Проблема избыточности спектральной информации при тематической обработке гиперспектральных данных авиакосмического дистанционного зондирования

В последние двадцать лет во всем мире активно проводятся исследования в области обработки и тематического анализа изображений с авиационной и космической гиперспектральной аппаратуры ДЗЗ. Продемонстрированы большие перспективы использования гиперспектральных изображений в решении тематических задач лесного и сельского хозяйства, экологии, гидрологии, геологии, сейсмологии и ряде других направлений. При этом в технологиях автоматизированной обработки применяются самые разнообразные математические модели, методы и алгоритмы. Однако для их значительной части вопрос эффективности при массовом практическом использовании до сих пор остается открытым.
Одной из актуальных проблем при тематической обработке гиперспектральных данных является сокращение размерности. Наличие большого количества узких спектральных каналов, непрерывно заполняющих весь рабочий диапазон аппаратуры, часто оказывается избыточным и при решении тематических задач приводит к неоправданно высоким вычислительным затратам. Кроме того, как указывают некоторые исследователи, такая избыточность в ряде случаев приводит к ухудшению точности тематической классификации. Данная задача также возникает при составлении информативных RGB-композиций для предварительного визуально-интерактивного анализа данных.
В соответствии с принятой в мировой практике терминологией, отбор каналов может быть «контролируемым» и «неконтролируемым». Контролируемый отбор применяется при классификации с обучением и нацелен на наиболее точное разделение конкретного множества тематических классов. Во всех остальных случаях выполняется неконтролируемый отбор, опирающийся на спектральные и изобразительные характеристики анализируемой сцены.
С учетом специфики отечественной практики обработки гиперспектральных данных ДЗЗ, зачастую связанной с анализом изображений труднодоступных территорий и проблемами получения достоверных наземных данных, в настоящем докладе рассматриваются методы неконтролируемого отбора каналов. На основе анализа многочисленных публикаций выбраны наиболее популярные математические модели, критерии и схемы отбора. Рассмотрены возможности их применения в зависимости от технических характеристик конкретной ГСА. Приводятся результаты численных экспериментов по их использованию на различных типах сцен с аппаратуры Hyperion EO-1 и отечественной авиационной гиперспектральной аппаратуры.