Распознавание категорий наземных объектов на основе корреляционных портретов: применение в модели рассеяния атмосферных загрязнений

Одним из подходов к снижению объема гиперспектральных данных с сохранением ключевой информации, необходимой для распознавания наземных объектов, является метод межканальных корреляционных портретов, вычисляемых из спектров гиперспектральных или многоспектральных данных. Достоинство этого метода – устойчивость к изменению абсолютных значений спектральной яркости объектов зондирования, влиянию мешающих факторов и др. В докладе приводится развитие данного метода и его применение к распознаванию эталонных объектов в многоспектральных и гиперспектральных данных дистанционного аэрокосмического зондирования Земли путем вычисления межканальных корреляционных матриц с последующим корреляционным сравнением их с аналогичными матрицами эталонных объектов (так называемая двойная корреляция, ДК). Распознавание наземных объектов проводится по максимуму двойной корреляции с эталонами. Поскольку метод чувствителен к пространственной структуре участков, для которых строятся корреляционные портреты, он является естественным дополнением к методам классификации, ориентированным только на средние спектральные показатели, таким, как метод максимума правдоподобия (МП). Описывается совместное c МП применение метода ДК в задаче распознавания категорий объектов поверхности, существенных для моделирования рассеяния атмосферных загрязнений, на основе многолетних данных Landsat, организованных в подобие гиперспектральной структуры. Для одной реальной задачи рассеяния индустриальных загрязнений рассчитаны вероятности распознавания и ложной тревоги и другие рабочие характеристики для трех наиболее проблемных для различения категорий в задаче рассеяния загрязнений (индустрия, плотная и неплотная жилая застройка). Наряду с традиционным видом рабочих кривых, предложен вариант, в котором вариация порога правдоподобия проводится для каждого рассматриваемого класса с учетом конкуренции с другими классами в классификации. Эффект улучшения параметров распознавания наземных объектов с помощью ДК+МП по сравнению с применением только МП был измерен по рабочим кривым и составляет от 2% до 14% по сумме ошибок 1 и 2 рода. Соответствующий эффект применения ДК, измеряемый уточнением расчетных приземных концентраций загрязнителей воздуха, – от 2% до 3% по максимальным почасовым концентрациям в 18 районах г. Тюмени и до 30% на отдельные даты по тем же районам (для некоторых дат эффект отрицательный).

Работа поддержана в рамках Государственного задания № 1.9328.2017/БЧ Министерством образования и науки РФ,