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1、第39卷第6期光子學(xué)報(bào)Vo1．39No．62010年6月ACTAPH0TONICASINICAJune2010文章編號(hào)：1004—4213(2010)06—1026—8基于偏振光譜BRDF圖像的物質(zhì)分類*陳超，趙永強(qiáng)，程詠梅，潘泉，羅麗(西北工業(yè)大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，西安710072)摘要：提出一種基于偏振光譜二向反射分布函數(shù)圖像的物質(zhì)自動(dòng)分類方法，該方法主要選擇偏振光譜二向反射分布函數(shù)信息作為新的特征用于物質(zhì)自動(dòng)分類．采用支撐向量機(jī)的分類方法對(duì)不同的天氣條件(晴天、多云、陰天)下處于雜亂的自然草地背景
2、環(huán)境中的典型目標(biāo)進(jìn)行分類，最后比較三種不同特征選擇對(duì)于分類準(zhǔn)確度的影響．采取三種不同的特征選取方法，分別為采用單一的光譜特征、偏振光譜特征及偏振光譜二向反射分布函數(shù)特征．最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出：將偏振光譜二向反射分布函數(shù)作為分類特征在三種不同的天氣情況下，分類準(zhǔn)確度都較高，特別是在陰天天氣條件下，分類準(zhǔn)確度明顯高于其它兩種特征選擇．即使是在陰天低照度下的場(chǎng)景中，當(dāng)不同目標(biāo)和背景之間的灰度很接近時(shí)，采用本文方法也能準(zhǔn)確的進(jìn)行自動(dòng)分類．關(guān)鍵詞：偏振光譜；二向反射分布函數(shù)；物質(zhì)分類；特征選擇；支撐矢量機(jī)中圖分
3、類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10．3788／gzxb201O39O6．10260引言強(qiáng)度信息，并用它們的分類圖像與強(qiáng)度圖像進(jìn)行簡(jiǎn)單的對(duì)比，以此來(lái)突出偏振信息在目標(biāo)判讀的優(yōu)物質(zhì)自動(dòng)分類是圖像處理中的重要內(nèi)容和關(guān)鍵勢(shì)E]，并沒(méi)有綜合利用偏振光譜BRDF信息來(lái)進(jìn)技術(shù)之一．隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，偏振光譜信息被廣行物質(zhì)的自動(dòng)分類．為了突出偏振光譜BRDF信息泛應(yīng)用于物質(zhì)自動(dòng)分類，偏振光譜遙感不僅可以提的優(yōu)勢(shì)，本文綜合利用多光譜和偏振BRDF信息，供多／高光譜遙感中常用的光譜輻射強(qiáng)度信息，同時(shí)提出了基
4、于偏振多光譜BRDF圖像的物質(zhì)分類方還給出了偏振度和偏振角隨光譜波段而變化的信法，在不同的天氣條件下進(jìn)行物質(zhì)的自動(dòng)分類，實(shí)驗(yàn)息，所提供的信息量大，具有較大優(yōu)勢(shì)．結(jié)果表明：選取偏振光譜BRDF作為分類特征，在但可見(jiàn)光范圍內(nèi)測(cè)量的偏振光譜信息較大依賴不同的天氣條件下，分類準(zhǔn)確度都較高．于入射光源強(qiáng)度及光源一場(chǎng)景一傳感器之間的幾何1偏振光譜BRDF及其實(shí)驗(yàn)測(cè)量位置關(guān)系，不同天氣條件下的偏振光譜信息存在差異]．而偏振光譜二向反射分布函數(shù)(Bidirectional1．1偏振光譜BRDFReflectanc
5、eDistributionFunction，BRDF)與入射BRDFE?！澳芎芎玫貙⒉牧系姆瓷涮匦院蜕⑸涮剌椛浞植紵o(wú)關(guān)，在不同的入射輻射強(qiáng)度情況下，變化性有機(jī)的統(tǒng)一于同一概念中，它表示一個(gè)基本的光較小且較穩(wěn)定]．同單純采用光譜信息和采用偏振學(xué)特性，是對(duì)于某一入射方向光波在表面半球空間光譜信息相比，偏振光譜BRDF提供的偏振度和偏的反射能量的分布．它由反射介質(zhì)的表面粗糙度、介振角信息，能反映物體組成成分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面狀電常量及輻射波長(zhǎng)和偏振等因素決定，與入射輻態(tài)等物理特性，是物體表面特征最本質(zhì)的表
6、達(dá)_5；且偏振光譜BRDF值在不同天氣條件下較為穩(wěn)定．因而綜合利用不同物質(zhì)的不同光譜特性和偏振BRDF特性在不同天氣條件下進(jìn)行物質(zhì)分類具有較大優(yōu)勢(shì)．而目前大多采用單一波段的偏振信息或多光譜國(guó)家自然科學(xué)基金(606O2O56)、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項(xiàng)目(60634030)、高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(20060699032)、航空科學(xué)基金(2007ZC53037)和西北工業(yè)大學(xué)英才計(jì)劃基金資助圖1BRDF幾何關(guān)系Tel：029—88204271Email：chunchaaonwpu@gmai
7、l．cornFig．1GeometricalfigureofBRDF收稿日期：2008—10—20修回日期：2009—0卜3O6期陳超，等：基于偏振光譜BRDF圖像的物質(zhì)分類射的空間分布無(wú)關(guān)．偏振光譜BRDFL1是標(biāo)量需要在太陽(yáng)光照射下測(cè)量得到，L則需要通過(guò)陰影BRDF的更一般形式，它除了能量化方向散射的大技術(shù)測(cè)量得到，而L在地面遙感中近似為零，可以小之外，還可以給出散射的偏振特性，可以表示為忽略不計(jì)；分母中的參量都是未知的．且難以測(cè)量，dL(．，．，；)一F(，，，；)dE(臼，．；)(1)所以
8、采用比較測(cè)量法來(lái)測(cè)量目標(biāo)的偏振光譜式中為波長(zhǎng)，dL(，，，，；)表示沿著(．)BRDF[．方向出射的輻射亮度，dE(．，．；)表示沿著(，)假設(shè)某定標(biāo)材料的偏振光譜BRDF為方向入射到被測(cè)表面的輻照度．采用Stokes矢量來(lái)描述入射和反射偏振光，此時(shí)探測(cè)器接收到的光可00]l!：是：二E!(7)以表示為[J，Q，U，]，其巾，表示非偏振光強(qiáng)，Q、IU．20rofJ1U分別表示兩個(gè)方向上的線偏光，V代表圓偏光，由令EhE，L．和一分別為L(zhǎng)t和L一ref的第一于可見(jiàn)光遙感中圓偏振光成分
