结合深度学习与条件随机场的遥感图像分类

目的 为进一步提高遥感影像的分类精度,将卷积神经网络（CNN）与条件随机场（CRF）两个模型结合,提出一种新的分类方法。方法 首先采用CNN对遥感图像进行预分类,并将其类成员概率定义为CRF模型的一阶势函数;然后利用高斯核函数的线性组合定义CRF模型的二阶势函数,用全连接的邻域结构代替常见的4邻域或8邻域;接着加入区域约束,使用Mean-shift分割方法得到超像素,通过计算超像素的后验概率均值修正各像素的分类结果,鼓励连通区域结果的一致性;最后采用平均场近似算法实现整个模型的推断。结果 选用3组高分辨率遥感图像进行地物分类实验。本文方法不仅能抑制更多的分类噪声,同时还可以改善过平滑现象,保护各类地物的边缘信息。实验采用类精度、总体分类精度OA、平均分类精度AA,以及Kappa系数4个指标进行定量分析,与支持向量机（SVM）、CNN和全连接CRF相比,最终获得的各项精度均得到显著提升,其中,AA提高3.28个百分点,OA提高3.22个百分点,Kappa提高5.07个百分点。结论 将CNN与CRF两种模型融合,不仅可以获得像元本质化的特征,而且同时还考虑了图像的空间上下文信息,使分类更加准确,后加入的约束条件还能进一步保留地物目标的局部信息。本文方法适用于遥感图像分类领域,是一种精确有效的分类方法。     

深度卷积神经网络特征提取用于地表覆盖分类初探

目的 地表覆盖监测是生态环境变化研究、土地资源管理和可持续发展的重要基础,在全球资源监测、全球变化检测中发挥着重要作用。提高中等分辨率遥感影像地表覆盖分类的精度具有非常重要的意义。方法 近年来,深度卷积神经网络在图像分类、目标检测和图像语义分割等领域取得了一系列突破性的进展,相比于传统的机器学习方法具有更强的特征学习和特征表达能力。基于其优越的特性,本文进行了深度卷积神经网络对中分辨率遥感影像进行特征提取和分类的探索性研究。以GF-1的16 m空间分辨率多光谱影像为实验数据,利用预训练好的AlexNet深度卷积神经网络模型进行特征提取,以SVM为分类器进行分类。分析了AlexNet不同层的特征以及用于提取特征的邻域窗口尺寸对分类结果的影响,并与传统的单纯基于光谱特征和基于光谱+纹理特征的分类结果进行对比分析。结果 结果表明在用AlexNet模型提取特征进行地表覆盖分类时,Fc6全连接层是最有效的特征提取层,最佳的特征提取窗口尺寸为9×9像素,同时利用深度特征得到的总体分类精度要高于其他两种方法。结论 深度卷积神经网络可以提取更精细更准确的地表覆盖特征,得到更高的地表覆盖分类精度,为地表覆盖分类提供了参考价值。     

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。     

面向GF-2遥感影像的U-Net城市绿地分类

目的 高分2号卫星（GF-2）是首颗民用高空间分辨率光学卫星，具有亚米级高空间分辨率与宽覆盖结合的显著特点，为城市绿地信息提取等多领域提供了重要的数据支撑。本文利用GF-2卫星多光谱遥感影像，将一种改进的U-Net卷积神经网络首次应用于城市绿地分类，提出一种面向高分遥感影像的城市绿地自动分类提取技术。方法 先针对小样本训练集容易产生的过拟合问题对U-Net网络进行改进，添加批标准化（batch normalization，BN）和dropout层获得U-Net+模型；再采用随机裁剪和随机数据增强的方式扩充数据集，使得在充分利用影像信息的同时保证样本随机性，增强模型稳定性。结果 将U-Net+模型与最大似然法（maximum likelihood estimation，MLE）、神经网络（neural networks，NNs）和支持向量机（support vector machine，SVM）3种传统分类方法以及U-Net、SegNet和DeepLabv3+这3种深度学习语义分割模型进行分类结果精度对比。改进后的U-Net+模型能有效防止过拟合，模型总体分类精度比改进前提高了1.06%。基于改进的U-Net+模型的城市绿地总体分类精度为92.73%，平均F₁分数为91.85%。各分类方法按照总体分类精度从大到小依次为U-Net+（92.73%）、U-Net （91.67%）、SegNet （88.98%）、DeepLabv3+（87.41%）、SVM （81.32%）、NNs （79.92%）和MLE （77.21%）。深度学习城市绿地分类方法能充分挖掘数据的光谱、纹理及潜在特征信息，有效降低分类过程中产生的"椒盐噪声"，具有较好的样本容错能力，比传统遥感分类方法更适用于城市绿地信息提取。结论 改进后的U-Net+卷积神经网络模型能够有效提升高分遥感影像城市绿地自动分类提取精度，为城市绿地分类提供了一种新的智能解译方法。     

高分辨率遥感影像的边缘损失增强地物分割

目的 针对高分辨率遥感影像语义分割中普遍存在的分割精度不高、目标边界模糊等问题,提出一种综合利用边界信息和网络多尺度特征的边缘损失增强语义分割方法。方法 对单幅高分辨率遥感影像,首先通过对VGG-16（visual geometry group 16-layer net）网络引入侧边输出结构,提取到图像丰富的特征细节;然后使用深度监督的短连接结构将从深层到浅层的侧边输出组合起来,实现多层次和多尺度特征融合;最后添加边缘损失增强结构,用以获得较为清晰的目标边界,提高分割结果的准确性和完整性。结果 为了验证所提方法的有效性,选取中国北方种植大棚遥感影像和Google Earth上的光伏板组件遥感影像进行人工标注,并制作实验数据集。在这两个数据集上,将所提方法与几种常用的语义分割方法进行对比实验。实验结果表明,所提方法的精度在召回率为00.9之间时均在0.8以上,在2个数据集上的平均绝对误差分别为0.079 1和0.036 2。同时,通过消融实验分析了各个功能模块对最终结果的贡献。结论 与当前先进方法相比,本文提出的边缘损失增强地物分割方法能够更加精确地从遥感影像的复杂背景中提取目标区域,使分割时提取到的目标拥有更加清晰的边缘。     

双卷积池化结构的3D-CNN高光谱遥感影像分类方法

目的 高光谱遥感影像数据包含丰富的空间和光谱信息,但由于信号的高维特性、信息冗余、多种不确定性和地表覆盖的同物异谱及同谱异物现象,导致高光谱数据结构呈高度非线性。3D-CNN（3D convolutional neural network）能够利用高光谱遥感影像数据立方体的特性,实现光谱和空间信息融合,提取影像分类中重要的有判别力的特征。为此,提出了基于双卷积池化结构的3D-CNN高光谱遥感影像分类方法。方法 双卷积池化结构包括两个卷积层、两个BN（batch normalization）层和一个池化层,既考虑到高光谱遥感影像标签数据缺乏的问题,也考虑到高光谱影像高维特性和模型深度之间的平衡问题,模型充分利用空谱联合提供的语义信息,有利于提取小样本和高维特性的高光谱影像特征。基于双卷积池化结构的3D-CNN网络将没有经过特征处理的3D遥感影像作为输入数据,产生的深度学习分类器模型以端到端的方式训练,不需要做复杂的预处理,此外模型使用了BN和Dropout等正则化策略以避免过拟合现象。结果 实验对比了SVM（support vector machine）、SAE（stack autoencoder）以及目前主流的CNN方法,该模型在Indian Pines和Pavia University数据集上最高分别取得了99.65%和99.82%的总体分类精度,有效提高了高光谱遥感影像地物分类精度。结论 讨论了双卷积池化结构的数目、正则化策略、高光谱首层卷积的光谱采样步长、卷积核大小、相邻像素块大小和学习率等6个因素对实验结果的影响,本文提出的双卷积池化结构可以根据数据集特点进行组合复用,与其他深度学习模型相比,需要更少的参数,计算效率更高。     

模糊RBF神经网络在语音识别中的应用

常规RBF神经网络的隐层一般采用高斯函数,然而任意输入对于中心点的隶属程度并不总是服从高斯分布,将模糊理论引入常规的RBF神经网络对其进行改进,用任意输入模式与各类中心的隶属度来替代原有的径向基函数输出。实验结果表明改进后的模糊RBF神经网络识别率得到了提高。     

利用包含度和隶属度的遥感影像模糊分割

目的 传统FCM算法及其改进算法均只采用隶属度作为分割判据实现图像分割。然而,在分割过程中聚类中心易受到同质区域内几何噪声的影响,导致此类算法难以有效分割具有几何噪声的图像。为了解决这一类问题,提出一种利用包含度和隶属度的遥感影像模糊分割算法。方法 该算法假设同一聚类对每个像素都有不同程度的包含度,将包含度作为一种新测度来描述聚类与像素间关系,并将包含度纳入目标函数中。该算法通过迭代最小化目标函数来得到最优的隶属度和包含度,然后,通过反模糊化隶属度和包含度之积实现带有几何噪声的遥感图像的分割。结果 采用本文算法分别对模拟图像,真实遥感影像进行分割实验,并与FCM算法和FLICM算法进行对比,定性结果表明,对含有几何噪声的区域,提出算法的用户精度和产品精度均高于FCM算法和FLICM算法,且总精度和Kappa值也高于对比算法。实验结果表明,本文算法能够抵抗几何噪声对图像分割的影响,且分割精度远远高于其他两种算法的分割精度。结论 提出算法通过考虑聚类对像素的包含性,能够有效抵抗几何噪声对图像分割的影响,使得算法具有较高的抗几何噪声能力,进而提高该算法对含有几何噪声图像的分割精度。提出算法适用于包含几何噪声的高分辨率遥感图像,具有很好的抗几何噪声性。     

基于优化的粗神经网络在地质样品元素的预测研究

在神经网络中引入粗糙集理论和模糊聚类方法,实现建模预测。首先用粗糙集和模糊聚类进行属性约简,去掉冗余的属性。然后根据模糊逻辑规则获取合理的网络输入层、隐含层和输出层,建立优化的粗神经网络预测模型。该模型可以有效地去除神经网络中输入层的冗余神经元,合理地确定隐含层神经元的数目,使神经网络提高收敛性能,获得更好的非线性逼近能力。仿真实验结果说明:优化的粗神经网络预测模型,可提取有用信息,简化网络结构,减少训练时间,提高预测精度。在地质样品元素的预测实验中,取得了良好的效果。     

扩展T-S模糊模型的PSO神经网络优化算法

针对机械设备具有模糊性和非线性的特点,提出了一种利用扩展T-S模糊模型的,自适应PSO算法和BP神经网络相结合的新型智能结构优化算法。通过自适应的高斯函数来更改基本T-S模糊模型中的隶属度函数,进而使用扩展的T-S模糊模型来调整PSO算法的参数。以BP 神经网络隐含层神经元数目为设计变量,提取训练后的均方误差作为评价函数,用改进后的粒子群算法进行寻优。把优化后的网络模型应用于轮盘结构优化中,实验表明,该方法在保证轮盘性能的同时,对其结构进行了重新优化,是一种可行的结构优化方法。     

利用分块相似系数构造感知图像Hash

提出一种基于图像分块相似系数的感知稳健图像Hash.先对图像预处理,再进行重叠分块,在密钥控制下,利用高斯低通滤波器生成伪随机参考图像块,分别计算每个分块与参考图像块的相关系数得到图像特征序列.依此将相邻两个分块特征值合并以缩短Hash长度,同时对压缩后的特征序列进行重排,进一步提高图像Hash的安全性.最后对归一化特征值进行量化,并运用Huffman方法对其编码,进一步压缩Hash长度.理论分析和实验结果表明,该图像Hash方法对JPEG压缩、适度的噪声干扰、水印嵌入、图像缩放以及高斯低通滤波等常见图像处理有较好的鲁棒性,能有效区分不同图像,冲突概率低,可用于图像篡改检测.     

旋转不变的X线图像相关度拼接

针对现有X线图像拼接方法中分别存在的需要固定标志物、鲁棒性差及全景图像存在伪影等问题,提出一种旋转不变的图像自动拼接方法.基于特征点配准,结合改进的、旋转不变的相关度法进行特征匹配,对图像重合度要求较低.在图像融合中则采用2维动态权值和平衡曝光度等策略.经实验验证,本文配准算法在保证结果准确性的同时提高了鲁棒性;本文融合算法可有效地平衡曝光度差异,并避免拼接伪影,极大地提高了全景图像质量.     

图像拼接技术综述*

给出了图像拼接的一般流程,在此基础上将图像拼接技术分为两个关键技术——图像配准技术和图像融合技术,并分别对图像配准技术和图像融合技术的经典算法及最新算法作一概述和比较。     

鱼眼图像校正和配准算法研究

提出一种对鱼眼图像进行校正和配准的算法。首先把鱼眼图像从相等距离投影模型映射到参数化球面投影模型,使得合成球面全景图成为一个平移求解问题。然后使用非线性优化算法进行图像的配准。在合成场景的球面全景图以后,通过重投影球面全景图到视平面来完成虚拟场景的实时漫游。     

基于微机的图像监视系统的程序设计

探讨数字化图像监视和记录系统的构建与程序设计技术,通过详细的程序设计实例, 讲述用图像摄取控件高效设计硬盘录像系统的程序设计技巧.     

车辆运动模糊图像的快速恢复

论文针对运动造成的模糊图像,根据运动造成的图像模糊的特点,建立了原始图像与模糊图像间的关系,在此基础上提出了一种运动模糊图像的快速恢复算法,并用于车辆运动模糊车牌图像恢复中。实验结果验证了该方法的有效性。     

红外与可见光序列图像融合方法的研究

本文简述了红外与可见光图像融合的意义及其应用,介绍了多种红外与可见光序列图像融合方法。在对这些融合方法进行比较分析的基础上,总结了红外与可见光序列图像融合的研究现状、当前研究热点及未来的发展趋势。     

一种基于类推思想的图像分割方法

论文结合图像类推思想提出了一种图像分割的新思路。图像类推技术是一种基于学习的思想。论文利用图像自身的特性构造训练集合的源图像对,并学习他们之间的关系,达到图像分割的目的。实验证明基于类推思想的图像分割可以得到满意的分割效果。     

基于图像库的图像和视频安全传输方案

基于量化编码、分形编码、图像马赛克编码的发展和成熟，提出一种基于图像库编码的图像和视频安全传输方案，通过隐藏图像库、置乱图像库和加密编码码流实现不同的安全保密等级．同时，图像库由收发方事先保存，传输的数据量较少，容易实现高效快速传输．理论分析和实验结果表明，此方案具有较高的安全性．因此适用于安全性和实时性要求高的图像或视频传输中．     

远程采集无人机图像的特征识别方法研究

地面对空中无人机的视觉识别中,由于无人机的飞行速度、角度呈现非线性变化;使得采集的疑似图像存在特征模糊、衰退等问题,传统的模式识别方法无法提取无人机图像的主要特征,极大程度上降低了图像的识别概率;提出一种引入球面谐波基图像特征细分的无人机识别算法,建立球面谐波基图像识别模型,利用无人机图像的球面谐波基图像近似率,对模糊图像的差异特征进行依次识别;实验结果表明,利用改进算法建立的模糊无人机图像差异特征识别模型,具有一定的优越性,提高了无人机识别的准确率。