基于注意力增强全卷积神经网络的高分卫星影像建筑物提取

从卫星遥感影像中自动提取建筑物在国民经济社会发展中具有广泛的应用价值,由于卫星遥感影像存在地物遮挡、光照、背景环境等因素的影响,传统方法难以实现高精度建筑物提取。采用一种基于注意力增强的特征金字塔神经网络方法(FPN-SENet),利用多源高分辨率卫星影像和矢量成果数据快速构建大规模的像素级建筑物数据集(SCRS数据集),实现多源卫星影像的建筑物自动提取,并与常用的全卷积神经网络进行对比。研究结果表明:SCRS数据集的提取精度接近国际领先的卫星影像开源数据集,且假彩色数据精度高于真彩色数据; FPN-SENet的建筑物提取精度优于其他常用的全卷积神经网络;采用交叉熵和dice系数之和为损失函数能够提升建筑物提取精度,最好的分类模型在测试数据上的分类总体精度为95.2%,Kappa系数为79.0%,F1分值和IoU分别达到了81.7%和69.1%。该研究可为高分辨率卫星影像建筑物自动提取提供参考。     

融合多特征改进型PSPNet模型应用于复杂场景下的建筑物提取

针对复杂场景下高分辨率遥感影像中建筑物提取精度低的问题,本文提出了一种融合多特征改进型PSPNet模型,在PSPNet网络的基础上,加入膨胀卷积模块并融合图像的浅层特征。试验结果表明,融合多特征改进型PSPNet模型的预测结果总体精度为95.90%,建筑物提取精度平均为77.77%,均高于其他模型。其在不同场景上的表现有所差异：复杂场景1的预测精度为80.35%;以城中村建筑物为主的场景2的预测精度为75%;以高层建筑物为主的场景3的预测精度为78.11%。因此本模型可有效地提升高分辨率遥感影像中复杂场景下的建筑物提取精度。     

注意力密集卷积网络遥感影像多目标检测

针对遥感影像目标检测中背景复杂、正负样本严重不均衡问题,提出一种基于注意力与密集连接的遥感影像目标检测模型。在特征提取层使用卷积注意力模块分别沿通道、空间域聚合特征图正样本特征,同时通过密集连接加强层间交流;利用上下层特征融合与连续上采样构建3个尺度的特征增强金字塔。实验结果表明,本文模型对不同复杂程度场景下的各类别目标均能够实现稳定检出,且精度优于现有主流目标检测模型,具有良好的泛化能力与实时性。     

基于LBP纹理与SegNet网络的灾损建筑物提取

高分辨率遥感影像中震后灾损建筑物提取是震害预估中极具重要的参考指标，研究遥感影像的震后灾损建筑物提取方法具有重要的科学意义。本文以青海玉树震后典型的灾损建筑物数据为研究对象，针对卷积神经网络对于城市建筑物纹理特征信息利用的不足，将局部二值模式(LBP)纹理特征与SegNet深度卷积神经网络相结合，采用有监督学习分类的方式训练卷积神经网络，实现震后灾损建筑物自动分类提取，并与传统面向对象提取方法进行对比。实验结果表明，LBP纹理特征与SegNet卷积神经网络模型相结合，对于震后灾损建筑物的提取能提高预测精度，用户精度与生产者精度分别有2%～7%,2%～9%的提升。     

融合UNet++网络和注意力机制的高分辨率遥感影像变化检测算法

针对高分辨率遥感影像变化检测存在漏检和检测边界粗糙的问题,提出一种基于UNet++和注意力机制的高分辨率遥感影像变化检测算法.该算法采用UNet++网络作为基础网络提取特征,并在基本卷积单元中引入注意力机制突出重要特征,由此完成遥感影像端到端的变化检测.在高分辨率卫星影像变化检测数据集中进行了验证,相比于经典语义分割网络,该算法在精确率、召回率、F1值和总体精度上均有较大提升.     

注意力空洞卷积无人机遥感多目标检测方法研究

针对无人机遥感影像中多类别目标的检测问题,本文提出一种单阶段的深度学习新目标检测模型。在特征提取结构内,首先使用空洞卷积核来构建基本的提取结构,让模型在提取过程中获取感受野更大、原始信息保留更充分的特征图;针对小目标检测精度不佳问题,采用通道注意力与空间注意力组合的多路注意力机制来提高模型对真实目标的关注程度;在特征图连续上采样的基础上,将来自同层以及高层下采样的特征图进行融合来获取鲁棒性更强、语义信息更充分的特征图实施最终的检测。以VisDrone、DLR-MVDA数据集和路采影像组成数据集,并使用暗通道先验等方法对其进行强化,组成训练数据集对模型进行训练。实验结果表明,本文所提出的模型对于无人机遥感影像中的多种类别的目标均能够实现较好的检出,其平均精度均值较其余3种基准模型分别提高8.56%、4.58%及15.81%,检测速度可以达到25帧/s的水平,说明所提出模型能够针对遥感影像中的多类别目标实施快速精准的检测,同时具有较好的泛化能力。     

联合密集连接与注意力的遥感影像变化检测

针对高分辨率遥感影像变化检测中存在的变化像素与未变化像素边界难以准确区分以及变化小、目标检测中容易出现漏检等问题,本文提出一种联合密集连接与注意力的孪生网络(CDASNet)。该网络采用孪生网络的输入方式,并在编码阶段利用残差连接单元以及密集连接的方式增强对原始影像底层特征的提取,同时在解码阶段引入注意力模块为不同层次的特征图赋予新权重来关注变化信息,进一步利用跳跃连接将编码阶段的浅层特征和解码阶段的深层特征进行融合,最终经过上采样恢复原始影像分辨率得到变化检测结果。将本文方法应用在LEVIR-CD数据集和CDD数据集中进行实验,结果表明,本文提出的方法在精度和召回率上都优于FC-Siam-conv、FC-Siam-diff、DSAMNet、SUN-CD 4种方法。     

基于孪生注意力网络的高分辨率遥感影像变化检测

随着遥感影像空间分辨率的提升,地物成像特征愈加复杂,基于纹理表达和局部语义等技术的变化检测方法已很难满足需求.为提升高分辨率遥感影像的变化检测精度,构建了一套较大规模的0.8～2 m高分辨率遥感人类活动变化检测数据集(HRHCD-1.0);同时将空间注意力和通道注意力机制引入孪生变化检测网络中,设计了具有更强上下文变化...     

基于增强注意力门控U-Net的建筑物提取研究

针对经典深度学习语义分割网络对建筑物提取存在精度较低、边界模糊和小目标识别困难的问题,本文提出一种增强注意力门控的U型网络(advanced attention gate U-Net,AA＿UNet)用于改善建筑物提取的效果,该网络改进经典U-Net的结构,使用VGG16作为主干特征提取网络、注意力门控模块参与跳跃连接、双线性插值法代替反卷积进行上采样.实验采用武汉大学建筑物数据集(WHU building dataset,WHD)对比提出的网络与部分经典语义分割网络的提取效果,并探究网络改进的各个模块对提取效果的影响.结果显示：该网络对建筑物提取的总精度、交并比、查准率、召回率和F1分数分别为98.78%、89.71%、93.30%、95.89%、94.58%,各项评价指标均优于经典语义分割网络,且改进的各个模块有效提高了提取精度,改善了建筑物轮廓不清晰和小目标建筑物破碎的问题,可用于精准提取高分辨率遥感影像中的建筑物信息,对城市规划、土地利用、生产生活、军事侦察等具有指导意义.     

膨胀卷积与金字塔表达的深度学习模型用于农村建筑物提取

由于农村建筑物结构多样、空间分布复杂等特征,自动提取面临较多困难。针对该问题,本文提出采用膨胀卷积和金字塔池化表达的神经网络模型用于遥感影像中农村建筑物自动提取。在膨胀卷积神经网络模块中,通过改变孔尺寸的大小,获取不同感受野的特征信息;在金字塔表达方面,每个模块输入不同尺度的信息,且同时下采样的倍率也不同,获取多维的金字塔尺度特征;最终将提取的浅层及深层尺度特征信息进行融合,构建一个改进的适用于农村建筑物目标自动提取的深度学习模型。试验结果表明,与FCN-8s和DeepLab模型提取的结果相比,本文方法在农村建筑物提取中表现较好的性能,提取精度明显提高,且更好保留了目标边界细节信息,减少了噪声。     

一种改进的融合不同尺度特征的遥感影像道路提取新方法

针对高分辨率遥感影像中细小道路纹理特征不明显、信息提取困难的问题,本文提出并实现了一种融合不同尺度特征的深度学习道路提取新方法。首先引入CoT模块构建残差网络,以充分利用局部与全局上下文信息提取不同尺度道路特征;然后构建特征金字塔注意力模块,融合不同层级道路特征信息;最后使用全局注意力上采样模块结合全局背景对道路细节进行恢复。试验结果表明,该方法的召回率、交并比均优于已有方法,能够较完整准确地提取遥感影像中的道路信息,提升道路提取效率。     

纹理特征与视觉注意相结合的建筑区提取

提出一种有效提取高分辨率遥感影像建筑区的算法。通过模拟人类视觉系统感知环境的过程,引入视觉注意机制,提出基于自信息最大化视觉注意机制的建筑区显著指数。根据建筑区在高分辨率遥感影像中的特点,基于时/频域的纹理分析,提出一种针对建筑区的纹理特征描述方法,实现了建筑区的高效提取。通过对8组高分辨率遥感影像进行试验,验证了本文算法的有效性。     

改进Mask R-CNN公路病害检测算法

针对公路路面病害与背景像素对比度低导致检测困难的问题,本文提出了改进Mask R-CNN公路病害检测算法(FAC-Mask R-CNN)。首先在ResNet101基础上增加强位置信息浅层特征表达,并融合相邻特征图作为主干网络最终特征输出,同时引入CBAM模块,以减弱目标与背景像素间低对比度的影响;然后采用深度可分离卷积和空洞卷积分别代替主干网络及有效特征层输出过程应用的普通卷积,提升模型计算效率及掩码预测精度。FAC-Mask R-CNN在公路路面病害数据集(RDD)上平均精确率为89.86%,召回率为88.54%,调和均值为90%,相较于Mask R-CNN算法平均精确率提升3.09%。结果表明,FAC-Mask R-CNN能有效完成公路路面病害精细化检测与分割任务。     

国产高分辨率卫星影像云检测方法分析

云检测方法大都针对特定的传感器或依赖多个波段，对参数要求高，而国产高分辨率卫星影像通常包含波段数较少，多数云检测方法不适用。本文采用深度学习的方法，以融合后的高分一号影像为例，应用基于双重视觉注意机制模型进行云检测，并与人工采集、全卷积网络模型的检测结果进行对比。理论分析和研究结果表明：基于双重视觉注意机制的模型云检测结果与人工采集进行对比，正确率为0.986 4；通过增加云样本数量和非云样本数量可有效解决模型对道路、河流、居民地的误检测问题；基于双重视觉注意机制的模型与全卷积网络模型相比，云边界更为准确，模型适用性更强。利用较少的波段信息进行云检测为国产其他高分辨率卫星影像云检测提供了参考。     

高分辨率SAR图像中建筑物特征融合检测算法

针对高分辨率SAR图像中的建筑物检测问题,提出了一种基于视觉注意和特征融合的检测算法。首先,根据SAR图像中建筑物目标与背景存在较大差异的特点,采用视觉注意机制进行建筑物的感兴趣区分割;然后,提取位于感兴趣区域内的高亮线条和阴影区域;最后,采用D-S证据理论对注意焦点、高亮线条和阴影区域进行特征融合,实现建筑物目标的检测。实验结果表明,本文算法对矩形建筑物具有较高的检测精度。     

粗集属性划分的集成遥感分类

提出了一种基于粗集属性划分的遥感分类新方法, 构造了基于粗集的集成遥感分类器。该分类器利用粗集理论将输入的属性集合划分为多个约减, 利用这些约减构造多个训练子集。每个训练子集训练神经网分类器, 在决策时将多个单个分类器的结果进行投票选举。这种方法即减少了单个分类器的输入属性个数, 又避免了由于属性选取造成单一分类器在某些分类上的错误偏见。该分类器与神经网分类器方法, 以及属性选取与神经网结合方法进行了比较。结果表明RSEC无论在分类精度上, 还是在不同样本个数条件下的精度稳定程度上均有较好表现。     

一种基于线特征的道路网变化检测算法

提出一种基于线特征的道路网变化检测算法。首先根据边缘的梯度信息从多时相遥感图像中提取变化的线特征;然后根据变化线特征的局部特性,检测出与道路模型相符合的变化道路段;最后通过道路网的全局约束条件,进行变化道路段的连接,实现变化道路的检测。提出的道路网变化检测算法将边缘的相位和幅度信息作为变化检测的判定依据,从而避免了道路的匹配与比较工作,降低了变化检测算法的复杂度,具有很强的实用性。将本文提出的方法用于多时相遥感图像的道路网变化检测,从实验结果可以看出该方法的有效性。     

基于改进Kohonen神经网络的遥感影像分类

提出了一种基于改进后的Kohonen自组织特征映射神经网络的聚类方法,应用于多光谱遥感影像分类处理,试验证明其分类精度有较大提高。     

双分支网络架构下的图像相似度学习

图像相似度学习是指通过网络学习图像内容信息来预测两张图像是否匹配。迄今为止，基于卷积神经网络改进的变体网络有效提升了学习效率，但由于提取特征比较单一无法准确描述图像特征，导致相似度学习效率较低。为此，本文提出一种基于卷积神经网络结构的双分支网络。该网络为左右分支网络结构相同，但权值不共享，网络输入为双分支输入。首先由左右分支网络分别提取单通道图像特征；然后通过特征融合层进行特征融合；最后将融合特征直接输入全连接层进行相似度学习，既改善了提取的图像特征多样性，又加快了模型训练速度。在实验室工业相机拍摄的芯片卡槽图像数据集上进行对比试验，结果表明，相比其他模型，本文提出的模型具有较强的网络学习能力和模型泛化能力，准确率高达97.96%。     

A-FPN算法及其在遥感图像船舶检测中的应用

光学遥感图像船舶检测主要面临两个挑战:光学遥感图像背景复杂,船舶检测易受海浪、云雾及陆地建筑等多方面干扰;遥感图像分辨率低,船舶目标小,对于其分类与定位带来很大困难;针对上述问题,在FPN的基础上,提出一种融入显著性特征的卷积神经网络模型A-FPN (Attention-Based Feature Pyramid Networks)。首先,利用卷积提取图像特征金字塔;然后,利用顶层金字塔逐级构建显著特征层,抑制背景信息,通过金字塔顶层的细粒度特征提高浅层特征的表达能力,构建自上而下的多级显著特征映射结构;最后利用Softmax分类器进行多层级船舶检测。A-FPN模型利用显著性机制引导不同感受下的特征进行融合,提高了模型的分辨能力,对遥感图像处理领域具有重要应用价值。实验阶段,利用公开的遥感目标检测数据集NWPU VHR-10中的船舶样本进行测试,准确率为92.8%,表明A-FPN模型适用于遥感图像船舶检测。