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自然资源遥感  2021, Vol. 33 Issue (4): 82-88    DOI: 10.6046/zrzyyg.2021032
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耦合模糊C均值聚类和贝叶斯网络的遥感影像后验概率空间变化向量分析
李轶鲲1,2(), 杨洋1, 杨树文1,2,3, 王子浩1
1.兰州交通大学测绘与地理信息学院,兰州 730070
2.地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心,兰州 730070
3.甘肃省地理国情监测工程实验室,兰州 730070
A change vector analysis in posterior probability space combined with fuzzy C-means clustering and a Bayesian network
LI Yikun1,2(), YANG Yang1, YANG Shuwen1,2,3, WANG Zihao1
1. Faculty of Geomatics,Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China
2. National-Local Joint Engineering Research Center of Technologies and Applications for National Geographic State Monitoring, Lanzhou 730070, China
3. Gansu Provincial Engineering Laboratory for National Geographic State Monitoring, Lanzhou 730070, China
全文: PDF(3223 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

在遥感图像变化检测领域中,后验概率空间变化向量分析(change vector analysis in posterior probability space,CVAPS)方法具有诸多优点而被广泛应用。CVAPS法使用支持向量机(support vector machine,SVM)估计后验概率向量,但对中低分辨率遥感影像分类时SVM无法有效处理同物异谱、异物同谱及混合像元问题,从而无法保证最终检测结果的精度。由此,文章针对混合像元问题采用模糊C均值聚类(fuzzy C-means, FCM)进行建模,并耦合简单贝叶斯网络(simple Bayesian network,SBN)以解决混合像元问题及估计后验概率向量,实现了一种新的后验概率空间变化向量分析方法。实验结果表明,本文算法的总体精度和Kappa系数均优于基于SVM的CVAPS算法,算法性能受训练样本的数量影响较小,且参数设置简单,耗时少。文章提出的算法有助于提高遥感图像变化检测的精度和效率。

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李轶鲲
杨洋
杨树文
王子浩
关键词 遥感图像变化检测后验概率空间变化向量分析模糊C均值聚类简单贝叶斯网络    
Abstract

The change vector analysis in posterior probability space (CVAPS) method has been widely used in the change detection of remote sensing images owing to its many advantages. It uses the support vector machine (SVM) to estimate the posterior probability vector. However, in the classification of low and medium resolution remote sensing images, SVM cannot effectively deal with the problems of the same object with the different spectra, different objects with the same spectrum, and mixed pixels and thus cannot guarantee the accuracy of the final detection results. Therefore, this paper adopts the fuzzy c-means (FCM) clustering for modeling and couples the FCM with a simple Bayesian network (SBN) to solve the problem of mixed pixels and estimate the posterior probability vector, thus achieving a new posterior probability space change vector analysis method. The experimental results indicate that, compared to the SVM-based CVAPS algorithm, the algorithm proposed in this study shows higher overall accuracy, higher Kappa coefficient, more reliable performance that is less affected by the number of training samples, simpler parameter setting, and lower time consumption. Therefore, the algorithm proposed in this paper helps to improve the accuracy and efficiency of the change detection of remote sensing images.

Key wordsremote sensing image    change detection    change vector analysis in posterior probability space    fuzzy C-means clustering    simple Bayesian network
收稿日期: 2021-02-07      出版日期: 2021-12-23
ZTFLH:  TP79  
基金资助:国家自然科学基金项目“基于高分辨率卫星影像的彩钢板建筑与城市空间结构演变关系研究”(41761082);国家重点研发计划(地球观测与导航)项目“星空地遥感立体监测技术”(2017YFB0504201);兰州交通大学优秀平台(201806)
作者简介: 李轶鲲(1978-),男,博士,副教授,主要从事影像处理的研究。Email: liyikun2003@hotmail.com
引用本文:   
李轶鲲, 杨洋, 杨树文, 王子浩. 耦合模糊C均值聚类和贝叶斯网络的遥感影像后验概率空间变化向量分析[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(4): 82-88.
LI Yikun, YANG Yang, YANG Shuwen, WANG Zihao. A change vector analysis in posterior probability space combined with fuzzy C-means clustering and a Bayesian network. Remote Sensing for Natural Resources, 2021, 33(4): 82-88.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2021032      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2021/V33/I4/82
Fig.1  简单贝叶斯网络
Fig.2  耦合模糊C均值聚类和贝叶斯网络的变化检测模型
Fig.3  变化检测算法研究区比较示例
Fig.4  基于不同聚类数和模糊参数q的FCM-SBN-CVAPS算法的Kappa系数
Fig.5  不同数量训练像素对FCM-SBN-CVAPS及SVM-CVAPS算法Kappa系数的影响
算法 参数 错检
率/%
漏检
率/%
总体精
度/%
Kappa
系数
FCM-SBN-CVAPS 50聚类
q=3.5
1 000训
练样本
20.38 16.59 97.40 0.801 0
FCM-SBN-PCC 54.06 15.65 92.02 0.554 8
SVM-CVAPS cp=13
gamma=3
5 000训
练样本
38.97 19.79 95.07 0.666 9
SVM-PCC 73.28 10.59 82.22 0.340 9
Tab.1  变化检测算法性能比较
[1] 李德仁. 利用遥感影像进行变化检测[J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2003,28(s1):7-12.
Li D R. Change detection from remote sensing images[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2003,28(s1):7-12.
[2] Coppin P, Jonckheere I, Nackaerts K, et al. Digital change detection methods in ecosystem monitoring:A review[J]. International Journal of Remote Sensing, 2004,25(9):1565-1596.
doi: 10.1080/0143116031000101675
[3] Tewkesbury A P, Comber A J, Tate N J, et al. A critical synjournal of remotely sensed optical image change detection techniques[J]. Remote Sensing of Environment, 2015,160:1-14.
doi: 10.1016/j.rse.2015.01.006
[4] 王艳恒, 高连如, 陈正超, 等. 结合深度学习和超像元的高分遥感影像变化检测[J]. 中国图象图形学报, 2020,25(6):1271-1282.
Wang Y H, Gao L R, Chen Z C, et al. Deep learning and superpixel-based method for high-resolution remote sensing image change detection[J]. Journal of Image and Graphics, 2020,25(6):1271-1282.
[5] Singh A. Digital change detection techniques using remote sensed data[J]. International Journal of Remote Sensing, 1989,10(6):989-1003.
doi: 10.1080/01431168908903939
[6] Yetgin Z. Unsupervised change detection of satellite images using local gradual descent[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2012,50(5):1919-1929.
doi: 10.1109/TGRS.2011.2168230
[7] 郝明, 史文中, 邓喀中. 空间信息准确性增强遥感变化检测[M]. 北京: 测绘出版社, 2017.
Hao M, Shi W Z, Deng K Z. Remote sensing change detection based on enhanced spatial information[M]. Beijing: Surveying and Mapping Press, 2017.
[8] Chen J, Chen X, Cui X, et al. Change vector analysis in posterior probability space:A new method for land cover change detection[J]. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2011,8(2):317-321.
doi: 10.1109/LGRS.2010.2068537
[9] 蔡怤晟, 向泽君, 蔡衡, 等. 结合特征选择的CVA多尺度遥感影像变化检测[J]. 测绘通报, 2020(8):101-104.
Cai F S, Xiang Z J, Cai H, et al. CVA multi-scale remote sensing image change detection combined with feature selection[J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2020(8):101-104.
[10] 张春森, 吴蓉蓉, 李国君, 等. 面向对象的高空间分辨率遥感影像箱线图变化检测方法[J]. 国土资源遥感, 2020,32(2):19-25.doi: 10.6046/gtzyyg.2020.02.03.
doi: 10.6046/gtzyyg.2020.02.03
Zhang C S, Wu R R, Li G J, et al. High resolution remote sensing image object change detection based on box-plotmethod[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2020,32(2):19-25.doi: 10.6046/gtzyyg.2020.02.03.
doi: 10.6046/gtzyyg.2020.02.03
[11] 王昶, 张永生, 王旭, 等. 基于深度学习的遥感影像变化检测方法[J]. 浙江大学学报(工学版), 2020,54(11):2138-2148.
Wang C, Zhang Y Y, Wang X, et al. Remote sensing image change detection method based on deep neural networks[J]. Journal of Zhejiang University (Engineering Science), 2020,54(11):2138-2148.
[12] Daschiel H, Datcu M. Design and evaluation of human-machine communication for image information mining[J]. IEEE Transactions on Multimedia, 2005,7(6):1036-1046.
doi: 10.1109/TMM.2005.858383
[13] Ichoku C, Karnieli A. A review of mixture modeling techniques for sub-pixel land cover estimation[J]. Remote Sensing Reviews, 1996,13(3-4):161-186.
[14] 胡玉玺, 李轶鲲, 杨萍. 基于上下文敏感的贝叶斯网络及方向关系的遥感图像检索[J]. 国土资源遥感, 2017,29(3):70-76.doi: 10.6046/gtzyyg.2017.03.10.
doi: 10.6046/gtzyyg.2017.03.10
Hu Y X, Li Y K, Yang P. Retrieving of remote sensing images based on content-sensitive Bayesian networks and direction relations[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2017,29(3):70-76.doi: 10.6046/gtzyyg.2017.03.10.
doi: 10.6046/gtzyyg.2017.03.10
[15] Kapur J N, Sahoo P K, Wong A K C. A new method for gray-level picture thresholding using the entropy of the histogram[J]. Computer Vision,Graphics,and Image Processing, 1985,29:273-285.
doi: 10.1016/0734-189X(85)90125-2
[1] 牛祥华, 黄微, 黄睿, 蒋斯立. 基于注意力特征融合的高保真遥感图像薄云去除[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 116-123.
[2] 董婷, 符潍奇, 邵攀, 高利鹏, 武昌东. 基于改进全连接条件随机场的SAR影像变化检测[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 134-144.
[3] 王建强, 邹朝晖, 刘荣波, 刘志松. 基于U2-Net深度学习模型的沿海水产养殖塘遥感信息提取[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 17-24.
[4] 徐欣钰, 李小军, 赵鹤婷, 盖钧飞. NSCT和PCNN相结合的遥感图像全色锐化算法[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 64-70.
[5] 闫涵, 张毅. 利用GF-6影像结合国土“三调”开展西部地区县域自然资源调查[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 277-286.
[6] 胡建文, 汪泽平, 胡佩. 基于深度学习的空谱遥感图像融合综述[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(1): 1-14.
[7] 秦乐, 何鹏, 马玉忠, 刘建强, 杨彬. 基于时空谱特征的遥感影像时间序列变化检测[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(4): 105-112.
[8] 孟琮棠, 赵银娣, 韩文泉, 何晨阳, 陈锡秋. 基于RandLA-Net的机载激光雷达点云城市建筑物变化检测[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(4): 113-121.
[9] 马晓剑, 赵法舜, 刘艳宾. 多特征准则融合的遥感图像脉冲噪声的识别处理[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(3): 17-26.
[10] 尚晓梅, 李佳田, 吕少云, 杨汝春, 杨超. 用于遥感图像超分辨率重建的残差对偶回归网络[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(2): 112-120.
[11] 张大明, 张学勇, 李璐, 刘华勇. 一种超像素上Parzen窗密度估计的遥感图像分割方法[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1): 53-60.
[12] 薛白, 王懿哲, 刘书含, 岳明宇, 王艺颖, 赵世湖. 基于孪生注意力网络的高分辨率遥感影像变化检测[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1): 61-66.
[13] 潘建平, 徐永杰, 李明明, 胡勇, 王春晓. 结合相关系数和特征分析的植被区域自动变化检测研发[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1): 67-75.
[14] 王译著, 黄亮, 陈朋弟, 李文国, 余晓娜. 联合显著性和多方法差异影像融合的遥感影像变化检测[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(3): 89-96.
[15] 刘万军, 高健康, 曲海成, 姜文涛. 多尺度特征增强的遥感图像舰船目标检测[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(3): 97-106.
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