基于灰色系統理論的遙感圖像處理方式探析

 遙感圖像處理是通過一定技術對遙感圖像進行圖像分類、特征提取、圖像專題處理、圖像鑲嵌、投影變形、圖像整飾、幾何糾正、輻射校正以及各種專題處理的方法[1]。當前，灰色系統理論在遙感圖像處理方面得到了一定的應用?；疑到y理論自問世以來，已成功應用在經濟管理、工程控制、農業、社會等眾多領域，被相關人士稱為最具重大價值和發展前景的自然科學學科之一[2]?；疑到y理論與分形、神經網絡、粗糙集理論、模糊數學等新方法、新理論一樣，有著明顯的應用特點及優勢，在學術界得到了肯定。
1 遙感圖像處理簡介
遙感圖像處理分為數字和光學兩種方法，其主要內容包括：圖像恢復、數據壓縮、影像增強、信息提取[3]。圖像恢復是對傳輸、記錄、成像過程或者回放中的數據畸變、噪聲和錯誤進行恢復，一般表現為幾何校正、輻射校正等方面；數據壓縮是指改進存儲、傳輸及處理數據效率；影像增強是指在原有影像基礎上強調數據自身的特征，以提高視覺的質量，包括去模糊、比值運算、密度分割、邊緣增強、反差增強、彩色增強等；信息提取是指將有價值的遙感信息從增強處理的影像中提取出來，包括采用頻譜分析、集群分析、統計分析等不同類別的自動識別。
一般情況下，主要運用數字圖像處理系統完成上述信息的提取，同時根據不同的預期目標選擇相應的技術和算法。
2 灰色系統理論概述
灰色系統理論是鄧聚龍教授于1982年創立的一種自然科學理論，該理論在實際應用中具備一定的優勢，其原理是對部分已知的信息及部分未知的信息進行小范圍采樣分析，具有不確定性[4]。主要是對一些信息進行開發和生成，并將信息中具有價值的內容提取出來。
2.1 灰色系統理論的主要內容
歷經30多年的發展，灰色系統理論已具備一定科學價值，主要內容有：①灰色數學。基于灰色理論的數學分析方法。②灰色建模。以灰色模型的建立為基礎，根據一定的數列發展出來的新型建模方式。③灰色關聯分析。主要是根據因素的異同程度以及因素之間的關系，對灰色系統中存在的諸多因素進行分析的一種技術。④灰色預測?；诨疑＜夹g，提前預測灰色數據的大小以及數據發生的時間等。⑤灰色控制。主要是以灰色數據的控制為中心，完成灰色系統理論的實踐應用。⑥灰色決策。主要是為了解決灰色系統中多層次的數據問題而制定的決策。⑦灰色評估。基于灰色系統的方法和理論，對系統在某個時期的狀態或者系統本身以預期目標為向導進行分析，最終得出半定量半定性的整體描述和評價。
2.2 灰色決策的方案選擇
灰色決策是為了解決灰色系統中多層次的數據問題而制定的決策，其實踐應用價值較高，具備可操作性強、簡單易用等諸多優點。在灰色決策理論中，運用最多的是灰色關聯決策。相關人員可以通過灰色關聯度，依據不同的方案效果評價對其進行度量，經過系統分析之后得出不同等級的方案，根據最佳選用原則挑出適合實際的方案。根據灰色決策解決多層次數據問題的應用思想，主要是圍繞實際問題，選擇與最合適的方案一致的效果評價向量，根據對最合適方案及不同方案之間的效果評價向量所產生灰色關聯度程度進行分析，按照優劣程度進行最適合的方案選擇。綜上可知，關聯方式及方案能否選擇正確，將影響到決策的實施效果。
2.3 灰色關聯分析的應用原理
灰色關聯分析的基本原理是從曲線的相似度或者幾何關系判斷不同因素之間的關系，并且將幾何關系或者序列曲線、參考序列進行分析和對比。關聯度的判斷要以曲線形狀的相似度為基礎，如果兩條曲線形狀比較接近，說明因素之間的關系度較大，反之，則說明因素之間的關聯度較小[5]?；疑P聯分析主要通過關聯度來表現，即不同因素、不同事物之間不同程度的關聯，可以根據時間序列不同找出關聯性，進而為預測精度及分析因素提供可靠的依據，使決策得到更多參考，有助于技術人員進行問題主要因素的分析?；疑P聯分析和灰色模型提出之后，已有眾多國內外專家對此進行了細致研究，構建出眾多的關聯度模型，包括以斜率差、斜率比、距離對關聯度進行定義。其中灰色絕對關聯度，以其方向性、可操作性、距離無關性、關聯序唯一性、對稱性等優勢，在邊緣檢測中得到了廣泛應用。
3 基于灰色系統理論的遙感圖像處理
3.1 灰色決策與波段選擇的結合
在遙感圖像的處理過程中，目視解譯的作用不可忽視，其利用率非常高，無論是高光譜遙感還是多光譜遙感，都需要依靠目視解譯進行工作[6]。因此，處理遙感圖像需要按照類間可分性最大或者信息量最大原則進行最適合的遙感波段選擇，并將具有價值的信息匯聚成彩色圖像，為目視解譯提供支撐。最佳波段應選擇可分性好、地物光譜差異大、相關性小、信息含量多的波段。同時，應基于波段灰色標準差、影像波段間的相關性、單個波段信息量，對波段進行最佳選擇。灰色決策的四大要素依次是事件、對策、目標、效果。事件是指選擇最佳的波段組合；對策指的是從大量遙感圖像中篩選出三個波段；目標主要是正確選擇相關的系數，從而計算出與波段有關的參數；效果指的是在眾多決策中最終篩選出一套最佳決策方案。其中灰色關聯度與效果測度的計算是灰色決策的重要組成方式，主要分為上限、下限、適中等三種。上限效果測度是用來處置最大值的極性，下限效果測度的目的是進行最小值極性的處置，適中效果測度的目的是進行適中值極性的處置。
3.2 灰色關聯分析與邊緣檢測的結合
在遙感圖像的邊緣檢測中融合灰色關聯分析，是一種較有新意的應用嘗試，國內對這方面的應用研究正逐漸展開。在圖像邊緣檢測的過程中，其像素分為邊緣點與非邊緣點。從圖像的邊緣點可以看出，當邊緣點之間的像素點灰色值出現較大的波動時，通過灰色關聯度可以看出波動變化的程度，圖像中的非邊緣點，表現為點的像素值與附近像素值相似[7]。可以選擇圖像中一個像素點與附近像素點相比較，得出比較序列，選擇非邊緣點的像素點與其附近的像素點相比較，形成參考序列。按照灰色關聯分析的相關理論，灰色關聯度與比較序列和參考序列有較高相似度，即參考序列和比較序列關聯度大時，兩者形成的幾何形狀相似度較高，由此判斷這一像素點是非邊緣點。兩者形成的幾何形狀相似度較低，由此判斷這一像素點是邊緣點。
3.3 灰色關聯分析與圖像融合的結合
IHS變換融合在影像融合中較為常用，與多光譜影像相比，無論是清晰度方面還是空間分辨率方面，IHS融合后的影像質量更高[8]。但是在變換過程中的第一份量被高分辨率影像所代替，造成原始影像光譜變形，不能正確辨別影像。在IHS圖像中結合灰色關聯技術，能夠利用加權方式及IHS變換對SAR和TM進行融合，從而有效避免光譜變形。因此，灰色關聯分析在圖像融合中的應用是一種快速的、有效的多源遙感信息融合新技術。
3.4 灰色系統理論與其它方面的結合
一是在圖像信息融合中的應用，主要是利用多個傳感器進行數據的采集與發送，結合多種灰色算法融合圖像信息。二是在遙感影像增強方面的應用?；疑A測、灰色模型等相比原始圖像更適合圖像增強，對比這兩種數列選擇方式，可以得出同樣像素的灰色預測值，并將得出的灰色預測值的平均值作為像素點增強之后的值。三是在圖像分類中的應用。在遙感圖像的分類與識別中，利用灰色關聯分析理論對特征參數進行分析之后，根據特征參數與圖像相似度進行圖像分類[9]。
4 結語
隨著科學技術的不斷發展，遙感圖像處理技術也在不斷更新換代?；疑到y理論在遙感圖像處理中的應用，目前還處于初步的探索階段，需要更多的實踐證明。但是灰色系統理論的應用范圍廣泛，其灰色決策與灰色關聯分析，對遙感圖像的波段選擇與邊緣檢測較為適用，具備一定的有效性與可行性?；疑到y理論還在圖像信息融合、遙感影像增強、圖像分類中有較高的應用價值。在遙感圖像技術的研究過程中，更多地結合灰色系統理論，有利于遙感圖像技術的創新與發展。