分形理论在遥感影像空间尺度转换中的应用研究

摘要

尺度转换是获取系列分辨率遥感影像的主要途径，是遥感尺度问题研究的重要方向之一，同时也是依赖尺度的遥感信息提取研究的焦点，对遥感影像的空间尺度转换进行研究有着重要的理论和应用意义。 近几十年来，遥感领域的科学沉淀向我们展示，遥感信息科学与分形息息相关。研究表明自然界中大多数表面映射成灰度的图像具有相同分形特征的分形表面，且大多数自然景物的灰度图像满足各向同性分数布朗随机场(FBR场)。由于分维数直观上与物体表面的粗糙程度相吻合，而自然界中的不同纹理粗糙度有很大差异，因此可将分维数作为区分不同类别纹理的有效参数。因此，分形理论对于改进在空间和光谱方面表现复杂的遥感影像具有很大潜力。 本文针对遥感影像空间尺度转换这一问题进行了研究。首先在充分研究现阶段遥感影像尺度转换研究成果的基础上，探讨分形基础理论以及遥感影像灰度曲面几何特征，确定进行遥感影像空间尺度转换的理论依据--分维数；其次研究讨论了现有遥感影像分维数计算的模型方法(双层地毯法、基于表面积的分形布朗运动法、三棱柱法)，针对这些模型是进行整体影像而非单像元的分维数计算的特点，结合分形几何原理，提出图像单像元分维数的计算方法，并以航空遥感影像为实验数据进行了算法的验证；第三，利用上述单像元分维数计算方法进行分维数计算，分析地物在不同尺度(分辨率)影像上的分形几何特征，深入挖掘遥感图像空间分辨率与分形特征的相互依赖关系，并在此基础上，提出了基于分形不变量--分维数的遥感影像尺度转换方法，并在matlab中实现像元分维数和尺度转换方法的程序；最后，利用遥感影像质量评价标准，对尺度转换方法进行评价。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1问题的提出

1.1.1尺度及尺度转换研究的重要性

1.1.2遥感影像尺度转换研究的必要性

1.1.3研究目的与意义

1.2相关研究现状及进展

1.3研究概述

1.3.1项目来源

1.3.2研究内容与目标

1.3.3研究难点与创新点

1.4论文框架结构

第二章分形基础理论及其在遥感数据处理中的应用

2.1分形理论基础

2.1.1分形的定义

2.1.2分形的基本特征

2.1.3分形与分形维

2.2分维数的测定

2.3分形布朗运动

2.3.1FBM的指数H和维数D

2.3.2分形布朗曲线

2.3.3分形布郎曲面

2.3.4离散分形布朗模型

2.4分形理论发展的历史和现状

2.5分形理论在遥感数据处理中的应用

2.5.1模拟生成遥感影像

2.5.2遥感影像的信息提取与识别

2.5.3遥感影像评价

2.5.4遥感影像压缩

2.5.5遥感影像的分割

2.5.6遥感影像的尺度转换

第三章影像分形特征与单像元分维数的计算

3.1遥感影像分形特征分析

3.2遥感影像分维数的计算方法

3.2.1常规分维数计算的基本原理

3.2.2遥感影像的分维数计算的基本原理

3.2.3遥感影像分维数计算方法

3.3单像元分维数的计算方法

3.3.1单像元计算的基本原理

3.3.2单像元分维数计算方法

3.4实验与分析

3.4.1试验数据和应用软件

3.4.2计算分维数程序的设计

3.4.3试验步骤

3.4.4试验结果与分析

第四章基于分形理论的遥感影像尺度转换方法

4.1尺度转换的理解

4.2遥感影像空间尺度转换

4.2.1遥感尺度研究要解决的问题

4.2.2遥感尺度转换要解决的问题

4.2.3遥感尺度转换方法

4.3基于分形的遥感影像尺度转换模型

4.4尺度转换方法评价指标

4.5实验与分析

4.5.1软、硬件平台及其环境要求

4.5.2实验数据概述

4.5.3实验步骤及流程

4.5.4实验结果

4.5.5实验分析

第五章结论与讨论

5.1论文总结

5.2存在问题和今后研究方向

参考文献

附录

致谢