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专利号: 2023103836226
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:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于深度学习网络架构的卫星图像云目标提取方法,其特征在于,包括以下步骤:

S10,获取云目标卫星图像数据,对云目标卫星图像数据进行预处理,获取带有像素标注的云目标卫星图像数据集,并按比例划分成训练数据集和验证数据集;

S20,构建初始提取网络,利用训练数据集对初始提取网络进行训练,将训练后的深度学习网络作为卫星图像云目标提取网络;

S30,利用验证数据集验证卫星图像云目标提取网络,获得卫星图像云目标提取结果;

初始提取网络由输入层、编码器层、解码器层、Conv2R层、平均插值处理层和输出层构成;

其中Conv2R层由二维卷积和修正线性激活函数层构成,解码器层由DecoderL块和二维上采样层构成,DecoderL块由1个连接层、2个Conv2R层和1个注意机制块构成;

编码器层包括第一编码器层、第二编码器层、第三编码器层、第四编码器层和第五编码器层;

解码器层包括第一解码器层、第二解码器层、第三解码器层和第四解码器层,第一解码器层包括1个DecoderL块和1个二维上采样层,第二解码器层包括2个DecoderL块和2个二维上采样层,第三解码器层包括3个DecoderL块和3个二维上采样层,第四解码器层包括4个DecoderL块和4个二维上采样层;

构建初始提取网络包括:

将输入层作为输入端,将输入层依次连接第一编码器层、第二编码器层、第三编码器层、第四编码器层和第五编码器层,将第五编码器层的输出端依次连接第一解码器层中二维上采样层Up11和DecoderL11块;

将第四编码器层的输出端分别连接DecoderL11块的输入端和第二解码器层中二维上采样层Up21的输入端;

将第三编码器层的输出端分别连接第二解码器层中DecoderL21块的输入端、DecoderL22块的输入端和第三解码器层中二维上采样层Up31的输入端;

将第二编码器层的输出端分别连接第三解码器层中DecoderL31块的输入端、DecoderL32块的输入端、DecoderL33块的输入端和第四解码器层中二维上采样层Up41的输入端;

将第一编码器层的输出端分别连接第四解码器层中DecoderL41块的输入端、DecoderL42块的输入端、DecoderL43块的输入端和DecoderL44块的输入端;

将DecoderL11块的输出端连接第二解码器层中二维上采样层Up22的输入端;

将二维上采样层Up21的输出端连接DecoderL21块的输入端,将二维上采样层Up22的输出端连接DecoderL22块的输入端,将DecoderL21块的输出端分别连接DecoderL22块的输入端和第三解码器层中二维上采样层Up32的输入端,将DecoderL22块的输出端连接第三解码器层中二维上采样层Up33的输入端;

将二维上采样层Up31的输出端连接DecoderL31块的输入端,将二维上采样层Up32的输出端连接DecoderL32块的输入端,将二维上采样层Up33的输出端连接DecoderL33块的输入端,将DecoderL31块的输出端分别连接DecoderL32块的输入端和第四解码器层中二维上采样层Up42的输入端,将DecoderL32块的输出端分别连接DecoderL33块的输入端和第四解码器层中二维上采样层Up43的输入端,将DecoderL33块的输出端连接第四解码器层中二维上采样层Up44的输入端;

将二维上采样层Up41的输出端连接DecoderL41块的输入端,将二维上采样层Up42的输出端连接DecoderL42块的输入端,将二维上采样层Up43的输出端连接DecoderL43块的输入端,将二维上采样层Up44的输出端连接DecoderL44块的输入端,将DecoderL41块的输出端分别连接DecoderL42块的输入端和Conv2R1层的输入端,将DecoderL42块的输出端分别连接DecoderL43块的输入端和Conv2R2层的输入端,将DecoderL43块的输出端分别连接DecoderL44块的输入端和Conv2R3层的输入端,将DecoderL44块的输出端连接Conv2R4层的输入端;

将Conv2R1层、Conv2R2层、Conv2R3层和Conv2R4层的输出端分别连接平均插值处理层的输入端,将平均插值处理层的输出端连接输出层。

2.根据权利要求1所述的卫星图像云目标提取方法,其特征在于,对云目标卫星图像数据进行预处理包括:对云目标卫星图像数据进行裁剪,将裁剪后的云目标卫星图像数据块依次进行移位、缩放、旋转、添加噪声、亮度调整、水平翻转和垂直翻转转换操作。

3.根据权利要求1所述的卫星图像云目标提取方法,其特征在于,利用训练数据集对初始提取网络进行训练包括以下步骤:S201,设置训练起始学习率、最大学习率、训练批量数及训练轮次数;

S202,采用K‑means聚类算法迭代求解,通过L2范数正则化防止网络过拟合;

S203,利用周期学习率策略更新学习率;

S204,使用梯度优化算法Adam对网络训练进行优化,优化过程中使用骰子损失Dice作为损失函数,计算公式如下:式中,D表示Dice损失值,N表示训练数据集样本数,pi表示训练数据集第i个样本提取掩膜的像素值,gi表示训练数据集第i个样本提取掩膜的真实像素值,i=1,2,3,...,N;

S205,重复步骤S202至S204,直到初始提取网络收敛,获得初始提取网络模型和权值,保存权值。