研究生入门第一讲让你的研究不再迷茫

我的研究生师门有一个传统，会让一个研三的师兄或师姐带新来的研一师弟师妹，时间为期两周左右，在这期间你有问题可以找他或者她。为什么说两周，因为研三有很多事情要做，比较忙。在这期间研三的师兄或师姐会挑个时间给师弟师妹讲比较重要的一课“我是如何做研究的——以***为例”。（我不知道研究这个词是否用的合适，就先这样。）我觉得这是非常重要的一课，我有必要记录下来，让有缘看到的你们，心中疑问少一些。

1 研究流程

有句话说的好，知行合一。你要先去了解，明白一些理论，然后你就要去实现，思考。不能只是去了解而不去实践，同样不能只去盲目地行动，而不了解，研究也是这样。因此研究是一个循环过程：
（1）看论文：找感兴趣的点。一般情况下，研一期间老师会找时间告诉你，本课题组的研究方向包括哪几个方面。你需要在这几个方向中选择，根据这几个方向有选择的去看论文；
（2）做实验：复现论文的实验；
（3）思考：论文的目的是什么？作者通过什么方法解决这个问题？为什么这个方法能够解决这个问题？原理是什么？如果是你有没有更好的方法？或者说这个方法存在的局限性？
（4）验证思路：根据你的思路去做实验，比如换实验数据等来验证论文方法的适用性，或许该方法对于某些数据不适用。在原算法的基础上调参数，根据你自己的思路更改算法等等。如果没有好的办法那就去网上找，或者和师兄师姐讨论。一定要记住一点，如果你师兄或者师姐帮你改论文了，或者给你提供了思路，个人建议你论文要加对方的名字，除非对方不愿意。

2 以阴影检测为例

说了半天是不是感觉干巴巴，没有太大感触。重点来了，师兄或师姐会以他一篇论文为例介绍他或者她如何一步一步实验获得新的思路。我就以我的一篇论文《An automatic shadow detection method for high resolution remote sensing imagery based on polynomial fitting/基于多项式拟合的高分辨率遥感影像阴影自动提取算法》为例讲解，我是怎么一步一步过来的。文字描述比较干巴巴，当然没有现场讲解那么生动形象，先将就看吧？
为什么以这篇论文为例，是因为这篇论文的实验并不困难，主要是思路新颖，鲁棒性强，各位都可以实验，而且还有一些问题我们没有解决。论文中的数据是保密的，无法提供抱歉。不过仅仅实验可以使用下面的数据，这两个数据是GoogleEarth上的截图，但不是近红外波段，效果比较差。

我研究生期间的研究方向是遥感影像阴影检测，因此看了一些论文之后发现，多数论文都是根据阴影的波普（影像的灰度值）信息来提取阴影。说白了就是找阴影和其他对象之间的区别，可以是灰度值信息，形状信息或者其他信息。根据这些信息将阴影和其他对象区分开来，从而达到提取阴影的目的。于是我就开始寻找阴影的规律，寻找在不同影像间阴影的相同特征。

2.1 近红外波段直方图分析

通过阅读论文我发现，相比于红、绿和蓝三个波段，遥感影像近红外波段阴影和影像上其他地物的光谱差异更大。于是我就从多种影像上寻找近红外波段上阴影具有什么样的特征。通过对WorldView-2、高分一号（GF-1）、QuickBird2和资源三号（ZY-3）的近红外波段直方图的分析，发现影像的近红外波段直方图大体呈现瘦钟形分布，如图1所示（图1直方图的横坐标表示像素值，纵坐标表示像素数量）（使用ENVI软件就可以看到直方图，Layer Manager窗口，右键图层—New raster color slice，就可以看到图层的直方图。）。鉴于阴影区域只占整幅影像区域的较少比例，因此提出假设一：影像中非阴影区近红外波段直方图呈相对对称的瘦钟形，由于阴影的存在造成整幅影像近红外波段直方图发生变化。

为了验证假设一，以ZY-3和QuickBird2数据为例。提取ZY-3和QuickBird2影像中阴影较少区域与较多区域，并分析其近红外波段直方图，如表1、2所示。当看到表1、2的结果时，哇塞，真的和猜想的一样，这就是阴影的规律，不变特征。那么如何将该特征利用起来，将阴影提取出来呢？常用的方法就是阈值法，那么如何从中获得阈值呢？

阈值分析

那么我们如何获得较为理想的阈值，我们通过实验发现，阈值差不多就是两个波峰中间的波谷值，该值就能较好的将其区分出来，但是该值还和人工选择的阈值存在一定的差距，所以只用波谷不太合理。通过实验得出使用四次多项式曲线拟合阴影较少区域能较为理想的表示瘦钟形特征。而且整幅影像直方图和阴影较少区域直方图的四次多项式拟合曲线整体趋势十分相似，如图2所示，图中的红线表示四次拟合曲线。

对整幅图像分别进行四、五和六次多项式拟合，如图3所示。五、六次多项式曲线能更好的拟合直方图，将五、六次拟合曲线作为整幅影像拟合结果，四次作为整幅影像不含阴影时的拟合结果，则四次与五、六次多项式拟合曲线的交点含有阴影的提取阈值。通过大量实验表明：四次和五次多项式拟合曲线的交点作为阈值较为理想，分割结果如图4所示。该方法可以啊，能够将阴影很好的提取出来，和人工提取的结果很相似。**但是不好了，将水也提出来了。**但是这个又不用太担心，网上有很多水体提取办法。把阴影提取结果中的水体给剔除了不就行了。

水体去除

从图4可以看出，提取出阴影的同时也误将水体提取出来，因此需要将水体剔除。首先使用归一化水体指数（NDWI）提取水体[26,27]，然后采用常用的逻辑与运算方法去除水体，但结果不太理想，出现水体边界残留明显、部分水体没有被剔除的现象。为了能完全去除水体，本文采用扫描线种子填充算法[28]去除水体，如图5所示，能明显发现扫描线种子填充算法能完整地剔除水体。

3总结

什么是科学？我不太清楚，引用从政治课上获得的想法，从现实世界中发现事物的规律。做实验是什么，也是发现你研究对象的规律，并通过方法或者数据来体现规律某一方面。说白了，就是找研究对象的某一个你需要的特征，利用这个特征达到你的目的。祝各位身体健康，学运亨通。