可变类多光谱遥感图像分割

确定图像类别数是图像分割中的重要任务,在大多数分割算法中需由用户预先指定类别数。受地物目标及其分布的多样性、复杂性和未知性等因素的限制、对彩色遥感图像而言,人为确定其类别数非常困难。为此,提出了一种基于区域和统计的可变类分割方法,融合规则划分技术和R.JMCMC算法,利用规则划分将图像域划分成若干个规则子块,并假设每个规则子块内的像素服从同一独立的多值Gaussian分布;在此基础上南贝叶斯定理构建图像分割模型;利用ReversibleJump Markov Chain Monte Carlo(RJMCMC)算法模拟该模型,实现罔像类别数的自动确定及图像粗分割;为了进一步提高图像分割精度,设计精细化操作,对Worldview-2合成及彩色遥感图像和多光谱IKONOS图像进行可变类分割,实验结果表明,提出方法不仅能自动确定图像类别数,还可以较好地实现区域分割。本文方法较好地实现彩色遥感图像的可变类分割。     

ECM算法的多视SAR影像分割

多视SAR影像像素强度通常建模为Gamma分布,其形状参数为常数(视数)。实验表明,多视SAR影像分割时,设Gamma分布的形状参数为变量可取得更好的分割结果。由于Gamma分布中形状参数以Gamma函数的形式出现,利用EM算法求解时无法获得形状参数的解析解。为此,本文提出了一种基于Expectation/Conditional Maxinnization(ECM)算法的多视SAR影像分割方法。利用ECM算法估计最大化后验概率条件下的Gamma分布参数及表征最优多视SAR影像分割的标号场实现。采用模拟和真实多视SAR影像验证提出算法。实验结果表明,Gamma分布的形状和尺度参数均能快速收敛到稳态值,且以此得到各同质区域的Gamma分布曲线可以很好地拟合其直方图。通过对分割结果的定性和定量分析,可知提出算法具有有效性和可行性,且优于EM算法。     

区域Gamma混合模型的SAR图像分割

针对传统Gamma混合模型用于SAR图像分割时忽略像素间空间相关性,导致分割结果不连续并产生大量误分割的现象,提出了区域Gamma混合模型的SAR图像分割算法。首先对图像进行分水岭分割,得到过分割区域块,然后将其作为输入样本进行基于Gamma混合模型的聚类,在模型的参数估计过程中进一步考虑区域间的空间相关性,设计邻域因子融入到迭代过程,得到邻域加权类分布概率。该算法充分利用像素间的空间相关性,能够降低噪声对分割结果的影响。通过合成图像和真实SAR图像的实验表明,本文算法能够实现SAR图像的准确分割。     

带有区域分裂自适应细化过程的SAR海冰图像分割

受海冰自身特性、成像系统特性和环境因素的影响,合成孔径雷达SAR海冰图像具有非平稳、尺度依赖的空间结构,现有的单马尔可夫随机场MRF模型分割方法只能较好地适应非平稳性,对海冰场景的多尺度结构考虑仍然是全局的。为此,本文提出了一种区域分裂过程与二叉树分层结构自适应更新相结合的单MRF图像分割方法。首先利用单MRF模型的全局迭代权值完成初始区域合并,同时以二叉树形式保护合并过程的记录。所设计的分层合并算法可保证二叉树结构的节点数与场景中的对象尺度具有正相关性。随后的细化分裂并不产生新的区域,只是返回到初始配置。依据场景中不同区域对象的尺度,自适应地调整空间语境模型中的尺度权值,实现区域更新。实验表明,该方法有效提高了带有多尺度结构SAR海冰场景的分割精度。     

噪声抑制的多极化SAR海冰图像分割

合成孔径雷达(SAR)海冰图像分割对全球气候研究和保证船舶航行安全具有重要意义。现有的基于区域的马尔可夫随机场(MRF)多极化SAR分割方法,由于受相干斑噪声影响,其区域划分不尽合理,不能有效完成分割。因此,提出一种噪声抑制的多极化SAR海冰图像分割算法,首先在极化总功率图上引入降低噪声的滤波算法,合理划分初始区域,其次考虑区域之间的差异度,从而实现多极化SAR海冰图像的准确分割。以RADARSAT-2和SIR-C获得的全极化海冰图像为实验数据进行验证,结果表明:和其他较先进算法相比,本文算法优势明显,既能高效保持图像连通性,又能增强图像的细节信息,具有更高的分割精度。     

基于可变形状参数Gamma分布的模糊聚类多视SAR图像分割

针对传统模糊聚类分割算法无法克服合成孔径雷达(synthetic aperture radar, SAR)图像中固有的斑点噪声问题, 提出了一种利用可变形状参数Gamma分布和邻域相关性的模糊聚类分割算法。可变形状参数Gamma分布用于建模多视SAR强度图像的斑点噪声, 并以其负对数作为特征场中像素与聚类间强度的相似性测度模型; 通过马尔可夫随机场(Markov random field, MRF)建立标号场中邻域像素的类属相关性模型; 在模糊聚类框架下, 以上述模型为基础构建模糊目标函数; 在目标函数最小化准则下, 求解最优结果。实验表明, 可变形状参数Gamma分布能够更加准确地拟合同质区域内像素强度的统计直方图。为有效求解包涵在Gamma函数内的形状参数, 采用牛顿迭代算法估计其数值解。对合成和真实多视SAR图像分别进行分割实验, 定性、定量分析的结果验证了本文算法的有效性。     

基于Voronoi几何划分和EM/MPM算法的多视SAR图像分割

基于区域和统计的SAR分割方法,提出一种结合Voronoi划分技术、最大期望值EM(Expectation Maximization)和最大边缘概率MPM(Maximization of the Posterior Marginal)算法的多视SAR图像分割方法。首先利用Voronoi划分将图像域划分成不同的子区域,而每个子区域可以被看成待分割同质区域的一个组成部分,并假设每个子区域内的像素满足同一独立的Gamma分布,从而建立多视SAR图像模型,并在贝叶斯理论架构下建立图像分割模型,然后结合EM/MPM算法进行图像分割和模型参数估计。该方法将基于像元的马尔可夫随机场(Markov Random Field,MRF)模型扩展到基于区域的MRF模型,并且能同时有效地获取模型参数估计和基于区域的SAR图像最优分割。采用本文算法,分别对RADARSAT-Ⅰ/ⅡSAR强度图像和合成SAR强度图像进行了分割实验,定性和定量的测试结果验证了本文方法的有效性、可靠性和准确性。     

一种有效的MSTAR SAR图像分割方法

提出了一种有效的MSTAR SAR图像分割方法。该方法首先对待处理图像进行过分割操作,得到过分割图像区域,然后对过分割后的图像进行图像区域级和像素级的特征提取,得到用于表示图像的特征向量,接着对MSTAR SAR图像使用空间隐含狄利克雷分配模型(sLDA)和马尔科夫随机场(MRF)建立本文所提出的模型,得到能量泛函,最后运用Graph-Cut算法和Branch-and-Bound算法对能量泛函进行优化,得到最终的分割结果。通过使用MSTAR SAR图像进行分割实验比较,仿真结果表明了方法的有效性。     

利用小波变换的高分辨率多光谱遥感图像多尺度分水岭分割

为了减少仅用分水岭变换而导致的过分割问题,本文提出利用小波变换的多尺度处理方式用于融合后多光谱QuickBird图像的分割。整个分割过程包括多尺度图像表示、图像分割、区域合并和结果映射等过程。首先,依据原始图像的大小确定分解尺度并用小波变换产生各波段的低尺度图像。采用相位一致模型提取各近似系数的梯度,并逐尺度地融合各梯度图。分析不同尺度下的不同地物的局部梯度方差,以选择最佳的小波分解尺度。然后,通过移动阈值与扩展最小变换,利用多层次标记提取方法标记均质区域。进而,在梯度重建的基础上利用标记分水岭变换得到分割图像。其次,采取空间相邻关系、面积、光谱与纹理等多约束策略,以搜索最小合并代价的方式合并最初分割区域中的邻接区域对。最后,修改细节子图并进行小波逆变换将最初分割结果投影到更高尺度图像,同时处理边界上的像元以保持区域边界直至原始图像。实验结果表明本文方法不仅能够用于高分辨率多光谱遥感图像的分割,而且缓解了过分割问题且取得了较准确的分割效果。     

全波形LiDAR数据分解的可变分量高斯混合模型及RJMCMC算法

传统激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)数据处理均采用固定数的波形分解方法,容易遗漏部分重叠的返回波,降低波形拟合精度。为了实现可变数波形分解,本文提出了一种自动确定波形分解数的方法。假定波形数据服从混合高斯分布,并以此建立理想的波形模型;定义用于控制理想模型与实际波形拟合程度的能量函数,用吉布斯分布构建或然率;根据贝叶斯定理构建刻画波形分解的后验概率模型;设计可逆跳转马尔科夫链蒙特卡洛(reversible jump Markov chain Monte Carlo,RJMCMC)算法模拟该后验概率模型,以确定波形分解数并同时完成波形分解。为了验证提出算法的正确性,分别对不同区域的ICESat-GLAS波形数据进行了波形分解试验,定性和定量分析结果验证了本文方法的有效性、可靠性和准确性。     

高分三号影像水体信息提取

国内外针对陆地水体信息提取、洪涝灾害快速响应方面具有较深入的研究,但是多采用发展较早、图像质量可靠的可见光影像及国外星载SAR影像。中国合成孔径雷达（SAR）卫星高分三号（GF-3）已获取了大量多极化、全极化SAR数据,为了将GF-3影像快速应用到环境保护、水资源管理等行业中,本研究分析了水体与其他目标具有的不同后向散射特性,将阈值分割法与马尔可夫随机场（MRF）相结合,发展了一种检测精度较高、自动化程度强的水体信息提取方法。该方法首先通过直方图统计的方法对不同成像模式、不同极化的GF-3影像进行后向散射强度分析,在阈值分割的研究基础上,比较了最大类间方差法（Otsu）和Kittler and Illingworth（KI）二值化法在水体-非水体分类中的效果。然后结合DEM和GF-3轨道参数排除因阴影现象产生的辐射失真对图像概率分布的影响,得到初始的水体信息分布图,再经过Fisher变换和马尔可夫随机场（MRF）的迭代运算,综合利用GF-3影像的多极化信息和空间上下文信息,以最大后验概率准则输出最终的水体分布图。利用了湖南省东北部不同成像模式的两景GF-3影像进行试验,在成像时间接近的光学影像中随机选择检验样点进行精度评价。实验结果表明,KI方法在GF-3水体提取应用中比Otsu方法具有更强的优势,剔除图像阴影区域后,自动化确定的阈值与目视解译阈值更加接近,通过MRF模型优化以后,实现了对水体信息的连贯提取,对图像噪声具有较强的抑制作用。本研究对水体目标的提取精度均达到了85%以上,实验结果精度优于基于光学影像的水体指数法,整个流程需要很少的人工经验参与,具有自动化程度强、检测精度高的优势。     

利用倒数灰度熵和改进Chan-Vese模型进行SAR河流图像分割

为了进一步提高合成孔径雷达(SAR)图像中河流分割的精度和速度,提出了一种基于人工蜂群优化的倒数灰度熵多阈值选取与改进Chan-Vese(CV)模型相结合的分割方法。考虑SAR图像中河流目标和背景类内灰度的均匀性,提出了基于蜂群优化的倒数灰度熵多阈值选取方法,以此对河流图像进行粗分割;针对基本CV模型收敛速度低、对初始条件敏感的问题,利用图像边缘强度取代Dirac函数,将粗分割结果作为改进CV模型的初始条件,对河流图像进行细分割。大量试验结果表明,所提出的分割方法无须设置初始条件,运行速度快,分割精度高。     

An unsupervised segmentation method based on MPM for SAR images

An unsupervised segmentation method for synthetic aperture radar (SAR) images is proposed. It alternately approximates the maximization of the posterior marginals estimate of the pixel class labels and estimates all model parameters except the number of classes during segmentation. In this method, a multilevel logistic (MLL) model for the pixel class labels and Gamma distribution for the marginal distribution of each class in the observed SAR image are employed. In our implementation, the expectation-maximization algorithm is used to estimate parameters of the Gamma distributions, and the iterative conditional estimation algorithm is used to estimate the MLL model parameters. The segmentation results for synthetic and real SAR images show that the proposed method has a good performance.     

SAR Image Segmentation Based on Level Set With Stationary Global Minimum

In this letter, we propose a new level-set-based energy functional for the purpose of synthetic aperture radar (SAR) image segmentation into Gamma homogeneous regions. The segmentation of SAR images is a difficult problem due to the presence of speckles, which can be modeled as strong multiplicative noise. Our proposed energy functional is designed to get a stationary global minimum. As a result, the level set function that evolves by the Euler–Lagrange equation of the energy functional has a unique stationary convergence state. Moreover, it is easy to set a termination criterion on the curve evolution via a level set by using our energy functional. The experimental results on both synthetic and real SAR images demonstrate the effectiveness of our method.      

基于相拟性准则的SAR图像分割方法

提出一种以似然差函数作为相似性衡量标准的SAR图像分割方法。首先根据SAR图像的强度分布特性，通过仿真，发现两个具有相同分布的均匀区域合并成一个区域后，它们的似然差函数近似与区域的大小和均值无关，而仅与SAR图像的视数有关。在此基础上对两个相邻区域的似然差函数进行简化，获得它的概率密度函数的解析形式。选取一定的虚警率，计算出两个相邻区域之间存在边界的似然差函数的阈值。然后根据似然差函数和区域的形状的约束建立融合代价，使得所有可以融合的区域按照一定的顺序融合。当没有区域可以进一步融合时，就获得SAR图像的最终分割结果。     

Using SAR Images to Detect Ships From Sea Clutter

An innovative constant false alarm rate (CFAR) algorithm was studied for ship detection using synthetic aperture radar (SAR) images of the sea. Two advances were achieved. An alpha-stable distribution rather than a traditional Weibull or -distribution was used to model the distribution of sea clutter. The distribution of sea clutter in a SAR image was typically heterogeneous, caused mainly by variable wind and current conditions. Image segmentation was carried out to improve the homogeneity of the distribution in each subimage or region. In comparison with ship detection using the CFAR algorithms based on the Weibull or K -distribution, our algorithm detected the most number of ships with the smallest number of false alarms.     

SAR图像不同油膜特征的最佳分割方法选择

SAR图像溢油分割是SAR溢油监测中一个重要环节。文中选取4种不同形状、尺寸和对比度的SAR油膜数据,分别采用双峰阈值分割法、最大熵分割法、区域生长法、分水岭算法、图割法、水平集方法等6种方法进行溢油信息提取,探讨适合于不同油膜特征的最佳提取方法。结合现有尺度分割标准,提出一种SAR图像溢油信息评价指数——有效分割指数(Effective Segmentation Index,ESI),对不同分割方法得到的溢油提取结果进行定量评价,得出了不同特征油膜所适合的最佳分割方法。     

SAR图像河流分割的加权指数区域能量模型

传统主动轮廓模型很难实现精确的SAR图像河流分割。针对这一问题,本文提出了一种加权指数区域能量主动轮廓模型,以精确地提取SAR图像中的河流。该模型在Chan-Vese(CV)模型能量泛函中引入了指数区域能量,能更好地衡量分割图像和原始图像的差异程度,提高模型的分割准确性。此外,利用目标区域和背景区域内像素灰度的最大绝对差取代模型中常值区域能量权重,自适应地调节目标区域和背景区域的能量比重,加速曲线运动到目标区域的边缘,获得更高的分割效率。针对实际河流SAR图像进行了分割试验,结果表明:与传统主动轮廓模型相比,本文提出的模型能更快速、精确地分割SAR图像中的河流,在分割结果和分割效率两方面具有优势。     

多维特征自适应MeanShift遥感图像分割方法

针对MeanShift算法分割遥感图像的自动化程度和精度不高的问题,提出一种多特征自适应Mean—Shift遥感图像分割方法。3组实验结果表明,本方法相比EDISON软件能得到更好的分割效果,且能在一定程度上提高遥感影像分割的自动化。