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专利号: 2021102110773
申请人: 山东科技大学
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:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于深度学习和超分辨率的遥感图像绿潮信息提取方法,其特征在于,包括如下步骤:

I.利用降采样后的GF‑1图像对超分辨率网络模型进行预训练,得到预训练好的超分辨率网络模型;其中,GF‑1图像为与步骤III中MODIS训练图像为相同区域的图像;

II.构建语义分割网络,其包括编码路径模块、桥接模块、解码路径模块以及跳跃连接;

编码路径模块包括依次连接的第一卷积层、第一稠密块、第一池化层、第二稠密块以及第二池化层;桥接模块采用第三稠密块;

其中,第二池化层的输出端与第三稠密块的输入端相连;

解码路径模块包括依次连接的第一卷积+上采样块、第四稠密块、第二卷积+上采样块、第五稠密块、第二卷积层、第三池化层、第三卷积层以及第四卷积层;

其中,第三稠密块的输出端与第一卷积+上采样块的输入端相连;

跳跃连接有两个,分别为第一跳跃连接和第二跳跃连接;

第一跳跃连接为第一稠密块输出端与第五稠密块输入端之间的连接;其中,第一稠密块的输出特征图与第二卷积+上采样块的输出特征图进行拼接,作为第五稠密块的输入;

第二跳跃连接为第二稠密块输出端与第四稠密块输入端之间的连接;其中,第二稠密块的输出特征图与第一卷积+上采样块的输出特征图进行拼接,作为第四稠密块的输入;

III.基于预训练好的超分辨率网络模型和语义分割网络,得到绿潮提取模型;

获取MODIS训练图像,利用所述MODIS训练图像训练所述绿潮提取模型,得到训练好的绿潮提取模型;绿潮提取模型的训练过程如下:III.1.获取MODIS遥感图像;

对MODIS遥感图像进行目视解译,生成二值标签图,并生成MODIS训练图像;

计算MODIS训练图像的归一化差分植被指数值,将归一化差分植被指数值作为一个波段,与所述MODIS训练图像的红色和近红外波段拼接,得到三波段遥感图像;

III.2.将步骤III.1中的三波段遥感图像输入到预训练好的超分辨率网络模型,得到分辨率提高一倍的重建图像;

III.3.将所述重建图像输入至语义分割网络,得到二值分割图;

III.4.利用二元交叉熵作为损失函数,计算步骤III.3中的二值分割图与步骤III.1中生成的二值标签图之间的损失;

将损失进行反向传播,利用自适应矩估计算法优化完成绿潮提取模型的训练;

IV.获取待提取绿潮信息的MODIS图像,将所述待提取绿潮信息的MODIS图像输入到经过步骤III训练好的绿潮提取模型中,得到绿潮提取结果。

2.根据权利要求1所述的遥感图像绿潮信息提取方法,其特征在于,所述步骤I中,所述超分辨率网络采用WDSR超分辨率网络。

3.根据权利要求1所述的遥感图像绿潮信息提取方法,其特征在于,所述步骤I具体为:

I.1.获取与步骤III中所述MODIS训练图像相同区域的GF‑1图像;

I.2.将所述GF‑1图像通过高斯滤波器降采样,得到分辨率降低一倍的降采样GF‑1图像;

I.3.将所述降采样GF‑1图像输入至超分辨率网络,得到超分辨率重建图像;

I.4:将步骤I.3中的超分辨率重建图像与步骤I.1所述GF‑1图像通过均方误差函数MSE进行误差反向传播,获得预训练好的超分辨率网络模型。

4.根据权利要求3所述的遥感图像绿潮信息提取方法,其特征在于,所述均方误差函数MSE的计算公式如下:其中,θ表示总体参数,n表示样本的个数,i表示第i个样本;

(i) (i)

X ,Y 分别表示输入的降采样GF‑1图像和对应的原始GF‑1图像;

(i)

F(X ;θ)表示超分辨率网络模型的输出,即超分辨率重建图像。

5.根据权利要求1所述的遥感图像绿潮信息提取方法,其特征在于,所述编码路径模块中,第一卷积层的卷积核大小为3×3,第一稠密块以及第二稠密块均为五层稠密块,第一池化层以及第二池化层均采用最大池化。

6.根据权利要求1所述的遥感图像绿潮信息提取方法,其特征在于,所述桥接模块中,第三稠密块为三层稠密块。

7.根据权利要求1所述的遥感图像绿潮信息提取方法,其特征在于,所述解码路径模块中,第一卷积+上采样块、第二卷积+上采样块、第二卷积层以及第三卷积层中卷积核的大小为3×3,第四卷积层的卷积核大小为1×1;

第一卷积+上采样块、第二卷积+上采样块中上采样块通过插值法对卷积结果进行上采样;

第四稠密块以及第五稠密块均为五层稠密块,第三池化层采用最大池化。

8.根据权利要求1所述的遥感图像绿潮信息提取方法,其特征在于,所述步骤III.1中,归一化差分植被指数值NDVI的计算公式如下:NDVI=(NIR‑R)/(NIR+R)        (2)其中,NIR和R分别表示卫星观测到的近红外和红光波段的反射值。

9.根据权利要求1所述的遥感图像绿潮信息提取方法,其特征在于,所述步骤III.4中,损失函数采用二元交叉熵函数,计算公式如下:式中,y'表示二值分割图,y表示二值标签图;

然后将损失进行反向传播,利用自适应矩估计算法进行优化完成绿潮提取模型的训练。