视觉皮层振荡神经网络在遥感影像分割中的应用

对于具有复杂场景的遥感影像,提出了基于各向异性扩散特征保持平滑的简化LEGION算法,弥补传统LEGION图像分割算法对噪声敏感的不足。对于多(高)光谱影像,则采用马氏距离计算光谱向量间的连接权得到扩展LEGION算法进行分割。实验结果表明,LEGION算法较传统的图像分割方法对单波段灰度遥感影像目标及其重要细节部分的分割效果更显著;扩展LEGION算法适用于多光谱遥感影像分割。     

高光谱影像小样本分类的图卷积网络方法

现有的基于卷积神经网络的高光谱影像分类方法通常对影像的规则正方形区域进行卷积,无法普遍适应具有不同地物分布和几何外观的影像局部区域,因此在小样本情况下的分类性能较差,而图卷积网络能对图拓扑信息所代表的不规则影像区域进行卷积.为此,本文提出基于图卷积网络的高光谱影像分类方法.该方法在构建拓扑图的过程中考虑了影像的空间光谱信息,并利用图卷积网络聚合邻居节点的特征信息.在Pavia大学、Indian Pines和Salinas 3个数据集上的试验结果表明,该方法能在训练样本较少的情况下取得较高的分类精度.     

矢量C-V模型的高光谱遥感影像分割

高光谱遥感影像除了包含普通2维影像所具有的空间信息还包含了1维光谱信息,传统的针对2维影像的分割方法不能很好地应用于高光谱遥感影像。为此,本文提出一种能够同时处理多波段影像的高光谱遥感影像矢量C-V模型分割方法。首先选出高光谱遥感影像中目标与背景对比度较大的波段,并通过计算波段相关系数,去除其中的冗余信息形成新的波段组合,进而根据所确定的波段组合构建高光谱遥感影像矢量矩阵;在此基础上,构造基于该矢量矩阵的矢量C-V分割模型。模型中通过引入基于梯度的边缘引导函数,在保留传统C-V模型基于区域信息进行影像分割的基础上,利用影像的边缘细节信息,增强了模型在异质区域和复杂背景情况下对目标边缘的捕捉能力,提高了对高光谱遥感影像的分割精度和速度。最后利用HYPERION数据进行仿真实验,并将实验结果和传统C-V模型和相关方法进行了对比,结果表明,本文方法能够在短时间内有效地分割高光谱遥感影像,与传统方法相比,具有分割精度更高运算速度更快的特点。     

基于光谱多尺度分割特征的高光谱混合像元分解

提高混合像元线性分解精度的一个关键点在于改善端元光谱矩阵的构成。本文提出一种基于光谱多尺度分割特征的混合像元分解方法。首先在分割段内离差平方和最小准则下,对高光谱影像的光谱进行多尺度分割,并以各分割段中对应像元的光谱平均值为光谱特征,最后以限制性的最小二乘方法估计出混合像元的组分。模拟与真实数据的实验结果表明,本文方法能够较大的提高遥感影像混合像元的分解精度,并且优于光谱维小波特征的分解。     

双模态脉冲耦合神经网络高分辨率光学卫星影像分割

针对应用PCNN分割高空间分辨率光学卫星影像存在的问题,提出一种双模态PCNN算法。利用北京地区QuickBird影像进行实验,结果表明,该算法能够弱化影像目标内部灰度变化信息对结果的影响,并能提取影像目标几何结构特征信息,为高空间分辨率光学卫星影像分割提供了一种新方法。     

基于时刻独立脉冲耦合神经网络的高空间分辨率摇感影像分割

高空间分辨率遥感影像中地物目标内部光谱信息复杂性的增强,使得传统基于光谱特征值的数据处理方法效果不再显著,影像分割为解决这一问题提供了一种思路,成为当前高空间分辨率遥感影像处理的研究焦点.时刻独立脉冲耦合神经网络具有状态相近、空间相邻神经元相互耦合同步脉冲激发和区域之间神经元脉冲激发时刻独立两大特点,已被应用于非遥感影像分割中,并取得较好效果.本文结合高空间分辨率遥感影像特点,通过对网络参数进行实验和分析,提出一个基于时刻独立脉冲耦合神经网络的高空间分辨率遥感影像分割方法,并利用空间分辨率0.3m的航空影像进行了数据试验,将分割结果进行讨论并与现有时刻独立脉冲耦合神经网络方法和ISODATA方法分割结果进行对比分析.结果表明:时刻独立脉冲耦合神经网络在高空间分辨率遥感影像分割处理中具有很好的应用前景.     

关于多光谱和高光谱影像的纹理问题

提出了一种新的纹理概念,指出纹理是地物目标光谱空间到二维投影空间的映射模式,以表述多波段影像或高光谱影像的纹理,并蕴含了单波段或黑白影像纹理概念。同时,提出了实现空间映射的几种编码方式,即基于光谱相似性分析的编码、基于光谱空间密度分析的编码、以影像主成份分析为基础的编码、空间相关性的编码等五种方法。     

基于Oracle的高光谱影像数据库研究

为有效地组织和管理高光谱影像,本文提出了基于Oracle数据库平台的高光谱影像存储和管理的解决方案。基于对象关系-模型设计了光谱数据表组+属性数据表组的存储规范以及波段独立顺列式、波段集中整合式以及表单位式的三种存储模式。采用地形瓦片和影像金字塔的快速索引结构设计和建立了高光谱影像数据库的原型。     

面向高光谱影像分类的生成式对抗网络

为了提高高光谱影像分类精度,提出了一种基于生成式对抗网络的高光谱影像分类方法。生成式对抗网络由生成器、判别器和分类器3部分组成,其中生成器用于模拟高光谱样本的数据分布,生成特定类别的样本;判别器是一个二值分类器,用于判断输入的样本是否为真实数据;分类器用于对输入的样本进行分类。利用反向传播算法依次更新生成器、判别器和分类器的网络参数使损失函数最小,从而达到训练网络的目的。生成器和判别器能够模拟高光谱影像的样本分布来辅助训练分类器,因此能够提高高光谱影像的分类精度。分别采用Pavia大学和Salinas高光谱数据集进行分类试验,试验结果表明提出的分类方法能够在小样本条件下提高高光谱影像的分类精度。     

基于光谱相关性的SVM高光谱遥感影像分类

根据高光谱遥感影像数据特点,首先利用光谱相关性进行特征选择,然后引进SVM进行高光谱遥感影像分析解译,最后利用AVIRIS影像进行试验,结果显示分类精度和时间比常规方法都有很大改善。     

光谱可形变卷积驱动的高光谱图像分类

基于卷积神经网络的高光谱图像分类是当前的研究热点,先后发展了空洞卷积、可形变卷积等先进模型。然而,现有可形变卷积只在空间维偏移,忽略了高光谱图像光谱之间的差异信息。为此,本文将可形变卷积从空间维扩展到光谱维,设计了光谱可形变卷积,提出了光谱可形变卷积网络SDCNN (Spectral Deformable Convolutional Neural Network)。首先,利用全连接层学习光谱可形变卷积的偏移量,采用线性差值对图像光谱维进行特征校准;其次,采用多层1×1卷积进行光谱维特征聚合;最后,使用三维卷积层提取光谱—空间联合特征。不同于空间可形变卷积,光谱可形变卷积只在光谱维上进行偏移,可以为不同类别选择更合适的特征波段,提升模型的判别性。在国际通用测试数据Indian Pines、University of Pavia以及University of Houston上进行了实验,结果表明：本文提出的SDCNN方法优于其他深度学习方法,在相同样本条件下取得了更高的分类精度,总体精度达到了98.86%(Indian Pines,10%/类)、99.81%(University of P...     

基于超像素图卷积网络的高光谱图像分类

高光谱图像分类是遥感领域中一个具有挑战性的问题。基于深度学习框架的高光谱图像分类方法,由于其良好的分类性能受到了越来越多的关注。然而,这些方法普遍存在的问题为：模型的训练不仅需要大量的时间,而且还需要大量的标签样本。针对此问题,本文提出了一种基于超像素图卷积网络的高光谱图像分类方法。该方法以超像素作为图的节点,极大地减小了图的规模,从而提高了分类效率;提出的超像素合并技术能有效地融合光谱-空间信息,增强了空间信息在分类中的作用;为了验证该方法的有效性,在Indian Pines、Pavia University两个实际数据集上进行试验,并与一些先进的基于深度学习框架的高光谱图像分类方法进行比较。结果表明,本文方法在分类精度和分类效率上均优于其他方法。     

空-谱融合的条件随机场高光谱影像分类方法

高光谱遥感数据具有光谱信息丰富、图谱合一的特点,目前已经广泛地应用在对地观测中。传统的高光谱分类模型大多过分依赖影像光谱信息,没有充分利用空间特征信息,这使得分类精度还有很大的提升空间。条件随机场是一种概率模型,能够较好地融合空间上下文信息,在高光谱影像分类中已经得到越来越多的关注,但大部分条件随机场模型存在超平滑的现象,会导致影像细节丢失。针对该问题,本文提出了一种优化融合影像空-谱信息的高分辨率/高光谱影像分类方法,该方法将影像的纹理信息与原始光谱信息进行融合,利用SVM分类器对其进行预分类,并将各类概率定义为一元势函数,以融合空间特征信息;然后将空间平滑项和局部类别标签成本项加入二元势函数中,以考虑空间背景信息,并保留各类别中的详细信息。最后,通过两组的高分辨率/高光谱影像数据进行试验。结果表明,与SVM算法、传统的条件随机场方法和面向对象的分类方法相比,本文提出的算法在整体分类精度上分别提高了10%、9%和8%以上,同时在保持地物边缘完整性、避免“同谱异物”与“同物异谱”的现象方面有较明显的优势。     

粒子群优化神经网络的土壤有机质高光谱估测

针对提高土壤有机质高光谱估测精度的问题,该文对山东省泰安市的92个棕壤样本进行光谱去噪,剔除异常样本处理后,对光谱反射率进行11种变换,发现一阶微分变换最佳;然后计算土壤有机质含量与变换后光谱反射率的相关系数,选取5个特征波段,分别利用多元线性回归、BP神经网络、支持向量机、粒子群优化神经网络4种方法建立土壤有机质含量高光谱估测模型并进行精度比较。实验结果表明,多元线性回归、BP神经网络、支持向量机和粒子群优化神经网络模型的决定系数R2分别为0.520 3、0.665 4、0.735 0和0.853 0,均方根误差分别为2.12、1.99、1.45和1.08。研究结果表明,粒子群优化神经网络的反演精度高、稳定性强,可有效提高土壤有机质的光谱估测能力。     

高分辨率遥感影像语义分割的半监督全卷积网络法

在遥感领域,利用大量的标签影像数据来监督训练全卷积网络,实现影像语义分割的方法会导致标签绘制成本昂贵,而少量标签数据的使用会导致网络性能下降。针对这一问题,本文提出了一种基于半监督全卷积网络的高分辨率遥感影像语义分割方法。通过采用一种集成预测技术,同时优化有标签样本上的标准监督分类损失及无标签数据上的非监督一致性损失,来训练端到端的语义分割网络。为验证方法的有效性,分别使用ISPRS提供的德国Vaihingen地区无人机影像数据集及国产高分一号卫星影像数据进行试验。试验结果表明,与传统方法相比,无标签数据的引入可有效提升语义分割网络的分类精度并可有效降低有标签数据过少对网络学习性能的影响。     

A new conception of image texture and remote sensing image segmentation based on Markov random field

The texture analysis is often discussed in image processing domain, but most methods are limited within gray-level image or color image, and the present conception of texture is defined mainly based on gray-level image of single band. One of the essential characters of remote sensing image is multidimensional or even high-dimensional, and the traditional texture conception cannot contain enough information for these. Therefore, it is necessary to pursuit a proper texture definition based on remote sensing i...     

深度神经网络条件随机场高分辨率遥感图像建筑物分割

高分辨率遥感图像建筑物分割的实质是构建一个输入图像到分割结果之间的高维强非线性映射模型。然而,建筑物可能遍布整幅遥感图像,则在语义分割过程中,当前像素点可能与非邻域的像素点存在直接关系。为了更加精确地逼近建筑物分割的真实映射模型,克服道路、建筑物错层和阴影的影响,提高分割精度,本文以深度残差神经网络为基础,构建Encoder-Decoder的深度学习架构,自动提取建筑物的特征,学习建立高维强非线性分割模型;同时,通过条件随机场的成对势函数调节当前像素点与其他像素点之间的关联关系,从而构成全连接条件随机场对Encoder-Decoder的分割结果进行调节,提升分割精度。在全连接条件随机场的计算过程中,采用循环神经网络的运行机制来完成均值场的计算,这将条件随机场与深度神经网络有机融合,实现了Encoder-Decoder和全连接条件随机场参数的同步训练。实验结果表明,本文采用的深度神经网络条件随机场方法能有效克服道路、建筑物错层和阴影的影响,提升高分辨率遥感图像中建筑物的分割精度;同时,在一定范围内对多分辨率遥感图像具有较好的泛化能力。     

结合边界约束网络和分水岭分割算法的建筑物提取

城市作为高密度建筑区域,在较小范围内有大量结构相似的建筑紧密分布。当前从高分辨率图像中准确检测建筑仍然是一个挑战,本文受边缘检测网络启发,提出一种强化边界精度的建筑物提取新方案,根据建筑物及边界特点改进深度网络,结合自下而上分组的分水岭分割提高分类精度和建筑边界的准确度。首先对数据预处理,生成建筑边界和建筑分割线两类辅助标签;改进性能较优的建筑检测框架ICT-Net网络,修改网络结构和损失函数,针对两类辅助标签,强化边界影响,提高网络性能;最后对网络预测结果应用结合分水岭分割和梯度提升回归树的后处理,实现高精度的建筑提取。结果表明,数据预处理、改进深度学习算法可提高建筑检测像素精度IOU (Intersection over Union)约1%。后处理能充分利用网络输出的概率信息,有效优化建筑边界,在网络预测结果的基础上提高建筑实例召回率10.5%。本文方案与原始的ICT-Net网络相比,提高建筑实例召回率22.9%。     

基于航片颜色分割的土地利用更新调查技术

本文对基于航片的土地利用更新调查作业流程进行了分析,对其中的地物提取、地图纠正技术进行了探讨,提出了基于神经元网络和启发式学习规则的彩色地图分层的方法,用以提取彩色地形图中的特征地物以及进行颜色分割。还构造了地图自动纠正算法,它自动准确地提取图内的格网,以进行纠正。这些算法提高了土地利用更新作业效率。