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专利号: 2019100718946
申请人: 南京泛在地理信息产业研究院有限公司
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.基于面线基元关联约束的遥感图像变化检测方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)数据准备与预处理:选取两个不同时间获取的具有相同空间范围的遥感图像,并对其进行几何校正、辐射校正和配准预处理;

(2)多时相叠合面基元的获取:对多时相遥感图像进行多精度分割后获取的初始面基元进行叠合处理,获取待检测的多时相叠合面基元;

(3)基于多特征证据融合的变化信息初提取:对待检测的多时相叠合面基元的光谱、边缘和梯度多种变化证据进行证据融合,从而获得初始变化检测结果;

(4)多时相线基元的获取:采用相位编组直线提取方法分别在两时相图像上提取直线,得到多时相线基元;

(5)多时相面线基元关联关系建模:对多时相叠合面基元与第1时相线基元、第2时相线基元进行多时相面线基元关联关系建模;

(6)面线基元关联约束以提取最终变化检测结果:依据多时相面线基元关联关系,对初始变化信息进行再筛选,提取最终的遥感图像变化区域。

2.根据权利要求1所述的基于面线基元关联约束的遥感图像变化检测方法,其特征在于:步骤(2)中获取多时相叠合面基元的具体方法为:(21)利用基于硬边界约束与两阶段合并的遥感图像分割方法分别对第1时相遥感图像和第2时相遥感图像进行图像分割,获取第1时相和第2时相的初始面基元;

(22)若第1时相遥感图像f1(x,y)上(x,y)处的点属于第1时相的初始面基元P1,第2时相遥感图像f2(x,y)上(x,y)处的点属于第2时相的初始面基元P2,则称在该点存在从初始面基元P1到初始面基元P2的面基元变化映射Map(P1,P2);遍历图像上的所有点,统计存在变化映射Map(P1,P2)的点的个数Nm,并将Nm记为变化映射Map(P1,P2)的数量;

(23)新建与第1时相遥感图像f1(x,y)和第2时相遥感图像f2(x,y)等大的图像f'(x,y),以从步骤(22)中获取的图像f1(x,y)上(x,y)处的点存在的面基元变化映射Map(P1,P2)的数量Nm为图像f'(x,y)上(x,y)处的点的灰度值;以此方式遍历图像上的所有点,对图像f'(x,y)进行赋值,称图像f'(x,y)为两时相遥感图像的分割叠合图像;

(24)对分割叠合图像f'(x,y)使用基于硬边界约束与两阶段合并的遥感图像分割方法进行分割,以获取待检测的多时相叠合面基元。

3.根据权利要求1所述的基于面线基元关联约束的遥感图像变化检测方法,其特征在于,步骤(3)具体包括以下步骤:(31)提取多时相叠合面基元在第1时相遥感图像和第2时相遥感图像上的光谱、梯度和边缘特征;

(32)获取多时相叠合面基元的两时相光谱、梯度和边缘特征向量;其中,对光谱、梯度特征进行特征量化,构成频数直方图,以直方图的每个量化等级的频数形成特征向量;对于边缘特征,对其边缘分布模式进行分析,统计各种边缘模式的出现频率,构成频数直方图,形成特征向量;

(33)计算多时相叠合面基元的两时相光谱、梯度和边缘特征向量的结构相似度;结构相似度的计算公式如下:其中,μX、μY、σX、σY、 σXY分别是向量X与向量Y的均值、标准差、方差和协方差,C1、C2是为了防止当分母接近零时产生不稳定现象所添加的常数;

(34)以光谱结构相似度、梯度结构相似度和边缘结构相似度为基础,构建D-S证据理论的基本概率赋值函数BPAF;

以多时相叠合面基元为检测对象,定义辨别框架U为:

U={Y,N};

其中,Y表示变化类,N表示未变化类;

特征的基本概率赋值函数BPAF为:

mi({Y})=(1.0-Si)*αi;

mi({N})=Si*αi;

mi({Y,N})=1.0-αi;

其中,Si为该特征的结构相似度,αi为该特征证据对判别的信任度;

(35)对多时相叠合面基元的光谱BPAF、边缘BPAF和梯度BPAF进行证据融合,得到融合后的BPAF为BPAF4,设置阈值T1和T2,若支持变化类的BPAF4的值大于T1或支持未变化类的BPAF4的值小于T2,则判定该面基元发生变化,否则未发生变化,从而得到初始变化信息;其中,证据融合的公式为:

4.根据权利要求1所述的基于面线基元关联约束的遥感图像变化检测方法,其特征在于,步骤(4)包括以下步骤:(41)首先计算图像梯度,获取梯度方向图;选用2×2的小模板进行梯度计算,模板如下:其中,Gx和Gy是梯度在水平方向和垂直方向的模板,其大小和方向分别是:其中,mag为梯度的大小,θ为方位角;

(42)将整个梯度方向进行N等分,得到N个小区间,对不同区间内的像元进行编码,在同一区域的像元便可组成同一个支撑区;

(43)使用加权最小二乘拟合方法求出支持区的梯度强度平面,随后与支持区表示灰度平均强度的平面相交,得到的交线即为线基元。

5.根据权利要求1所述的基于面线基元关联约束的遥感图像变化检测方法,其特征在于:步骤(5)中建模方法具体为:(51)获取与多时相叠合面基元P存在相交关系的第1时相线基元集合 和第2时相线基元集合 在面线基元关联架构中,称以上线基元集合和面基元P存在关联关系;

(52)将第1时相线基元集合 和第2时相线基元集合 中线基元的方向的范围π(-

90°-90°]划分为n个子区间,对各子区间进行唯一标号;依据线基元的方向,将线基元集合和线基元集合 中的所有线基元归于各子区间内,登记各子区间内第1时相线基元和第2时相线基元的数量;

(53)获取归于第1时相线基元集合 中线基元最多的子区间ni和归于第2时相线基元集合 中线基元最多的子区间nj,将子区间ni和nj分别称为线基元集合 和线基元集合的主方向区间,以子区间ni和nj的中线方向分别为线基元集合 和线基元集合 的主方向,并将其分别称为多时相叠合面基元P在第1时相上关联的线基元集合的主方向和第

2时相上关联的线基元集合的主方向。

6.根据权利要求1所述的基于面线基元关联约束的遥感图像变化检测方法,其特征在于,步骤(6)具体包括以下步骤:(61)对于初始变化检测中的判定为未变化的多时相叠合面基元P,依据RLPAF,获取与其关联的第1时相线基元集合 和第2时相线基元集合(62)比较与多时相叠合面基元P关联的第1时相线基元集合 和第2时相线基元集合的主方向是否发生变化,若发生变化,则调整基于多特征证据融合与结构相似度的遥感图像变化检测中的BPAF4判定阈值T1和T2,具体为减小阈值T1至阈值T3,增大阈值T2至阈值T4;

(63)利用阈值T3和T4重新判定多时相叠合面基元P是否发生变化;若其支持变化类的BPAF4的值大于T3或支持未变化类的BPAF4的值小于T4,则标记为变化,否则为未变化。