深度融合网结合条件随机场的遥感图像语义分割

为了充分利用遥感图像中丰富的细节信息和上下文信息,提高图像语义分割精度,提出一种深度融合网结合条件随机场模型的遥感图像语义分割方法。方法在全卷积神经网络框架中增加反卷积融合结构,搭建深度融合DFN (Deep Fusion Networks)网络,通过深层网络自动获取多尺度特征,避免人工设计和选择特征,提高模型的泛化能力;同时借助反卷积融合结构,利用多尺度信息,将浅层细节信息和深层语义信息相融合,提高模型的处理精度。由全连接条件随机场引入空间上下文信息,更好地定位边界,得到最终的语义分割结果。在遥感图像数据集上的实验结果显示:(1)随着不同尺度细节信息的融入,结果的边缘轮廓越精确、接近标签图像;(2)增加了空间上下文信息后,语义分割结果边缘更细化、准确,精度更高。实验表明,该方法可以有效提高遥感图像语义分割的精度,改善结果的过平滑现象。     

顾及空间信息与全卷积神经网络的高分辨率遥感影像分类方法

针对高空间分辨率遥感影像分类中存在的特征选择困难和空间信息缺乏等问题,提出一种顾及空间信息与全卷积神经网络(fully convolutional network,FCN)的高分辨率遥感影像分类方法。该方法综合利用遥感影像的光谱信息与高程信息,首先,使用改进的全卷积神经网络逐层学习得到从底层到高层的特征映射;然后,利用Softmax分类器获得分类概率图;最后,将分类概率图和待分类影像同时输入条件随机场以强化空间信息约束,得到最终的分类结果。实验表明,该方法能有效提升高分辨率遥感影像的分类精度,减少分类噪声,在主观视觉效果和客观定量指标上均优于全卷积神经网络方法以及K近邻和支持向量机等传统分类方法,同时证明了数字表面模型用于高分辨率遥感影像分类的优势。     

脉冲耦合神经网络的遥感影像城市道路提取

针对高分辨率遥感影像中阴影对道路提取产生较大干扰的问题,提出了一种基于脉冲耦合神经网络(PCNN)的城市道路提取方法。该方法首先在近红外波段检测并消除阴影和水体的影响,并使用PCNN对消除阴影后的灰度图像进行分割处理;然后使用形态学建筑物指数(MBI)和归一化差分植被指数(NDVI)分别提取出建筑物和植被信息,消除建筑物和植被的影响;最后提取受行道树影响较大的道路,并对处理后的图像作数学形态学法的处理。该文以深圳市SPOT-7高分辨率影像进行实验。实验表明,该方法能保留原始的道路边缘细节信息,并对阴影具有很好的抗干扰作用,提取的道路信息具有很好的连续性和完整性。     

IEU-Net高分辨率遥感影像房屋建筑物提取

房屋建筑物作为人类活动的主要场所,快速准确地将其从高分辨率遥感影像中提取出来,对促进遥感信息在防灾减灾、城镇管理等方面的应用具有重要意义。本文基于深度学习,提出了高分辨率遥感影像房屋建筑物像素级精确提取方法。首先,针对样本图像边缘像素特征不足现象,以U-Net模型为基础提出IEU-Net模型,设计了全新的忽略边缘交叉熵函数IELoss并将其作为损失函数,另外添加Dropout和BN层在避免过拟合的同时提高模型训练速度和鲁棒性。其次,为解决模型特征丰富度有限的问题,引入形态学建筑物指数MBI,与遥感影像RGB波段一同参与到模型的分类过程。最后,在模型预测时与IELoss相对应采用忽略边缘预测策略从而获得最佳建筑物提取结果。实验对比分析表明：本文方法能有效克服样本边缘像素特征不足问题并抑制道路、建筑物阴影对结果的影响,提升高分辨率遥感影像中房屋建筑物的提取精度。     

融合可变形卷积与条件随机场的遥感影像语义分割方法

当前,深度卷积神经网络在遥感影像语义分割领域取得了长足的发展.标准的卷积神经网络由于卷积核的几何形状是固定的,导致对几何变换的模拟能力受到限制.本文引入一种可变形卷积来增强卷积网络对空间变换的适应能力.由于神经网络架构中使用了池化层操作,这会导致在输出层未能充分地对局部对象进行准确的分割.为了克服这种特性,本文将神经网络输出层的粗糙预测分割结果通过全连接的条件随机场来进行处理,以此来提高对影像细节的分割能力.本文方法易于采用标准的反向传播算法进行端到端的方式训练.ISPRS数据集上的测试试验结果表明本文方法可以有效地克服遥感影像中分割对象的复杂结构对分割结果的影响,并在该数据集上获得了当前最好的语义分割结果.     

全连接条件随机场高分辨率遥感影像面状地物交互提取

提出一种基于全连接条件随机场高分辨率遥感影像面状地物交互式提取方法。通过人工交互标记估计前景模型,结合光谱与纹理特征,在利用简单线性迭代聚类算法对输入影像进行过分割的基础上,通过基于区域的最大相似融合对前景区域进行扩充,建立全连接条件随机场描述影像的全局信息。以均值场估计为基础,利用高维高斯滤波方法实现模型推断,进而获取面状地物轮廓。通过对高分遥感影像上水域、林地、梯田等面状地物的实验提取,证明了该方法的有效性。     

一种基于多特征及BP神经网络的高分辨率遥感影像道路提取方法

高分辨率遥感影像的道路提取能够广泛应用于自动驾驶及地图导航的研究,现有道路自动提取方法精度较低。随着人工智能技术的发展,人工神经网络算法得到推广,将其应用于高分辨率遥感影像的道路提取也在探索研究之中。提出一种基于图像分割及神经网络的高分辨率遥感影像道路提取方法,以减少大量的人工预处理工作,提高道路识别提取效率。针对传统方法用于复杂影像分析的参数难以确定的问题,首先采用影像分割技术获得影像对象,然后对影像对象进行纹理特征、形状特征、光谱特征的计算,并使用BP神经网络进行训练,形成分类模型。基于得到的分类模型进行道路的自动提取,在仿真实验中获得了较好的精度,识别准确率达到87.6%。     

新型语义分割D-UNet的建筑物提取

高分辨率遥感图像语义分割在航空图像分析领域中具有重要的理论价值和应用价值。但由于高分辨率遥感图像中建筑物语义的丰富性和图像背景的复杂性,以往的分割方法往往容易产生边缘模糊、细节信息丢失和分辨率低等缺点。为了解决高分辨率卫星图像语义分割边界模糊和信息丢失的问题,本文提出一种端到端的卷积神经网络Dilated-UNet (D-UNet)。首先,通过改进U-Net网络结构,采用Dilation技术拓展四通道的多尺度空洞卷积模块,每个通道采用不同的卷积扩张率来识别多尺度语义信息,从而提取更丰富的细节信息。其次,设计了一种交叉熵和Dice系数的联合损失函数,更好的训练模型以达到预期分割效果。最后,在Inria航空图像数据集上进行综合评估与检验。实验结果表明,本文提出的遥感图像分割方法能够有效地从高分辨率遥感图像中进行像素级城市建筑物的分割,与其他方法相比,分割精度更高,具有较高的实际应用价值。     

基于端到端全卷积神经网络的道路提取

高分辨率遥感影像中道路网的提取是智能地物提取和分析的重要方面,研究遥感图像的道路提取方法具有重要科学意义。本文以马萨诸州航空影像道路数据集为试验数据,设计一种基于端到端的全卷积神经网络模型,基于此分别对郊区道路网以及城区密集道路网进行试验分析,并与传统的监督分类算法进行比较。试验结果表明,基于卷积神经网络的深度学习算法可较高精度地从高分辨率遥感影像中提取道路信息,召回率与F1评分有着25%～47%左右的提升。     

改进U-Net的遥感图像语义分割方法

利用深度神经网络进行遥感影像语义分割是遥感智能解译的一个重要内容，在城市规划、灾害评估及农业生产等领域具有十分重要的作用。高分辨率遥感影像具有背景复杂、尺度多样及形状不规则等特点，使用自然场景语义分割方法处理遥感图像往往存在分割精度低的问题。针对上述情况，本文在U-Net模型基础上，提出了一种多尺度跳跃连接方法来融合不同层次的语义特征，获取准确的分割边界与位置信息；引入注意力机制和金字塔池化解决复杂背景下的精细分割问题。为了验证本文方法的有效性，在WHDLD和LandCover.ai数据集上进行试验，并与主流语义分割方法进行对比。试验结果表明，本文方法的mIoU分别达到74.28%和82.04%,F₁均值达到84.47%和89.76%,均优于其他对比方法；相比于U-Net的分割结果，IoU在建筑物、道路等占比较少的类别上提升明显，且优于其他对比方法。     

空间信息感知语义分割模型的高分辨率遥感影像道路提取

道路信息自动化提取已经成为遥感领域热门的研究方向,而基于深度学习的遥感影像道路信息提取方法已经取得了许多成果。但由于受到网络中卷积和池化等操作的影响,基于深度学习的道路提取方法存在着空间特征和地物细节信息丢失等问题,造成许多误提现象。针对此问题,本文设计了一种改进的道路提取语义分割网络模型,该网络以改进的ResNet网络为主体,并引入坐标卷积和全局信息增强模块,用于增强空间信息和全局上下文信息的感知能力,突出道路边缘特征进而确保道路分类的精确性。本文方法在公开道路数据集和高分数据集上获得了显著的提取效果,与其它方法相比取得了明显提高;并且,在一定程度上减少了树木、建筑阴影等自然场景因素遮挡的影响,可以完整准确地提取出道路;此外,模型对多尺度道路也可以实现有效地提取。     

基于实例分割模型的建筑物自动提取

传统的遥感影像目标提取方法大多采用目视解译或基于像素信息进行处理,难以适用于高分辨率影像中的复杂场景。而现有的卷积神经网络语义分割模型,由于难以达到较高的精度会出现提取目标粘连的情况。针对该问题,本文对实例分割模型Mask R-CNN进行改进,提出了一种高效、准确的高分辨率遥感影像建筑物提取算法。首先,在Mask R-CNN原有的特征提取部分每个层级的特征图后再增加一层卷积操作,以降低上采样造成的混叠效应;然后,在原有掩膜预测结构的基础上增加一个分支,改善掩膜预测的效果;最后,将改进后的网络在建筑物数据集上进行训练。结果表明,本文方法能够准确独立预测每个建筑物顶部,没有目标粘连情况,且mAP值较Mask R-CNN有所提高,能够有效实现遥感影像建筑物精细化提取。     

结合像元级和目标级的高分辨率遥感影像建筑物变化检测

快速、精准的建筑物变化检测对城市规划建设等业务管理具有重要意义。随着卫星遥感技术的快速发展,基于高分辨率遥感影像的建筑物变化检测得到了广泛关注。针对像元级建筑物变化检测方法往往精度不足而目标级建筑物变化检测方法过程烦琐等问题,本文提出结合像元级和目标级的高分辨率遥感影像建筑物变化检测方法。首先综合高分辨率遥感影像的多维特征,利用随机森林分类器进行影像集分类,以获取像元级建筑物变化检测结果;然后对后时相遥感影像进行图像分割,获得影像对象;最后融合像元级建筑物变化检测结果和影像对象,识别变化的建筑物目标。利用双时相QuickBird高分辨率遥感影像进行建筑物变化检测试验,结果表明：本文提出的方法能够削弱光照、观测角度等环境差异对建筑物变化检测的影响,显著改善建筑物变化的检测精度。     

基于HRNet的高分辨率遥感影像建筑物变化信息提取

建筑物图斑变化检测是遥感影像信息提取的重要内容之一,对于土地调查、自然资源常态化监测、土地执法监测等具有重要意义。岭南地区建设结构复杂,高分辨率遥感影像信息丰富,包含建筑结构细节多种多样,加上成像的季节不同、时间不同等因素导致建筑物变化信息的自动提取十分困难。针对此问题,本文提出了基于HRNet的语义分割模型,通过筛选保留高分辨率的特征层,从而保留更细节的图像信息。此外,结合图像分割二值化对结果进行优化,在一定程度上提高了高分辨率遥感影像建筑物变化自动检测的能力。     

高分辨率遥感影像超像素的模糊聚类分割法

传统模糊C均值聚类在影像分割中只考虑影像的灰度特征,导致该算法用于高空间分辨率遥感影像分割时分割结果不理想。针对该问题,本文提出了一种高分辨率遥感影像超像素的模糊聚类分割方法。该方法首先利用分水岭变换算法产生多个超像素子区域;然后比较各个子区域间光谱特征的相似性;最后利用融合光谱特征的模糊C均值聚类对这些超像素子区域进行合并。试验选用4组不同场景的遥感影像,采用定性和定量相结合的方法评价试验结果。试验结果表明,该方法有效提高了分割区域的分割精度,并取得了较好的分割视觉效果。     

轨迹延续性与影像特征相似性结合的城市道路提取

城市道路区域检测是城市土地管理、交通规划等领域的迫切需求,而传统城市道路区域检测多使用轨迹提取、遥感解译、人工采集等单独方式,在自动化程度或提取质量上存在一定的局限性。本文结合GNSS轨迹点与高分遥感影像各自的数据优势,提出一种基于轨迹延续性与影像特征相似性的遥感影像道路区域检测方法。该方法以出租车GNSS轨迹点构建轨迹特征栅格,基于轨迹延续性在平均方向特征栅格中划分路段对象,利用道路对象的光谱特征向轨迹无法覆盖的小区内部进行拓展,以获得提取区域内较为完整的道路信息。试验证明：本文方法可以有效降低道路的同物异谱现象及阴影、树木遮挡的影响,高效地提取高分遥感影像中的道路区域。与传统的遥感影像分类方法相比,具有更高的精度与自动化程度,相较于深度学习模型具有更广的适应性。     

完全残差连接与多尺度特征融合遥感图像分割

遥感图像数据规模大,光照、遮挡等情况复杂,目标密集、尺度不一以及缺乏大量带标注图像用于训练深度网络等特点对遥感图像分割的完整性和正确性造成了更大的挑战。针对深度卷积网络中因多次卷积造成分辨率显著下降,像素类别预测精度降低的问题,本文在深度卷积编码—解码网络的基础上设计了一个采用完全残差连接和多尺度特征融合的端到端遥感图像分割模型。该模型具有两方面优点：首先,长距离和短距离的完全残差连接既简化了深层网络的训练,又为本层末端融入了原始输入信息,增强了特征融合。其次,不同尺度和方式的特征融合使网络能够提取丰富的上下文信息,应对目标尺度变化,提升分割性能。本文通过对ISPRS Vaihingen和Road Detection数据集做数据扩充并进行实验,分别从平均IOU、平均F1值两方面对模型进行评价。通过与目前先进的模型以及文献中的研究成果进行比较,结果表明本文所提模型优于对比模型,在两个数据集上的平均IOU分别达到了85%和84%,平均F1值分别达到了92%和93%,能够有效提高遥感图像目标分割的完整性和正确性。     

建筑物侧面轮廓线约束的高分辨率遥感影像建筑物高度估算方法

针对现有利用阴影长度法提取建筑物高度时存在的阴影间相互遮挡问题,提出了一种基于建筑物侧面轮廓线进行建筑物高度估算的新方法。首先,利用RPC模型计算建筑物像点位移的方向与卫星成像角度,再将遥感影像进行旋转,使建筑物像点位移沿水平方向;然后,利用Canny算法进行轮廓检测,并构建一定长度的矩形形态学结构元素,对轮廓图像进行形态学开运算,以提取侧面轮廓线,再利用Hough变换与建筑物角点约束,对所提取的轮廓线进一步筛选;最后,根据卫星侧视成像时建筑物高度与像点位移的几何关系进行建筑物的高度估算。利用实际的高分辨率卫星影像对本文方法进行了验证,并与阴影法估算建筑物高度进行了对比。试验结果证明,利用建筑物侧面轮廓线进行建筑物高度估算平均误差可以达到0.7 m,且实际精度优于使用阴影法进行建筑物高度估算。     

全局局部细节感知条件随机场的高分辨率遥感影像建筑物提取

条件随机场模型由于其较强的上下文信息建模能力,被广泛应用于建筑物提取任务中。然而,面对高分辨率遥感影像丰富的地物信息,基于条件随机场的提取方法存在建筑物边界模糊的问题。本文提出了一种全局局部细节感知条件随机场框架,该框架提出全局局部一体化D-LinkNet,在有效利用多尺度建筑物信息的同时保留局部结构信息,解决了传统条件随机场一元势能丢失边界信息的问题。同时,该框架融合分割先验以缓解建筑物类内光谱差异较大的影响,利用更大尺度的上下文信息来精确提取建筑物,并引入局部类别标记代价从而保持细节信息以获取清晰的建筑物边界。实验结果表明,该框架在WHU卫星和航空数据集上的精度评价指标均优于其他对比方法,其IoU分别达89.82%和91.72%,对于复杂场景下的建筑物信息能够获得较好的提取效果。     

结合空洞卷积的FuseNet变体网络高分辨率遥感影像语义分割

针对多模态、多尺度的高分辨率遥感影像分割问题,提出了结合空洞卷积的FuseNet变体网络架构对常见的土地覆盖对象类别进行语义分割。首先,采用FuseNet变体网络将数字地表模型（digital surface model,DSM）图像中包含的高程信息与红绿蓝（red green blue,RGB）图像的颜色信息融合;其次,在编码器和解码器中分别使用空洞卷积来增大卷积核感受野;最后,对遥感影像逐像素分类,输出遥感影像语义分割结果。实验结果表明,所提算法在国际摄影测量与遥感学会(International Society for Photogrammetry and Remote Sensing, ISPRS)提供的Potsdam、Vaihingen数据集上的m_F1得分分别达到了91.6%和90.4%,优于已有的主流算法。