(jié)果自動(dòng)加載到ROITool中并顯示在圖上。定位探測(cè)結(jié)果(169,163)是一個(gè)樹(shù)林掩蓋的目標(biāo)，點(diǎn)擊Finish完成。注：整個(gè)流程都可以使用Prev按鈕回到上一步操作。酒TargetBeteciionWrMrJME瓢的TtwlMal>|Stap日of10:ExportRt^ullxEiepdrtth)liras71B0I^1琴mp.E.圖9結(jié)果輸出面板*3Tar^<EJrte^thdmWiz-iardIl±JI回?=1(R-Bind舛蒞"ndWG"-■■舊4T揮c?1Lte,tLg、M-htiFfil1.CKFI5l?p10?tIDVLn5lttLlL]Cl3filpc-rtSlrliitirtX『《FlL圖10ViewStatisticsandReport面板3基于BandMax向?qū)У腟AM目標(biāo)探測(cè)3.1工具功能介紹基于BandMax向?qū)У腟AM目標(biāo)探測(cè)工具可以引導(dǎo)我們完成高光譜影像的目標(biāo)探測(cè)。向?qū)У腂andMax工具能幫助找到最佳的波譜子集從而區(qū)分背景和目標(biāo)，并節(jié)省處理的時(shí)間。向?qū)е饕幸韵聨讉€(gè)步驟:（1）選擇輸入/輸出文件（2）選擇目標(biāo)一選擇目標(biāo)波譜（3）選擇背景一選擇需要抑制的背景信息（4）利用BandMax計(jì)算有效波段一識(shí)別對(duì)SAM分析中有效的波段（5）選擇最大角閾值一定義SAM最大角（6）檢驗(yàn)制圖成果一SAM分析以及成果檢驗(yàn)。如處理結(jié)果理想，那么可以點(diǎn)擊Finish退出向?qū)АＨ绻麢z驗(yàn)結(jié)果顯示波段子集不充分，向?qū)?huì)返回到第二步，需要重新輸入目標(biāo)和背景波譜，然后利用BandMax選擇最合適的波段子集以及利用SAM對(duì)輸入數(shù)據(jù)重新分類。處理分析完成后，向?qū)е袑@示分析報(bào)告。如果需要，我們可以保存這個(gè)文件以備后用。向?qū)囟ú襟E中得出的影像結(jié)果會(huì)顯示在ENVI的DataManager中。如果輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量不好或者設(shè)置了不合適的參數(shù)，很有可能得到不理想的結(jié)果。向?qū)У牡谝粋€(gè)面板主要介紹該向?qū)У墓ぷ髁鞒?。向?qū)е衅渌拿姘逯饕榻B完成這個(gè)過(guò)程的6個(gè)步驟。這些處理步驟有時(shí)會(huì)因?yàn)榉治龇椒ǖ牟煌磸?fù)出現(xiàn)。3.2詳細(xì)操作流程下面介紹詳細(xì)操作流程，以AVIRIS高光譜數(shù)據(jù)為例（位于”...\數(shù)據(jù)\2.TargetFindingWithSAMandBandMax\sandiego_reflectance.img"），此數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)了大氣校正，為地表反射率圖像。3.2.1數(shù)據(jù)打開(kāi)與目視解譯（1）啟動(dòng)ENVI5.1，打開(kāi)File>Open，選擇”...\數(shù)據(jù)\2.TargetFindingWithSAMandBandMax\sandiego_reflectance.img"文件，并加載到視圖中，如圖所示；

(2)從圖中可以看出，影像中包含了一些飛機(jī)。綠色圓圈選中的三架飛機(jī)是我們的探測(cè)目標(biāo)，像元位置為［88,10］和［142,337］等。另外最明顯的紅色圓圈選中的兩家飛機(jī)將是我們需要抑制的背景，像元位置為［231,135］和［243,143］。注：像元坐標(biāo)以［0,0］為原點(diǎn)。JT?EkH-uUw^i(B"-vjNi.Jidw5■hillWIVUWIDIjlriMiiki_J^rutuii圖11數(shù)據(jù)加載與目視解譯JT?EkH-uUw^i(B"-vjNi.Jidw5■hillWIVUWIDIjlriMiiki_J^rutuii3.2.2收集目標(biāo)與背景波譜啟動(dòng)光譜曲線查看器，菜單為Spectral>Profiles>Spectral,如下圖所示；收集目標(biāo)波譜。在ENVI主界面第一行工具欄最右側(cè)的"GoTo"框內(nèi)手動(dòng)輸入"88,10"，然后按Enter鍵，將自動(dòng)定位到目標(biāo)像元，并在波譜查看器中顯示目標(biāo)波譜；注：輸入坐標(biāo)不包含雙引號(hào)，X與Y坐標(biāo)中間為英文狀態(tài)下的逗號(hào)。

涿rtrjilLibraryViewerNzP1MWindow33￡NWVF#wFlieSt^F.>2WQScaRtrFloEprtffitasfGunrerYahwMVtrtJcal卷涿rtrjilLibraryViewerNzP1MWindow33￡NWVF#wFlieSt^F.>2WQScaRtrFloEprtffitasfGunrerYahwMVtrtJcal卷^rb?traryViewSwipe旦Hw&nhdjPcrialk偵H?也政Stretch也JS^e^ifdl1Profilfrfsjndi建gcuredleiiiameim引/?■盧蕓.工》?.￡*口2SO-0jooaD?.t4WaItmI*poffMEimrt*D^lkoniv5p*gim，iMM網(wǎng)ISOV的便W5QQWavehnsth[nm]圖13獲取目標(biāo)波譜(1)在SpectralProfile面板中，選擇Options>NewWindowwithPlots，打開(kāi)一個(gè)新的Plot窗口，并保留了目標(biāo)波譜，可以點(diǎn)擊右側(cè)中間三角形箭頭顯示出波譜列表;(2)以同樣的方法收集背景波譜。在第一行工具欄最右側(cè)的"GoTo"框內(nèi)手動(dòng)輸入"243,143"，然后按Enter鍵，將自動(dòng)定位到背景像元，波譜將自動(dòng)顯示在SpectralProfile面板中，點(diǎn)擊右側(cè)中間三角形箭頭，可以顯示波譜列表;

注：如果想收集多條光譜曲線，可以使用鼠標(biāo)左鍵將波譜拖入到新建Plot窗口的波譜列表中，如下圖所示，本例中目標(biāo)和背景波譜均為一條曲線，可以不進(jìn)行拖拽?！闑K5斜T匚■曲Erg^rl*[illITlltMeWdhfl*n<^2j;￡EK5斜T匚■曲Erg^rl*[illITlltMeWdhfl*n<^2j;h*4■3.2.3啟動(dòng)SAMTargetFinderwithBandMax（1）啟動(dòng)工具Toolbox/TargetDetection/SAMTargetFinderwithBandMax，工具第一步左側(cè)文字介紹了工具的功能與操作步驟，點(diǎn)擊Next進(jìn)入下一步；（2）點(diǎn)擊SelectInputFile，選擇輸入文件，即"sandiego_reflectance.img”，ENVI會(huì)自動(dòng)設(shè)置輸出文件夾路徑，可以點(diǎn)擊SelectOutputRootName按鈕修改輸出路徑。點(diǎn)擊Next進(jìn)入下一步；（3）在TargetSpectra面板，需要輸入目標(biāo)波譜。在表格空白處右鍵選擇［88,10］波譜曲線，將自動(dòng)加載到波譜列表中，如下圖所示。點(diǎn)擊Next進(jìn)入下一步；

圖15輸入目標(biāo)波譜(4)選擇SelectBackgroundstoReject為Yes，在下面用同樣的方法將［243143］輸入作為背景波譜，點(diǎn)擊Next進(jìn)入下一步；在此步驟，將BandSignificanceThreshold設(shè)置為0.2775，NumberofSignificantBands將變?yōu)?2，如下