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专利号: 201811540932X
申请人: 南京师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于增强核稀疏表示的SAR图像目标识别方法,其特征在于,该方法包括如下步骤:(1)对SAR目标图像进行多尺度单演变换,求取其在不同尺度下的对应的单演信号;

(2)针对每一个尺度下的单演信号,计算SAR图像目标的单演特征;

(3)基于核主成分分析和核Fisher鉴别分析计算一个增强的伪变换矩阵;

(4)利用增强的伪变换矩阵,进行鉴别性特征映射,将特征在核空间中进行降维,并在核空间中构造新的字典以及待测样本向量;

(5)利用最小化L1范数计算稀疏系数,并基于稀疏重建误差进行目标分类识别;

步骤(1)中的,对SAR目标图像进行多尺度单演变换,求取其在不同尺度下的对应的单演信号的方法如下:(1.1)给定一个二维SAR目标图像x(z),其中z表示二维图像空间像素坐标,先对其进行里斯变换得到二维复信号xR(z),则x(z)对应的单演信号xm(z)可定义为x(z)与其里斯变换的xR(z)的线性组合:xm(z)=x(z)‑(i,j)xR(z);

其中,i和j表示虚部单位,(1,i,j)构成三维互相正交的基坐标;

(1.2)采用二维Log‑Gabor滤波器hlg(z)分别与二维SAR目标图像x(z)及里斯变换xR(z)进行卷积,则x(z)对应的单演信号xm(z)求解公式修改为:xm(z)=(hlg(z)*x(z))‑(i,j)(hlg(z)*xR(z))其中,hlg(z)的频域表达式为:

其中,ω是频率变量,ω0是G(ω)的中心频率,σ表示该二维Log‑Gabor滤波器带宽的尺度因子;

(1.3)通过修改σ即可以得到不同尺度的Log‑Gabor滤波器,利用不同尺度Log‑Gabor滤波器与x(z)及xR(z)进行卷积,即可计算不同尺度的单演信号 其中,表示第i个尺度下计算求得的x(z)的单演信号,S表示总尺度数;

步骤(2)中的,针对每一个尺度下的单演信号,计算SAR图像目标的单演特征的方法如下:(2.1)针对每一个尺度下的二维单演信号xm(z)进行分解,获取其幅度、相位、和方向信息:其中,xi(z)和xj(z)分别表示单演信号的i虚部的分量和j虚部的分量;

(2.2)由于xm(z)采用(1.2)中的形式,在求解A(z)、 θ(z)三分量时,将采用hlg(z)*x(z)代替x(z),hlg(z)*xR(z)代替xR(z)对A(z)、 θ(z)分别计算,最终可以得到S个尺度的单演特征:(2.3)将S个尺度的单演特征进行向量化:其中,vec(·)表示将矩阵转化为向量的操作,χ表示得到的单演特征向量;

步骤(3)中的,基于核主成分分析和核Fisher鉴别分析计算一个增强的伪变换矩阵,方法如下:(3.1)给定一个具有c个类别的SAR目标分类,设 表示目标训练样本集,其中,n表示样本个数, 表示一个目标样本图像经过步骤(2)的处理后得到单演特征向量,yi∈{1,2,…,c}表示目标xi对应的类别标签;设Φ为核函数k(·,·)对应的非线性映射函数,为了保证样本之间的区分性,采用Φ将数据从输入空间X映射到高维核特征空间D其中,Φ(x)∈R 表示图像x在空间 上的映射结果,D>>m是特征空间 的维数,且φj(x)∈R,其中j=1,...,D,目标样本图像xi在空间 上的映射结果为Φ(xi),i=1,...,n;

(3.2)给定一个测试样本图像处理后的单演特征向量xt,在核特征空间 上对其进行线性表示如下:T

其中,α=[α1,α2,...,αn] 为系数向量,αi为Φ(xi)对应的系数,在特征空间 上的样本矩阵可以表示如下:D×n

Φ1=[Φ(x1),Φ(x2),...,Φ(xn)]∈R(3.3)基于(3.2)求得的Φ(x),得到如下稀疏表示:上式表示,在满足Φ(xt)=Φ1α的条件下,求解||α||1式子为最小值时的α,在求解α的过程中,选择L1范数,即对||α||1求最小;

D×d

(3.4)采用基于核降维的方式对(3.3)中的稀疏表示问题进行求解,设P∈R 为变换矩阵,基于该变换矩阵,对(3.2)中的 进行如下变换:T T

PΦ(xt)=PΦ1α;

(3.5)利用基于核主成分分析或基于核Fisher鉴别分析的核降维方法,将映射向量看做 空间图像映射结果的线性组合:T

其中,Pj是变换矩阵P的第j个变换向量,即:P=[P1,...,Pd],βj=[βj,1,...,βj,n]为Pj对应的伪变换向量,代表的是线性表示系数,由β1,...,βd可以组成伪变换矩阵B:B=[β1,...,βd]

基于伪变换矩阵B,变换矩阵P可以表示如下:P=Φ1B

T T

(3.6)将P=Φ1B代入步骤(3.4)中的公式PΦ(xt)=PΦ1α中,可得:T T

Bk(·,xt)=BKα

T T T n×n

其中,k(·,xt)=[k(x1,xt),…,k(xn,xt)]=Φ1Φ(xt),K=Φ1 Φ1∈R 表示核格拉姆(Gram)矩阵;

n

(3.7)基于KPCA对伪变换矩阵B进行求解,首先利用KPCA计算伪变换向量βj∈R:Kβ=λβ

然后通过选择d个具有最大特征值λj的特征向量,j=1,…,d,λ1≥λ2≥…≥λd,得到基于KPCA的伪变换矩阵:n×d

B′=[β1,...,βd]∈R ;

(3.8)基于KFDA对伪变换矩阵B进行求解:其中,tr(·)表示一个矩阵的迹, 和 分别表示类内和类间准散布矩阵,d<c,通过n×d最大化上述公式,即可得到基于KFDA的伪变换矩阵B″∈R ;

(3.9)建立如下增强伪变换矩阵:

B=[B′,B″]

(3.10)最终核特征空间 中的稀疏表示字典通过如下方式构建:T

BK。

2.根据权利要求1所述的一种基于增强核稀疏表示的SAR图像目标识别方法,其特征在于,步骤(2)中的单演特征包括:基于单演信号幅度信息的目标能量特征、基于单演信号相位信息的目标结构特征、及基于单演信号方向信息的目标几何特征。

3.根据权利要求1所述的一种基于增强核稀疏表示的SAR图像目标识别方法,其特征在于,步骤(4)中的,用增强的伪变换矩阵,进行鉴别性特征映射,将特征在核空间中进行降维的方法如下:先利用步骤(2)得到的单演特征向量,即训练样本xi和测试样本xt,求得映射到核空间的测试样本向量k(·,xt);再利用增强的伪变换矩阵B,实现特征在核空间中的降维T以得到降维后的测试样本向量Bk(·,xt)。

4.根据权利要求3所述的一种基于增强核稀疏表示的SAR图像目标识别方法,其特征在于,步骤(5)中的,利用最小化L1范数计算稀疏系数,并基于稀疏重建误差进行目标分类识别,方法如下:T T

(5.1)利用降维后的测试样本向量Bk(·,xt)和字典BK得到如下优化问题:通过对上式进行求解得到稀疏系数α;

(5.2)针对测试样本对应的单演特征向量xt,计算其隶属第i类的近似,即:T

BKδi

T

其中,δi=[δi(α1),δi(α2),…,δi(αn)],且其中,i的取值范围为i∈{1,2,…,c},若假设i一定,则δi(αj)表示向量δi的第j个元素的值,而yj代表第j个训练样本对应的真实类别标签,j∈{1,2,…,n};

T T

(5.3)针对测试样本对应的单演特征向量xt,通过最小化Bk(·,xt)和BKδi的残差,即可估计测试样本对应的单演特征向量xt的类别标签: