1.一种基于深层神经网络的遥感图像覆被变化检测方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)、建立深层网络模型的训练样本集
(1.1)、图像采集:获取待预测地区近期的时间间隔相等的N张同类型遥感图像,按时间顺序编号为第1~N张;
(1.2)、图像预处理:对每张遥感图像进行几何校正、缩放、剪切和增强处理;
(1.3)、构建训练样本集:将预处理后的N张遥感图像分成N-M个训练样本,N远大于M;
其中,第1个训练样本由第1~(M+1)张遥感图像构成,第2个训练样本由第2~(M+2)张遥感图像构成,然后以此类推,直到第N-M个训练样本,由第(N-M)~N张遥感图像构成;
(2)、构建深层网络模型
将卷积神经网络CNN和空间变换网络STN级联组成深层网络模型,深层网络模型的输入为某一个训练样本中的前M张图像,输出为预测的遥感图像;
(3)、训练深层网络模型
(3.1)、深层网络模型初始化,设定阈值θ以及学习速率η;
(3.2)、随机选取一个训练样本,将训练样本中的前M帧图像输入至深层网络模型中;
在CNN中,先利用编码器的第第一层提取输入图像的特征,再从第二层开始依次对图像特征进行降维处理,得到降维后的特征图;然后利用解码器对特征图进行升维处理,最终输出覆被演化场Φ;
在STN中,基于演化场Φ,利用STN对输入的第M张图像Pm转化成预测输出图像Pn;
(3.3)、计算预测输出图像Pn与该样本中第M+1张图像Pm+1之间的像素误差平方和,记为Σ;计算演化场Φ的梯度值ΔΦ;再将Σ与ΔΦ的和作为该训练样本的损失函数值;
(3.4)、重复步骤(3.2)~(3.3),直至计算出所有训练样本的损失函数值,将所有训练样本损失函数值相加,作为深层网络模型的损失函数值,记为Ω;
(3.5)、比较Ω与θ的大小,如果Ω<θ,则终止训练,得到训练好的深层网络模型,否则,进入步骤(3.6);
(3.6)、利用批量梯度下降算法在损失函数负梯度方向,根据负梯度方向以学习速率η更新深层神经网络模型中的权重参数,然后返回步骤(3.2),再次利用训练样本集进行下一轮训练;
(4)、地表覆被预测
采集M张待预测地区的遥感图像并按时间顺序编号,然后将编号后的遥感图像序列输入训练好的深层网络模型,其输出图像为该预测地区未来的地表覆被预测图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于深层神经网络的遥感图像覆被变化检测方法,其特征在于,所述深层网络模型的具体结构为:STN级联在CNN之后;其中,CNN采用UNet的结构,包括编码器和解码器,级数均为N;编码器第n层卷积层提取的图像特征Cn与解码器第N-n层反卷积层的输出Rn同尺寸,Cn与Rn进行通道拼接后,输入至第N-n+1层反卷积层,输出得到升维的特征图Rn-1,然后以此类推,直到第N层反卷积层,最后以C1与R1拼接后的多通道特征图为输入,经反卷积得到遥感图像的演化场Φ;
在STN中,基于演化场Φ,将输入的第M张图像Pm转化成预测输出图像Pn,具体转换的公式为:Pn(p)=Pm·Φ(p)=∑q∈Z(p')Pm(q)Πd∈{x,y}(1-|p'd-qd|)其中,·表示空间变换方法,基于演化场Φ通过线性插值将图像Pm变换成输出预测图像Pn;p为Pn中的任意一个像素点的像素坐标,p'=p+Φ(p)为根据演化场Φ计算出的p在Pm中所对应的亚像素点坐标;Z(p')为亚像素点p'对应的4个邻域像素点坐标的集合,d表示图像的像素点坐标维度,p'd、qd分别表示p'、q在维度d下的坐标值。