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专利号: 2023102576024
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于轻量级网络的多光谱卫星图像舰船冰山分类方法,其特征在于:按如下步骤A至步骤C,获得用于识别海面上舰船、冰山的目标分类模型;进而应用目标分类模型,针对目标海面区域,实现关于舰船、冰山的分类;

步骤A. 构建预设数量包含冰山目标标签、舰船目标标签的各幅海面区域RGB多光谱样本图像,然后进入步骤B;

步骤B. 构建轻量级网络,作为待训练网络,然后进入步骤C;

步骤C. 基于各幅海面区域RGB多光谱样本图像,以海面区域RGB多光谱样本图像为输入,海面区域RGB多光谱样本图像中冰山目标标签、舰船目标标签、或者无冰山与舰船目标标签为输出,针对待训练网络进行训练,获得目标分类模型。

2.根据权利要求1所述一种基于轻量级网络的多光谱卫星图像舰船冰山分类方法,其特征在于:还包括如下步骤i,实现对所述目标分类模型的有效性评估;

步骤i. 按如下公式,通过目标红色反射率占比  与平均反射率 之间的散点图、以及训练精度 、验证精度 ,对目标分类模型分类结果进行分析,验证目标分类模型的有效性;

其中,表示训练时将舰船冰山正确分类的数据样本数, 为训练数据集样本总数,表示验证时将舰船冰山正确分类的数据样本数, 为验证数据集样本总数,, 为舰船冰山目标蓝色反射率, 为舰船冰山目标绿色反射率、

为舰船冰山目标红色反射率, 为舰船冰山目标近红外反射率,为舰船冰山目标4波段总反射率,为目标像素面积。

3.根据权利要求1所述一种基于轻量级网络的多光谱卫星图像舰船冰山分类方法,其特征在于:所述步骤A包括步骤A1至步骤A11;

步骤A1. 基于哨兵2卫星的不同波段,应用哨兵2卫星捕获包含各冰山目标标签与各舰船目标标签、且分别对应蓝色波段、绿色波段、红色波段、近红外波段的海面区域的多光谱图像,然后进入步骤A2;

步骤A2. 针对红色波段下多光谱图像与近红外波段下多光谱图像进行融合,构成R通道多光谱图像,并结合蓝色波段下多光谱图像作为B通道多光谱图像、绿色波段下多光谱图像作为G通道多光谱图像,构成RGB三通道多光谱图像,然后进入步骤A3;

步骤A3. 基于预设区分场景区域与场景目标的像素阈值 ,通过像素值高于 的像素连接区域,标记RGB三通道多光谱图像中的各个场景目标,然后进入步骤A4;

步骤A4. 分别以各个场景目标作为图像块中心位置,由RGB三通道多光谱图像中截取各个预设尺寸的图像块,即获得各个RGB三通道图像块,然后进入步骤A5;

步骤A5. 分别针对各个RGB三通道图像块,根据预设区分场景目标中陆地和海冰的像素阈值 ,通过像素值高于 的像素区域,确定RGB三通道图像块场景目标中的陆地和海冰像素区域、并进行遮蔽去除,更新该RGB三通道图像块中场景目标;进而更新各RGB三通道图像块,然后进入步骤A6;

步骤A6. 基于其它卫星捕获与步骤A1中多光谱图像相同海面区域的参考图像,分别针对各个RGB三通道图像块,执行RGB三通道图像块与参考图像之间的比较,剔除RGB三通道图像块场景目标中除舰船、冰山以外的各静止目标,更新该RGB三通道图像块中场景目标;进而更新各RGB三通道图像块,然后进入步骤A7;

步骤A7. 分别针对各个RGB三通道图像块,确定RGB三通道图像块中的海岸线,并确定海岸线向两侧延伸预设距离区域为海岸波浪目标,执行遮蔽去除,更新该RGB三通道图像块中场景目标;进而更新各RGB三通道图像块,然后进入步骤A8;

步骤A8. 分别针对各个RGB三通道图像块,剔除RGB三通道图像块场景目标中海面上的海浪、以及分离的舰船尾迹,更新该RGB三通道图像块中场景目标;进而更新各RGB三通道图像块,然后进入步骤A9;

步骤A9. 分别针对各个RGB三通道图像块,判断RGB三通道图像块中是否存在除中心位置场景目标以外的其余目标,是则对该其余各目标进行遮蔽去除,更新该RGB三通道图像块中场景目标,并进入步骤A10;否则直接进入步骤A10;

步骤A10. 分别针对各个RGB三通道图像块,剔除RGB三通道图像块场景目标中尺寸小于预设像素数的目标,更新该RGB三通道图像块中场景目标,进而更新各RGB三通道图像块,然后进入步骤A11;

步骤A11. 分别针对各个RGB三通道图像块,区分定义RGB三通道图像块场景目标中的冰山目标标签、舰船目标标签、或无冰山与舰船目标标签,构成海面区域RGB多光谱样本图像;进而获得各幅海面区域RGB多光谱样本图像。

4.根据权利要求3所述一种基于轻量级网络的多光谱卫星图像舰船冰山分类方法,其特征在于:按如下操作,应用目标分类模型,针对目标海面区域,实现关于舰船、冰山的分类;

首先基于卫星的不同波段,应用哨兵2卫星捕获目标海面区域分别对应蓝色波段、绿色波段、红色波段、近红外波段的海面区域的多光谱图像;

然后基于各波段多光谱图像,依次执行步骤A2至步骤A10,获得各RGB三通道图像块,作为各目标海面区域RGB多光谱图像;

最后分别针对各目标海面区域RGB多光谱图像,应用目标分类模型,实现关于舰船、冰山的分类。

5.根据权利要求1所述一种基于轻量级网络的多光谱卫星图像舰船冰山分类方法,其特征在于:所述步骤B中构建轻量级网络如下,作为待训练网络;

轻量级网络自其输入端至其输出端依次串联Input(75,3)层、Conv2DR(64,3)层、Conv2DR(64,3)层、Conv2DR(64,3)层、MaxPool2D(64,3,2)层、Conv2DR(128,3)层、Conv2DR(128,3)层、Conv2DR(128,3)层、MaxPool2D(128,2,2)层、Dropout0.1层、Conv2DR(128,3)层、MaxPool2D(128,2,2)层、Conv2DR(128,3)层、MaxPool2D(128,2,2)层、Dropout0.2层、Flatten(512)层、DenseR(512)层、DenseR(256)层、Dropout0.2层、DenseS(1)层;

其中,Input(m,c)为输入层,Conv2DR(c,k)层为二维卷积加修正线性单元激活函数层,MaxPool2D(c,k,s)层为二维最大池化层,Dropoutv层为正则化层,Flatten(c)层为平化层,DenseR(c)层为全链接加修正线性单元激活函数层,DenseS(c)层为全链接加Sigmoid激活函数层;m表示图像数据像素尺寸大小 ,c为通道数,k表示核尺寸大小,s表示步长,v表示复杂度。

6.根据权利要求1所述一种基于轻量级网络的多光谱卫星图像舰船冰山分类方法,其特征在于:所述步骤C针对待训练网络进行训练的过程中,应用K‑means聚类算法进行迭代求解,并使用Adam梯度优化算法对网络训练进行优化。

7.根据权利要求6所述一种基于轻量级网络的多光谱卫星图像舰船冰山分类方法,其特征在于:所述步骤C针对网络训练进行优化过程中使用如下二进制交叉熵作为损失函数;

式中, 为每轮次训练的损失值, 表示以e为底的对数, 表示求和, 为训练数据集样本数, 为训练数据集第 个样本为冰山的概率, 为训练数据集第 个样本为冰山的标注值, 。