基于变化矢量分析法的阈值自动确定方法探究
变化矢量分析法近年来发展迅速并成为最具潜力的直接比较法之一，广泛应用于变化检测过程中。在变化矢量分析法中最佳阈值的确定则是其分割精度及分割效率的有效保证，因此本文在介绍了变化矢量分析法的基础上，进一步的研究自动确定阈值的方法。
标签： 变化矢量分析；最大间类方差法；循环分割法
引言：
随着遥感技术的发展，往往希望得到不同时相多光谱数据中的变化信息。变化矢量分析法（Changer Vector Analysis，CVA）是近年来发展得比较快的一种直接比较法。它重点在于对各波段的差异进行分析，这种方法的优点在于可以减少多次分类的误差累积和耗时耗力，并且能够避免出现不合理变化类型的缺陷。最重要的是变化矢量分析法可以根据需要使用多个或者全部的波段来检测变化区域，并提供变化类型信息。
1.变化矢量分析法
变化矢量分析法是在对两幅不同时相的影响进行差值运算的基础上，求得每个像元的变化值，称为变化向量。变化的强度用变化向量的欧氏距离表示，变化的内容用变化向量的方向表示。
变化矢量分析法使用欧氏距离度量变化强度，所以各种不同时相间传感器、植被物候、大气条件和土壤水分等差异导致的“干扰噪声”信息也常常同时被探测到。同时，变化矢量分析法可以利用较多甚至全部的波段来探测变化像元，因此避免了单一波段比较所带来
的信息不完整，而且可以通过变化矢量的方向提供变化类型信息。因此，变化矢量分析法被认为是一种在变化检测技术领域是极具潜力的研究方法。
但是随着波段数的增加，变化类型的判断会很困难。在已知的利用变化矢量分析方法进行遥感影像的变化检测研究中，如何在变化强度图中确定合适的分割阈值，一直是研究的重点。
设时相和时相中像元的灰度矢量为和其中为选择的波段数，和分别是时相和时相第波段中第行，第列像元的灰度。
对时相和时相进行差值计算，得到每个像元的变化值，即为变化矢量。
中包含两期图像中所有像元的变化信息，其变化强度用欧式距离来表示，以此可以生成两期影像的变化强度图。
中表示是全部像元的灰度差异，当越大时，则说明变化的可能性越大。因此在分割变化像元和非变化像元，可通过确定变化强度的大小，来选择分割的最佳阈值。
2.两种常见自动确定最佳阈值的方法
2.1最大间类方差法
最大间类方差法是由日本学者大津于1979年提出的，又叫做大津法（法）。最大间类方差法是基于整幅图像的统计特性，并且可以实现阈值的自动选取，对图像二值化处理的效果较好，因此受到了诸多学者的认可，而且在实际中应用越来越广泛。它的基本思想是
将待分割图像看作是由两类组成，一类是背景，一类是目标，用方差来衡量目标和背景之间的差别，当前景或者背景错分为另外一部分时，则会导致间类方差值变小，反之，当两部分的间类方差值越大时，则说明此时构成图像的两部分差异较大，其所对应的灰度级即认为是最佳阈值。
对于图像，记为前景与背景的分割阈值，前景像元数占图像总像元数比例为，像元平均灰度为；背景像元数占图像总像元数比例为，像元平均为。则图像的总平均灰度為。从最小灰度值到最大灰度值遍历，当使得类间方差最大时，即为分割的最佳阈值。
2.2循环分割法
循环分割法又称为迭代分割法，这种方法是所有的阈值法中最为单一，处理起来最为简单的全局阈值分割的处理方法。它是一种试探性的自动选取阈值方法，通常设定一个假设阈值，对差值影像逐一扫描并归类标记，大于阈值和小于阈值各归为一类，通过不断的改进假设的这个阈值，直至它满足要求，具体过程如下：
（1）设定初始的估计阈值为。初始的阈值必须小于最大灰度值，大于最小灰度值，一般较好的是选取为整个图像的平均灰度值。
（2）使用初始的阈值对差值影像进行分割，当灰度值大于时，归为类，当灰度值小于或等于时，归为类。
（3）计算和两类的所有像素的平均灰度值和。
（4）根据得出的灰度值计算一个新的估计阈值
（5）得到新的阈值后，只需重复第（2）步到第（4）步，直到得出的新阈值与前一个阈值只相差时，即可认定此时的阈值为最佳阈值。结束循环。
在这个过程当中，整个的循环迭代次数取决于值的大小，这个值可以是1，也可以是其它的值，当越大时，循环的次数就会越少，相反，当越小时，循环的次数就会越多。
3.实验对比
本文利用同一地区不同时相的遥感影像，在高精度配准的前提条件下，分别利用变化矢量分析法进行变化与未变化信息的提取。在利用变化矢量分析法的过程中，分别利用最大间类方差法和循环阈值分割法两种方法进行变化强度图最佳阈值的确定，从而得到表2.1中的结论。
在表2.1中，白色区域代表从时相T1到时相T2提取出来的变化区域，黑色区域代表从时相T1到时相T2的未变化区域。表中给出了分别使用变化矢量分析法并利用最大间类方差法和循环阈值分割法这两种不同的自动阈值确定方法处理相同遥感影像的效果比较。对比可知，这两种方法均可以提取出影像中的变化信息且提取效果较明显比如较为明显的道路、房屋均被提取了出来。但是这两种方法之间还是存在不同之处（相对而言不明显），由此可见，这两种方法可以作为普适性最佳阈值的自动确定。
4.结语
变化矢量分析法由于其自身的优点，在众多的直接比较法越来越被重视。本文通过探究两种自动确定最佳阈值的方法从而解决了变化矢量分析法如何高效准确地确定变化强度图中最佳阈值的问题。通过实验对比，可以看出效果显著，方法快捷，可以得到推广。
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赵继萍（1990-），女，在读硕士研究生，重庆交通大学土木建筑学院，摄影测量与遥感专业
郝建明（1990-），男，在读硕士研究生，重庆交通大学土木建筑学院，摄影测量与遥感专业
吴万水（1990-），男，在读硕士研究生，重庆交通大学土木建筑学院，大地测量学与测量工程专业
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