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专利号: 2019106726217
申请人: 山东师范大学
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:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种遥感图像变化检测方法,该方法对两张同一地点不同时相的遥感图像差分图进行超像素分割,基于分割对象学习一个全局字典和稀疏表示;对稀疏系数矩阵进行低秩表示挑选变化的样本及不变化的样本;分别用变化的和不变化的样本学习变化字典和不变化字典;计算每个像素的重构误差,得到变化区域二值图,具体步骤包括如下:(1)输入两幅不同时相的遥感图像:时相一X和时相二Y;

(2)计算差分图DI,DI=X-Y,对差分图DI进行超像素分割,得到N个超像素块,从而得到超像素总样本M,具体方法为:

(2a)对DI、X、Y分别计算每一个超像素块各个波段上的平均像素值,公式为:其中,i代表波段数,j代表超像素块序列, 分别代表在DI、X、Y上每一个超像素块各个波段上的平均像素值,Rj代表第j个超像素块,Nj表示每个超像素块中像素的总个数,x代表像素点,DIi(x)、Xi(x)、Yi(x)分别代表遥感图像DI、X、Y第i个波段上在x像素点的像素值;

(2b)对DI、X、Y,按照超像素分割的结果,对每一个超像素块各个波段上的像素值平均,按波段顺序排列成列向量,三个列向量合成一个列向量spj后,各个超像素列向量按超像素序号排列得到超像素总样本M,其中,spj表示如下:该式中,spdj代表从DI得到的每个超像素块列向量,spxj代表从X得到的每个超像素块的列向量,spyj代表从Y得到的每个超像素块的列向量;

(3)对超像素总样本M进行稀疏表示,学习全局字典D同时得到稀疏系数矩阵G;

(4)对稀疏系数矩阵G进行低秩表示,得到低秩表示矩阵Z,选出变化的超像素样本和不变化的超像素样本,具体方法为:

(4a)构建目标函数:

s.t.G=GZ+E

其中Z为求得的低秩表示,E为稀疏噪声,min为最小化,||·||*表示核范数,即矩阵奇异值的和,λ为正则参数,||·||2,1表示L2,1范数;

(4b)稀疏系数矩阵G的每一行对应着超像素总样本M的每一列,即每一个超像素块,对稀疏系数矩阵G进行低秩表示后得到的Z为分块矩阵,根据Z的分块结构,L2范数大的为不变化的超像素样本,L2范数小的为变化的超像素样本;

其中,挑选不变化样本的规则为:

其中,Zi表示低秩表示矩阵的第i行,α为挑选不变化的超像素样本的参数;这个规则表示在总样本中挑选L2范数偏大的行序号i,作为不变化的样本对应的列序号,再从超像素总样本M中挑选列序号i对应的超像素样本列,组成不变化样本Mun;挑选的原则是低秩表示矩阵的行的L2范数若大于等于除掉该行之外,其他行的二范数的均值,则认为是不变化的样本对应的行;

挑选变化样本的规则为:

其中,β为挑选变化的超像素样本的参数,Zs表示Z去掉不变化样本对应的行得到的结果,Zsi表示Zs的第i行,Ns表示去掉不变化超像素之后的超像素总个数;这个规则表示在去掉不变化超像素的样本中挑选L2范数偏小的行的序号i,作为变化样本的对应列序号,再从M中挑选对应的超像素样本列作为变化样本Mc;

(5)分别学习不变化样本Mun和变化样本Mc对应的字典Dun和Dc;

(6)分别计算每个像素点在字典Dun和Dc下的重构误差Reun和Rec,比较大小,得到变化区域,具体方法为:

(6a)每个像素点的判别加入了邻域信息,即取以像素点为中心的邻域窗口为w×w的像素块,将DI、X、Y的像素分别列向量化,各列向量按像素序号排列得到T;

(6b)计算重构误差,需要字典Dun和Dc对应的稀疏表示系数gun和gc,为求gun和gc,构建目标函数:

其中t为T的各列向量,即用来表示各个像素块的列向量,δ为正则化参数,gunT和gcT分别代表gun和gc的转置矩阵,e为全1列向量;

(6c)计算像素块在字典Dun和Dc及对应的稀疏表示系数gun和gc下的重构误差Reun和Rec,若Reun>Rec,则判定该像素点不变化,反之变化,将变化位置的像素值设为1,不变化位置的像素值设为0,得到变化图二值图CM。

2.根据权利要求1所述的遥感图像变化检测方法,其特征在于:所述步骤(6b)中,目标函数的解为:

其中,DUN=Dun-t,DC=Dc-t,I为单位矩阵,I的尺寸为d×d,其中d为字典原子数。

3.根据权利要求1所述的遥感图像变化检测的方法,其特征在于:所述步骤(6c)中,求重构误差的公式为:Reun=||t-Dungun||2,Rec=||t-Dcgc||2。