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专利号: 2018108573885
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于数字图像的大气参数反演观测方法,其特征在于,包括以下具体步骤:步骤1,对卫星、航拍及相机等设备获取到的图像进行RGB转换,并对转换后的RGB分量图像进行去噪、归一化预处理,转化为HSI分量图像;同时,实时监测大气参数,所述大气参数包括风速、温度、湿度、PM2.5和PM10,得到大气参数向量fk;

步骤2,在HSI分量图像中分别提取峰值信噪比、对比度、空间频率三种全局特征F2,F2=(fPSNR,fCR,fSF),式中,fPSNR,fCR,fSF分别为峰值信噪比、对比度、空间频率的对应值;

步骤3,利用标准正态分布函数作为权值对对HSI分量图像加权,实现对HSI分量图像的分块处理,并对各分块区域图像提取平均方向特征、饱和度特征和平均强度特征;利用BoVW模型实现特征向量聚类,并通过计算欧式距离为特征向量加权,最终获得整幅图像的局部特征向量F1,;

步骤4,建立AlexNet深度学习网络模型,设T1=F1,T2={F2,fk},将T1,T2同时送入AlexNet网络模型中进行并行训练学习,输出训练学习后的模型大气参数;

步骤5,将模型大气参数与实测数据进行误差分析,根据更新准则进行网络参数迭代更新,最终实现大气参数反演;

步骤6,获取实景图像,通过所述大气参数反演观测模型直接得到大气参数。

2.根据权利要求1所述的基于数字图像的大气参数反演观测方法,其特征在于,步骤3中,利用BoVW模型实现特征向量聚类的具体步骤为:步骤3.1,通过式(1)的K-Means聚类算法对提取的局部多特征向量完成聚类,实现特征的筛选及分类,使特征表达更具代表性和目标性,式中:m为视觉词典大小、i为归类个数、μ为聚类中心、X为待聚类集合、j为聚类中心个数;

步骤3.2,通过式(2)进行平均池化操作,实现局部多特征向量的聚合,保证向量长度统一;

式中:M为局部多特征向量个数;scj为编码后的矩阵中的元素;

步骤3.3,特征向量加权,设图像的中心坐标为(x0,y0),第k(k=1,2…,9)个分块区域图像的中心坐标为(xk,yk),则坐标点的坐标距离为:确定第k(k=1,2…,9)个分块区域图像的加权特征向量:F1(k)=zj(k)×φ(Xk),(k=1,2…,

9);得到整幅图像的局部特征向量F1,即F1(k)的集合。

3.根据权利要求1所述的基于数字图像的大气参数反演观测方法,其特征在于,步骤4中所述AlexNet深度学习网络模型具体学习流程为:步骤4.1:输入层,在完成步骤1、步骤2和步骤3的数据初始化后,利用AlexNet深度学习网络可多GPU同步训练的特性,将T1,T2同时送入AlexNet深度学习网络进行多GPU同步并行训练;

步骤4.2:隐藏层,由卷积层、池化层和激活函数组成,T1,T2通过五层卷积、两层池化实现图像特征的进一步提取及降采样处理,并通过ReLu激活函数提高网络各层之间的非线性关系;

步骤4.3:全连接层,对经过隐藏层处理后的特征进行综合拟合,并对数据进行DropOut处理;

步骤4.4:输出层,大气参数的向量输出函数为:

式中:Wk为权重系数,Φj为神经单元输出向量,θk为偏移量。

4.根据权利要求1所述的基于数字图像的大气参数反演观测方法,其特征在于,步骤5中的误差分析采用最小均方误差,其公式定义如下:

5.根据权利要求1所述的基于数字图像的大气参数反演观测方法,其特征在于,步骤5中的更新准则为:wi+1=wi+vi+1                 (6)式中:i是迭代指数,v是动力变量,ε是学习率, 是目标关于w对wi的导数在第i批样例上的平均值。