基于全卷积神经网络的多源高分辨率遥感道路提取

针对半自动道路提取方法人工参与较多、提取精度不高且较为耗时的问题提出一种基于全卷积神经网络（FCN）的多源高分辨率遥感道路提取方法。首先,对高分二号和World View图像进行分割,用卷积神经网络（CNN）分类出包含道路的图像;然后,用Canny算子提取道路的边缘特征信息;最后,结合RGB、Gray和标签图放入FCN中训练,将现有的FCN模型拓展为多卫星源输入及多特征源输入的FCN模型。选取西藏日喀则地区作为研究区域,实验结果显示,所提方法在对高分辨率遥感影像进行道路提取时能够达到99.2%的提取精度,并且有效地减少了提取所需的时间。     

深度残差神经网络高分辨率遥感图像建筑物分割

针对高分辨率遥感图像建筑物分割问题,提出一种Encoder-Decoder的深度学习框架,建立输入图像到分割结果之间的端对端的分割模型。其中Encoder以残差网络为基础,自动提取建筑物的特征;Decoder采用反卷积实现对特征图的上采样,从而完成对建筑物的分割;同时引入批量规范化处理,降低了神经网络权重训练过程中的梯度竞争,从而减小了神经网络的训练难度。实验表明:提出的建筑物分割算法能有效提取建筑物的块状特征和边缘信息,降低复杂道路等干扰的影响,提升建筑物的分割精准度,算法对邻近复杂道路的建筑物、规律性建筑物、单体复杂建筑物等3种典型建筑物的分割精度分别为：0.837、0.892和0.630;F值分别为：0.851、0.879和0.730。同时,多分辨率条件下的分割实验结果表明,该算法对于一定范围内的多分辨率遥感图像具有较好的泛化能力。     

深度残差神经网络高分辨率遥感图像建筑物分割

针对高分辨率遥感图像建筑物分割问题,提出一种Encoder-Decoder的深度学习框架,建立输入图像到分割结果之间的端对端的分割模型。其中Encoder以残差网络为基础,自动提取建筑物的特征;Decoder采用反卷积实现对特征图的上采样,从而完成对建筑物的分割;同时引入批量规范化处理,降低了神经网络权重训练过程中的梯度竞争,从而减小了神经网络的训练难度。实验表明:提出的建筑物分割算法能有效提取建筑物的块状特征和边缘信息,降低复杂道路等干扰的影响,提升建筑物的分割精准度,算法对邻近复杂道路的建筑物、规律性建筑物、单体复杂建筑物等3种典型建筑物的分割精度分别为:0.837、0.892和0.630;F值分别为:0.851、0.879和0.730。同时,多分辨率条件下的分割实验结果表明,该算法对于一定范围内的多分辨率遥感图像具有较好的泛化能力。     

深度残差神经网络高分辨率遥感图像建筑物分割

针对高分辨率遥感图像建筑物分割问题，提出一种Encoder-Decoder的深度学习框架，建立输入图像到分割结果之间的端对端的分割模型。其中Encoder以残差网络为基础，自动提取建筑物的特征；Decoder采用反卷积实现对特征图的上采样，从而完成对建筑物的分割；同时引入批量规范化处理，降低了神经网络权重训练过程中的梯度竞争，从而减小了神经网络的训练难度。实验表明:提出的建筑物分割算法能有效提取建筑物的块状特征和边缘信息，降低复杂道路等干扰的影响，提升建筑物的分割精准度，算法对邻近复杂道路的建筑物、规律性建筑物、单体复杂建筑物等3种典型建筑物的分割精度分别为：0.837、0.892和0.630；F值分别为：0.851、0.879和0.730。同时，多分辨率条件下的分割实验结果表明，该算法对于一定范围内的多分辨率遥感图像具有较好的泛化能力。     

残差密集空间金字塔网络的城市遥感图像分割

目的 遥感图像语义分割是根据土地覆盖类型对图像中每个像素进行分类,是遥感图像处理领域的一个重要研究方向。由于遥感图像包含的地物尺度差别大、地物边界复杂等原因,准确提取遥感图像特征具有一定难度,使得精确分割遥感图像比较困难。卷积神经网络因其自主分层提取图像特征的特点逐步成为图像处理领域的主流算法,本文将基于残差密集空间金字塔的卷积神经网络应用于城市地区遥感图像分割,以提升高分辨率城市地区遥感影像语义分割的精度。方法 模型将带孔卷积引入残差网络,代替网络中的下采样操作,在扩大特征图感受野的同时能够保持特征图尺寸不变;模型基于密集连接机制级联空间金字塔结构各分支,每个分支的输出都有更加密集的感受野信息;模型利用跳线连接跨层融合网络特征,结合网络中的高层语义特征和低层纹理特征恢复空间信息。结果 基于ISPRS （International Society for Photogrammetry and Remote Sensing） Vaihingen地区遥感数据集展开充分的实验研究,实验结果表明,本文模型在6种不同的地物分类上的平均交并比和平均F₁值分别达到69.88%和81.39%,性能在数学指标和视觉效果上均优于SegNet、pix2pix、Res-shuffling-Net以及SDFCN （symmetrical dense-shortcut fully convolutional network）算法。结论 将密集连接改进空间金字塔池化网络应用于高分辨率遥感图像语义分割,该模型利用了遥感图像不同尺度下的特征、高层语义信息和低层纹理信息,有效提升了城市地区遥感图像分割精度。     

基于U-Net的高分辨率遥感图像土地利用信息提取

随着现代遥感技术的迅速发展,遥感图像的质量和数量得到了显著的提升,新技术带来的高分辨率遥感图像所蕴含的信息也更加丰富,如何利用人工智能手段辅助挖掘这些丰富的信息也成为了遥感图像分析与理解的重要内容。与此同时,以深度卷积神经网络为代表的人工智能技术在图像处理领域大放异彩。得益于类人眼的分层卷积池化模型,深度卷积神经网络可以在图像分割和分类等任务上取得优异的结果。因此采用U-Net为代表的深度卷积神经网络对2 m的高分辨率遥感影像进行了特征提取、分割和分类,不同于传统基于手工设定图像特征的方法,U-Net可以自动对海量高分辨率的遥感图像进行特征提取,从而充分挖掘高分辨率遥感影像中复杂的非线性特征、光谱特征和纹理特征。实验结果表明：利用训练好的U-Net模型对新昌县土地利用分类计算时间为55.7 s,分类准确率可达90.95%,Kappa系数为0.86。U-Net模型可以快速、精确地提取高分辨率遥感影像中的地表覆盖特征,得到高精度的土地利用分类结果,说明将该模型应用于遥感影像土地利用分类提取有着广阔前景。     

改进的基于通道注意力反馈网络的遥感图像融合算法

针对前馈卷积神经网络（CNN）感受野较小、获取上下文信息不足、其特征提取卷积层只能提取到浅层特征的问题,提出改进的基于通道注意力反馈网络的遥感图像融合算法。首先,通过两层卷积层分别初步提取全色（PAN）图像的细节特征和低分辨率多光谱（LMS）图像的光谱特征;其次,将提取的特征和网络反馈的深层特征相结合,并将其输入到通道注意力机制模块中以得到初步精细化特征;然后,经过反馈模块生成表征能力更强的深层特征;最后,将生成的深层特征经过含有反卷积的重建层,从而得到高分辨率多光谱（HMS）图像。在三个不同卫星图像数据集上的实验结果表明：所提算法能很好地提取PAN图像的细节特征和LMS图像的光谱特征,同时其恢复出来的HMS图像在主观视觉上更加清晰,并且在客观评价指标上优于对比算法,同时在均方根误差（RMSE）指标上,所提算法比传统算法降低了50%以上,比前馈卷积神经网络算法降低了10%以上。     

基于多尺度特征融合模型的遥感图像建筑物分割

针对传统深度网络模型难以精确提取建筑物边缘轮廓特征及对不同尺寸建筑物无法自适应提取的问题,提出一种膨胀卷积特征提取的多尺度特征融合深度神经网络模型(Multiscale-feature fusion Deep Neural Networks with dilated convolution,MDNNet)对遥感图像建筑物自动分割的方法。首先在ResNet101模型中引入膨胀卷积扩大提取视野保留更多特征图像分辨率;其次利用多尺度特征融合模块获取多个尺度的建筑物特征并将不同尺度的特征融合;最终利用特征解码模块将特征图恢复到原始输入图像尺寸,实现遥感图像建筑物精确分割。在WHU遥感图像数据集的实验结果表明,提出模型有效克服道路、树木和阴影等因素影响,分割结果有效保留建筑物边界细节信息,有效提升分割精度,像素准确率PA达到0.864,平均交并比mIoU达到0.815,召回率Recall达到0.862。     

全卷积神经网络下的多光谱遥感影像分割

目的 传统的遥感影像分割方法需要大量人工参与特征选取以及参数选择,同时浅层的机器学习算法无法取得高精度的分割结果。因此,利用卷积神经网络能够自动学习特征的特性,借鉴处理自然图像语义分割的优秀网络结构,针对遥感数据集的特点提出新的基于全卷积神经网络的遥感影像分割方法。方法 针对遥感影像中目标排列紧凑、尺寸变化大的特点,提出基于金字塔池化和DUC（dense upsampling convolution）结构的全卷积神经网络。该网络结构使用改进的DenseNet作为基础网络提取影像特征,使用空间金字塔池化结构获取上下文信息,使用DUC结构进行上采样以恢复细节信息。在数据处理阶段,结合遥感知识将波段融合生成多源数据,生成植被指数和归一化水指数,增加特征。针对遥感影像尺寸较大、采用普通预测方法会出现拼接痕迹的问题,提出基于集成学习的滑动步长预测方法,对每个像素预测14次,每次预测像素都位于不同图像块的不同位置,对多次预测得到的结果进行投票。在预测结束后,使用全连接条件随机场（CRFs）对预测结果进行后处理,细化地物边界,优化分割结果。结果 结合遥感知识将波段融合生成多源数据可使分割精度提高3.19%;采用基于集成学习的滑动步长预测方法可使分割精度较不使用该方法时提高1.44%;使用全连接CRFs对预测结果进行后处理可使分割精度提高1.03%。结论 针对宁夏特殊地形的遥感影像语义分割问题,提出基于全卷积神经网络的新的网络结构,在此基础上采用集成学习的滑动步长预测方法,使用全连接条件随机场进行影像后处理可优化分割结果,提高遥感影像语义分割精度。     

基于多尺度特征融合的U-Net网络高分影像不透水面提取研究

不透水面作为监测城市生态环境的重要指标,其信息提取具有重要意义。由于城市地表的复杂性及细化的城市管理需要,急需提取高精度的城市不透水面。但是基于传统方法提取高精度的城市不透水面面临巨大困难。而深度学习方法因其自动化提取影像特征的特点逐渐成为遥感影像地物提取的新兴方法。基于此,采用多尺度特征融合的U-Net深度学习方法以提升语义分割精度,开展高分辨率遥感影像不透水面的精确提取研究。模型引入残差模块代替普通卷积以加深网络,提取更多影像特征;加入金字塔池化模块增强网络对复杂场景的解析能力;利用跳跃连接方式融合不同尺度特征,有利于恢复空间信息。以广州市航摄正射影像为数据源,通过卷积神经网络将遥感影像分割为背景、其他、植被、道路和房屋5种地物类型,将其与人工目视解译的地面真值进行验证,最终提取研究区域不透水面。实验证明：多尺度特征融合的U-Net模型总体精度和Kappa系数分别为87.596% 和0.82。在定性与定量两个方面均优于传统的监督分类法、面向对象分类法和经典U-Net模型法。结果表明：该模型利用多维度影像特征信息,有效提升了复杂场景图像的分割精度,分割效果好,适用于高分辨率遥感影像不透水面提取,该研究成果可为城市环境监测提供数据支撑。     

利用Deeplab v3提取高分辨率遥感影像道路

针对传统道路提取方法存在的道路边缘粗糙、抗干扰性弱、提取精度低等问题,提出了一种基于编码解码器的空洞卷积模型(Deeplab v3)的道路提取方法。首先,对原始高分辨率遥感影像进行标注;其次,利用标注数据集对Deeplab v3模型进行训练、测试;最后,得到高分辨率遥感影像道路提取结果。分析结果可知,该模型能够较好地提取高分辨率遥感影像中的道路边缘特征,相比其他道路提取方法具有更高的提取精度和更加完整的道路信息,正确率可达到93%以上。     

融合多尺度特征的遥感影像道路提取方法

针对遥感影像中由于道路信息错综复杂,导致道路提取不完整、精确度低等问题,提出一种新型遥感影像道路提取方法。融合多尺度特征改善道路提取的整体效果,基于深度残差网络设计混合空洞卷积,并通过定义卷积核各值的间距增大特征提取感受野,从而丰富多尺度特征融合模块中的浅层道路语义信息。在编码端提取特征后,利用权重分布的方法匹配感受野尺度,使用不同层级间的特征对全局先验信息进行表征,提高多尺度融合特征获取浅层道路语义信息的准确性,并将改进的多孔空间金字塔池化模块融入到深度残差网络中,挖掘并深度聚合道路浅层次和深层次的语义信息。在两种高分辨率遥感数据集Cheng_Data_Roads和Zimbabwe_Data_Roads上的实验结果表明,所提方法的F1值和MIoU值分别为91.16%和83.63%,准确率、召回率等评价指标均明显优于U-net、ResUnet、D-Linknet等语义分割方法。     

高分辨率遥感影像的多特征多核ELM分类方法

针对高分辨率遥感影像地物分布复杂多变,利用ELM的快速分类性能,提出了一种ELM的多特征多核高分辨率遥感影像分类方法。首先利用多尺度分割算法将原始影像粗分为若干地物区域;然后依据区域合并准则对粗分割图像合并得到典型地物特征的对象信息,并提取分割对象的光谱特征与空间特征;最后以多种核函数加权组合的方式构建多核ELM对影像分类,获得最终的分类结果。实验结果表明,所提方法不仅降低了对目标训练样本的要求,同时还提高了分类的准确性、及时性和完整性。     

高分辨率遥感影像道路线性要素识别

为有效从高分辨率遥感影像中自动提取道路,提出利用线性要素间的拓扑关系识别道路线性要素的方法。提取影像中的线性要素并获取其邻域的光谱属性形成有向直线段;利用提出的道路线性要素识别模型,将满足条件的有向直线段聚类生成道路要素集;利用先验知识进一步验证。该方法主要使用道路线性要素的结构信息,适用于大范围、场景复杂的遥感影像,具有较高鲁棒性,目前该方法已应用于基于高分辨率遥感影像的GPS导航道路数据的生产和更新。     

结合区域生长和GVF-Snake的遥感影像道路提取

基于待分割目标的灰度特征分布,提出了一种能自适应地改变生长准则参数的区域生长方法。将该自适应区域生长算法与GVF-Snake模型相结合用于高分辨率遥感影像道路提取,即用自适应区域生长方法提取出大致的道路区域,对生长出的道路图,利用数学形态学进行内部腐蚀并获得道路区域轮廓线,以该轮廓线作为GVF-Snake模型的初始轮廓,利用GVF-Snake模型进行道路跟踪,得到最终的道路提取结果。实验结果表明该方法能有效地提取高分辨率遥感影像中的道路目标,具有一定的实用性和鲁棒性。     

改进U-Net型网络的遥感图像道路提取

目的 遥感图像道路提取在城市规划、交通管理、车辆导航和地图更新等领域中发挥了重要作用,但遥感图像受光照、噪声和遮挡等因素以及识别过程中大量相似的非道路目标干扰,导致提取高质量的遥感图像道路有很大难度。为此,提出一种结合上下文信息和注意力机制的U-Net型道路分割网络。方法 使用Resnet-34预训练网络作为编码器实现特征提取,通过上下文信息提取模块对图像的上下文信息进行整合,确保对道路的几何拓扑结构特征的提取;使用注意力机制对跳跃连接传递的特征进行权重调整,提升网络对于道路边缘区域的分割效果。结果 在公共数据集Deep Globe道路提取数据集上对模型进行测试,召回率和交并比指标分别达到0.847 2和0.691 5。与主流方法U-Net和CE-Net（context encoder network）等进行比较,实验结果表明本文方法在性能上表现良好,能有效提高道路分割的精确度。结论 本文针对遥感图像道路提取中道路结构不完整和道路边缘区域不清晰问题,提出一种结合上下文信息和注意力机制的遥感道路提取模型。实验结果表明该网络在遥感图像道路提取上达到良好效果,具有较高的研究和应用价值。     

High-resolution Remote Sensing Image Road Extraction Method for Improving U-Net

Accurate and efficient extraction of road information based on remote sensing image is a great significance for the establishment and maintenance of basic geographic databases. Due to the complex background information of high-resolution remote sensing images, existing algorithms cannot extract road information very well. U-Net network has good experimental results in image segmentation, but the accuracy of road segmentation results is not good. For this reason, this paper proposes a high-resolution image road extraction method based on improved U-Net network. Firstly, the U-Net-based network structure is designed and implemented. The network uses VGG16 as the network coding structure, which can extract feature semantic information better. Secondly, the use of Batch Normalization and Dropout solves the phenomenon of over-fitting that occurs during the network training process. Finally, the training data is expanded by rotation and mirror transformation, and the ELU activation function is used to improve the network training speed. The experimental results show that the method can extract road information more accurately and efficiently.     

一种改进U-Net的高分辨率遥感影像道路提取方法

从遥感影像中准确高效地提取道路信息,对基础地理数据库的建立与维护具有重大意义。高分辨率遥感影像背景信息复杂,导致现有算法无法较好地从中提取道路信息。U-Net网络在图像分割方面有较好的实验效果,但道路分割结果准确性不佳,因此,提出了一种改进U-Net网络的高分辨率影像道路提取方法。首先,设计基于U-Net的网络结构,将VGG16作为网络编码结构,可更好地提取特征语义信息;其次,利用Batch Normalization与Dropout解决网络训练过程中出现的过拟合;最后,对训练数据利用旋转与镜像变换进行扩充,采用ELU激活函数,提升了网络训练速度。实验结果表明：该方法可以较为准确高效地提取道路信息。     

一种高分辨率遥感影像道路信息提取方法

道路在国民经济建设和国防建设中发挥着重大的作用,是非常重要的基础地理信息,一直以来研究道路的自动或半自动提取都被视为热点和难点,提出的理论和方法层出不穷,但没有一种方法能推广应用。针对道路难以从高分辨率遥感影像中提取的问题,提出了一种道路提取方法,首先影像将RGB颜色空间转换成HSV颜色空间,运用改进的区域分隔算法,实现道路区域的分隔。然后利用数学形态学腐蚀、膨胀等基本运算,结合区域的形态特征(如面积、紧凑度等)实现道路与非道路信息的分离。对多幅复杂道路图像进行试验,结果表明本方法能够很好地实现从复杂环境中提取道路信息。