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变化检测:比的是影像,判的是地物

两期影像相减,得到的不是变化,是亮度差。真正的变化检测要先解决“同物异谱”——同一块地,换个季节,颜色就不一样了。

方法对比

方法怎么做优点缺点
代数法
差值/比值/NDVI 差值
两期影像逐像元相减,超阈值判为变化简单快,不需要分类对辐射差异极敏感,阈值难定
分类后比较两期各做分类,比较类别是否改变能给出“从什么变成什么”两期分类误差会累积
变化向量分析 CVA多波段差值构成向量,按向量模长判变化、方向判类型能利用多波段信息,比单波段差值稳需要辐射归一化,参数调整有经验成分
直接解译人工比对两期影像勾画变化图斑精度最高,能处理复杂变化慢、贵,大面积不可行

绕不过去的一步:辐射归一化

两期影像的成像条件几乎不可能一样:季节不同(植被物候)、太阳高度角不同(阴影长度)、大气不同(雾霾)、传感器不同(响应函数)。不做归一化直接相减,得到的是“成像条件差异图”,不是“地物变化图”。

做法:选两期都不变的稳定地物(深水体、裸岩、大片建成区)作为伪不变特征(PIF),建立两期之间的线性回归关系,把一期拉到另一期的辐射水平上。这一步做不好,后面阈值怎么调都是错的。

四大误判来源

误判源表现处理
阴影差异太阳角不同,建筑阴影长度变了,被误判为建筑变化按阴影方向与太阳角过滤,或人工剔除
物候差异一块农田一期绿一期黄,被判为地类变化尽量选同季节;或用能反映结构的指数
云与云影一期有云,云下地物不可见云掩膜,云区不参与检测
水位变化水库、河道水面范围随季节变,被判为变化单独归类为“季节性水面”,不纳入建设变化

最常见的项目失败原因不是算法不行,是两期影像时相选得不好。选时相花的功夫,比调算法值得多。

典型应用与要求

任务影像要求关键点
违建/新增建设0.5 米以内,两期同季节小型构筑物易漏,最小图斑要定死
耕地非农化1—2 米,年度同期要区分“休耕”与“建设占用”
矿山开采范围0.5—1 米堆场、道路变化也要算入影响范围
城市扩张2—10 米,多年间隔用 Landsat/Sentinel 长时序更经济
生态修复评估2 米 + 多光谱用植被指数趋势,不只看面积
灾损评估0.5—2 米,灾前灾后要快,与应急响应时效绑定

成果与精度

变化检测的精度评价必须报两个数:漏检率(该提的没提)和误检率(不该提的提了)。这两者对使用方的影响完全不同——执法核查最怕漏检,成果汇交最怕误检。

具体问题,逐条回答

两期影像相差几年能检测

都可以,但要注意中间的变化可能是渐进的。间隔太短(几个月)变化不明显,太长(十年)中间的多次变化被压缩成一次,看不出过程。做违建监测通常按年度或季度。

为什么检测出来一堆假变化

八成是没做辐射归一化,或者两期时相差异大。季节不同导致植被颜色变化、太阳角不同导致阴影变化,这些都会被误判。先解决归一化和时相选择,再调算法。

变化检测能全自动吗

能自动出初筛结果,但不能直接交付。常规做法是算法初提 + 人工复核 + 外业抽查。执法类应用必须有人工确认环节,纯自动的漏检误检都不可接受。

用什么卫星做违建监测

0.5 米以内。高景一号、北京三号、高分二号(0.8 米勉强)都行,0.3 米更好。2 米星只能看地块级变化,看不出单体建筑。

漏检和误检哪个更严重

看用途。执法核查最怕漏检(该发现的没发现),成果汇交最怕误检(多出来的图斑要逐个核实,工作量翻倍)。报价和验收时应该把两个指标分开约定。

能检测出多小的变化

取决于影像分辨率和最小图斑约定。0.5 米影像上,实践中能稳定检出的是 20—50 平方米以上的新建构筑物;更小的容易与阴影、堆料混淆。

变化检测和人工比对哪个准

人工比对更准,但慢且贵。大面积(几千平方公里)只能靠算法初提 + 抽样人工核查。小范围、高价值区域(比如一个开发区)直接人工比对反而更划算。

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