基于中层语义特征的高分辨率遥感影像变化检测方法研究

发布时间：2020-11-10 11:03

　　 伴随着遥感技术和数字图像处理技术的发展,利用遥感影像进行变化检测能够为人类低成本地提供更加准确、更大范围的地表变化信息,对协调人口、资源、环境,实现可持续发展具有重要意义。目前遥感变化检测被广泛应用在农业监测、城市规划、灾害评估等诸多领域。高分影像的兴起和流行,为人类从更加细小的尺度获取地表变化信息提供了可能,但同时也对现有变化检测技术提出了更高的要求。虽然针对高分影像变化检测方法在不断发展,但这些算法往往只是利用影像中的底层特征进行变化检测。如何有效地、准确地提取高分影像上的变化信息仍是一个亟待解决的难题。对此本文分别从对象层次和场景语义层次着手,研究了基于中层语义特征的高分辨率遥感影像变化检测方法,旨在突破现有变化检测方法的局限性,探索变化检测新的应用层面。本文的主要的研究工作和成果如下:(1)梳理总结了现有文献中中层语义特征和高分影像变化检测两方面已经取得的代表性成果,并系统地分析了目前高分影像变化检测存在的困难与问题。针对现有研究的底层特征表达能力不足,提出基于中层特征语义的变化检测方案和技术路线。(2)从对象层次出发,提出一种基于对象中层语义特征的变化检测方法,设计了在对象中层语义特征基础上开展变化检测的流程。针对对象底层特征能力不足的问题,本文将词包模型引入高分影像对象的特征提取中,深层次地挖掘对象的中层语义信息,并结合相似性度量算法有效地完成高分影像的变化检测。将本文方法与基于底层特征的变化检测方法和OCVA方法对比发现,本文方法消除了传统基于像元的变化检测方法出现的椒盐问题,有效地改善了底层特征表达能力不足的问题,提高了变化检测精度。(3)从场景层次出发,提出PS-LDA、PT-LDA、FS-LDA和FT-LDA四种基于中层语义特征的场景分析策略。针对高分影像场景语义层次的变化检测需求问题,本文通过场景的角度考虑高分影像的变化检测问题;同时针对场景级变化分析中底层特征到高层语义之间的“语义鸿沟”问题,分别提出4种不同的变化分析的策略。通过比较4种分析策略发现,时间特性对于研究高分影像场景级变化有着十分重要的作用;LDA作为特征提取工具时,由于所有样本共享同一个主题空间,且避免了其作为分类器时出现的误差传递情况,有利于提高场景级变化检测的精度。
【学位单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：P237
【部分图文】：

得探讨［１１］。??计算机视觉领域指出图像理解是具有层次化结构的Ｍ，即底层的图像处理、??中层的图像分析和高层的图像认知三层，见图１－１。按照图像理解的层次结构，??可对应将图像的特征分为底层视觉特征、中层语义特征和高级抽象语义属性。其??中，中层语义特征是指在底层特征的基础上，通过统计、量化和编码等方法得到??的更深层次特征，中层特征相对于底层特征能更好地表示图像的语义信息，相对??于高层特征具有计算复杂度较低的特点，被广泛用于计算机图像分类和检索领??域。??本研究依托于福建省科技厅“基于时空自相关的城市建设用地变化检测技术??研宄与示范应用”项目，结合高分影像不仅清晰地呈现出了各种各样的地物，还??反映出了地物与周围环境的关系的特点（如图１?－２?），从影像的中层语义特征出发，??提出基于中层语义的高分影像变化检测方法，分别研究高分影像在对象级和场景??级的变化检测问题，以期待突破现有方法的局限性。??ｆ－ｌ?ｍ?￣￣｜场景语义?居民区??Ｌ中丨层１?ｌｄａ主题模型涟濟??■?Ｔ?Ｈ酿翻?■齡??■?｜?■?）ｉ??底层｜￣￣｜颜色、纹理等｜?ＩＩＩ??图Ｍ图像理解的层次结构??２??

２．１．１文本中的词包模型??词包模型最早是被用于文本分析，其特点是不考虑各个单词的顺序和语法关??系，根据各个单词出现的频率来反映文档大意。如图２－１所示，给定的文档集Ｗ??包含了两个简单的文本文档ｗｌ和ｗ２，通过遍历文档集中所有文档的单词构建??此文档集的词典Ｄ，词典包含了文档集Ｗ中出现的关键单词，并赋予了每个单??词唯一索引ｉｎｄｅｘ，那么最终该文档集中所有文档都可以用字典中单词在文档中??出现的频率来表示。??：＼?ｗｌ?■?■?ｗ２?；，?？’?｜＞ｆ?Ｗｌ?￣￣＂ｊ°ｈｎ??｜?＼?ｌ．Ｊｏｈｎ?２．ｌｉｋｅｓ?３．ｔｏ?＇?ｉ?ｌｉｋｅｓ?ｔｏ?ｗａｔｃｈ??Ｊｏｈｎ?Ｊｏｈｎ?ａｌｓｏ?！?｜?｜?运?ｍｏｖｉｅｓ．?Ｍａｒｙ??｜?ｌｉｋｅｓ?ｔｏ?ｗａｔｃｈ?ｌｉｋｅｓ?ｔｏ?ｗａｔｃｈ?丨?＾?１?４．ｍｏｖｉｅｓ?Ｓ．Ｍａｒｙ?６．ｔｏｏ?ｊ?ｉ?爾?ｌｉｋｅｓ?ｔｏｏ．?！??１?ｍｏｖｉｅｓ．?Ｍａｒｙ?ｆｏｏｔｂａｌｌ?ｇａｍｅｓ?１１?）?ｉ?ｉ?｜?），????！?ｌｉｋｅｓ?ｔｏｏ．?丨?Ｖ?丨?７．ａｌｓｏ?８．ｇａｍｅｓ?［?Ｖ?［??！?????！?＊?９．ｆｏｏｔｂａｌｌ?ｌＯ．ｗａｔｃｈ?；?！?ＬＬＬ１?Ｊ?Ｉ?Ｉ?Ｉ＿＾?！??、、?／?、＇?／??文挡集ｗ?字典Ｄ?文档ｗｌ的频率表示??图２－１文本分析中的词包模型示意图??后来该模型被引入计算机视觉领域［６７］

接下来是根据特征点邻域像元梯度给每个特征点分配方向，梯度直方图的最大值??所对应的方向就为其主方向。确定特征点的位置、尺度和方向之后，需要生成每??个特征点的特征描述符，图２－２给出了特征描述符的生成过程。如图所示，以特??征点为中心确定一个１６ｘ１６的邻域作采样窗口，将１６ｘ１６的邻域划分为４ｘ４个??子区域，以每个子区域为种子点，每个种子点有８个方向，再将邻域内的采样点??分配到对应的子区域内，将子区域内的梯度值分配到８个方向上，最后则获得了??４ｘ４ｘ８＝１２８维的特征描述符。??一?￣｜￣￣ｉ?ｒ?‘：?ｒ?｜｜???，，??：????，今，?，、，．＋，??４?：？：：．？?媢．．．．．＊?？?＊?＇■：?ｐ?溥…．灰…??％、?＊，讀??????????＿＿＿＿＿??????图２－２?ＳＩＦＴ特征描述符的生成过程??稠密ＳＩＦＴ?（Ｄｅｎｓｅ?ＳＩＦＴ
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 眭海刚;冯文卿;李文卓;孙开敏;徐川;;多时相遥感影像变化检测方法综述[J];武汉大学学报(信息科学版);2018年12期

2 谢馨娴;岳彩荣;霍鹏;;森林变化检测方法比较[J];四川林业科技;2018年03期

3 王娜;张景发;;SAR图像变化检测技术方法综述[J];地壳构造与地壳应力文集;2016年01期

4 宋英旭;牛瑞卿;张景发;李永生;罗毅;冯时;陈艳;;遥感影像变化检测方法对比[J];地壳构造与地壳应力文集;2016年02期

5 李强;张景发;;变化检测技术在震害信息提取中的应用[J];地理空间信息;2014年02期

6 龙玄耀;李培军;;基于图像分割的城市变化检测[J];地球信息科学;2008年01期

7 于跃龙,卢焕章;以统计变化检测为基础的实时分割视频对象新方法[J];中国图象图形学报;2005年01期

8 孙扬;朱凌;修田雨;;基于国产卫星影像的协同分割变化检测[J];北京建筑大学学报;2018年04期

9 王鑫;;聚类分析观点下的分散式最快变化检测[J];南京理工大学学报;2014年02期

10 沈壁川;毛期俭;吕翊;;基于巴氏距离的视频流场景变化检测(英文)[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2009年01期

相关博士学位论文 前10条

1 邵攀;非监督遥感变化检测模糊方法研究[D];武汉大学;2016年

2 李文卓;时序无人机影像二三维综合的面向对象建筑物变化检测关键技术研究[D];武汉大学;2017年

3 吕臻;高分辨率遥感影像道路提取与变化检测关键技术研究[D];武汉大学;2017年

4 彭代锋;基于多特征信息挖掘的对象级光学卫星影像变化检测研究[D];武汉大学;2017年

5 郑耀国;基于结构化表示学习的遥感图像分类及变化检测[D];西安电子科技大学;2016年

6 苏临之;基于像素信息和深度学习的遥感图像变化检测技术[D];西安电子科技大学;2016年

7 贾璐;基于核理论的遥感影像变化检测算法研究[D];西安电子科技大学;2016年

8 李瑜;基于特征学习的SAR图像变化检测方法研究[D];西安电子科技大学;2016年

9 李振轩;基于差分测度的高分辨率遥感影像可靠性变化检测方法研究[D];中国矿业大学;2018年

10 刘博宇;时序NDVI数据集螺线型构建及多形状参数变化检测[D];吉林大学;2018年

相关硕士学位论文 前10条

1 陈祖洋;盐池县缓坡地带荒漠化信息提取及变化检测研究[D];宁夏大学;2019年

2 张苗琳;基于时空融合数据的矿区植被覆盖变化检测[D];中国地质大学(北京);2019年

3 陈圆圆;基于多尺度子空间分析的多光谱遥感图像变化检测方法研究[D];西安电子科技大学;2019年

4 熊云塔;基于胶囊网络学习的同源和异源遥感图像变化检测研究[D];西安电子科技大学;2019年

5 杨月磊;基于生成对抗网络的多光谱图像变化检测[D];西安电子科技大学;2019年

6 吴飞;基于生成对抗网络和非局部神经网络的SAR图像变化检测[D];西安电子科技大学;2019年

7 牛旭东;基于生成对抗网络的遥感图像变化检测[D];西安电子科技大学;2019年

8 王艳艳;基于空间邻域信息的遥感影像变化检测[D];西安电子科技大学;2019年

9 寇佳宁;基于卷积神经网络特征学习的SAR图像变化检测方法研究[D];西安电子科技大学;2019年

10 杨孟然;基于卷积神经网络的SAR图像变化检测及硬件实现[D];西安电子科技大学;2019年

本文编号：2877855