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专利号: 2019106743829
申请人: 合肥工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于多层级特征深度融合的SAR图像舰船目标鉴别方法,其特征在于:采用卷积神经网络提取表征舰船目标的高层级深度特征,同时基于扩展的Haar-like特征模板提取舰船目标的边缘纹理低层级特征。构建多层级深度学习网络,利用多层级深度学习网络将提取的舰船目标高层级深度特征和Haar-like特征模板提取低层级边缘纹理特征进行最优化融合,实现SAR图像舰船目标特征的全面、有效表达。对SVM分类器进行学习训练得到最优分类器,最终对待鉴别舰船目标进行鉴别,得到最终的鉴别结果。具体包括以下步骤:(1)、低层级边缘纹理特征提取:精细构造舰船目标-海杂波有监督SAR图像样本,采用扩展的Haar-like特征模板对有监督SAR图像样本进行特征提取,生成表征舰船目标的N维Haar-like目标边缘纹理特征,即N维低层级Haar-like特征;然后采用Adaboost分类器对提取出的N维低层级Haar-like特征进行降维,将N维低层级Haar-like特征的维数降低至m;

(2)、高层级深度特征提取:采用AlexNet架构实现的卷积神经网络,对有监督SAR图像样本进行特征提取,生成表征舰船目标的n维高层级深度特征;

(3)、舰船目标多层级特征学习与最优化融合:利用多层级深度学习网络,将步骤(1)降维后的m维低层级Haar-like特征与步骤(2)提取的n维高层级深度特征,在多层级深度学习网络中的全连接层进行最优化特征融合,得到最优化融合的目标多层级特征和多层级特征权重系数,该多层级特征权重系数下获得的舰船目标鉴别精度最高,然后通过学习训练得到最优的SVM分类器;

(4)、基于多层级特征深度融合的目标鉴别:采用步骤(3)学习训练得到的目标多层级特征和多层级特征权重系数,对输入的待鉴别的SAR图像样本切片进行多层级特征提取及最优化特征融合,然后输入到步骤(3)学习训练得到的最优的SVM分类器,得到最终的舰船目标鉴别结果。

2.根据权利要求1所述的基于多层级特征深度融合的SAR图像舰船目标鉴别方法,其特征在于:步骤(1)中,首先利用扩展的Haar-like特征模板,对有监督SAR图像样本进行特征提取,生成有效表征舰船目标边缘纹理所对应的N维低层级Haar-like特征。在Adaboost分类器中通过Adaboost训练算法设置m个弱分类器,将N维低层级Haar-like特征降维至m维,其中弱分类器gn(·)定义为:gn(xj)=fk>θk    (1)

公式(1)中:xj表示第j个图像的N维特征向量,xj=[f1,f2,…,fN],θk对应于单一特征的阈值,fk为特征向量xj中的第k个特征。

通过改变弱分类器的权重,训练出分类错误率最低的强分类器,训练过程如下:

公式(2)-(4)中:i代表第i次训练过程;L表示一共有L个样本;yj表示第j个输入图像的标签,对于舰船目标yj=1,对于杂波目标yj=0;gi表示i次训练中选取的分类错误率最低的弱分类器;ri表示第i次训练中的错误率;αi代表第i个弱分类器在组成强分类器中的权重;

其中gn(xj)表示任意一个弱分类器,而gi(xj)表示第i次训练中分类错误率最低的弱分类器;Di(j)为第j个样本在第i次训练中的权重,初始化为:Di(j)的更新训练通过如下公式:

训练完成后将N维特征向量[f1,f2,…,fN],锐减到m维的特征向量[h1,h2,…,hm],其中:公式(7)中αi代表第i个弱分类器在组成强分类器中的权重;gi(xj)表示第i次训练中分类错误率最低的弱分类器。

最终提取得到的m维的特征向量[h1,h2,…,hm],作为低层级Haar-like特征。

3.根据权利要求1所述的基于多层级特征深度融合的SAR图像舰船目标鉴别方法,其特征在于:步骤(2)中,基于AlexNet架构实现典型低复杂度的卷积神经网络,卷积神经网络中激活函数采用Relu函数来增强网络的表征能力,并且使用Batch Normalization操作来加速网络的训练,其中激活函数Relu函数定义为:f(o)=max(0,o)    (8)

公式(8)中,o表示神经网络卷积层后输出。

卷积神经网络全连接层链接了卷积层经过迭代提取到的抽象特征[d1,d2,…,dn],以此特征作为卷积神经网络提取到的高级抽象特征,最终卷积神经网络提取到的高级特征即为全连接层的特征向量[d1,d2,…,dn]。

4.根据权利要求1所述的基于多层级特征深度融合的SAR图像舰船目标鉴别方法,其特征在于:步骤(3)中多层级深度学习网络的融合及学习训练过程如下:根据步骤(1)降维后得到的m维Haar-like特征向量[h1,h2,…,hm]以及步骤(2)得到的特征向量[d1,d2,…,dn],将两者以权重γ进行特征融合;设定权重γ取值在0-1之间,以分类误差最低为目标,在步骤(1)构建的舰船目标-海杂波有监督SAR图像样本集上学习权重γ参数及SVM分类器,得到分类误差最低的权重γ参数最优化取值,并最终生成多层级最优化融合特征向量

5.根据权利要求1所述的基于多层级特征深度融合的SAR图像舰船目标鉴别方法,其特征在于:步骤(4)中,通过步骤(1)至步骤(3)对待鉴别的SAR图像样本进行多层级特征提取及最优化融合,得到有效表征待鉴别SAR图像的多层级最优化融合特征向量 将多层级最优化融合特征向量 输入到训练好的SVM分类器,实现待鉴别SAR图像的目标分类,得到最终的舰船目标鉴别结果。

6.根据权利要求1所述的基于多层级特征深度融合的SAR图像舰船目标鉴别方法,其特征在于:SVM分类器以径向基函数核RBF作为核函数,其中径向基函数核RBF定义为:K(u,v)=exp(-λ‖u-v‖2),λ>0,    (9)。

公式(9)中的u,v表示待映射的特征向量。