[發明專利]一種基于視覺關鍵詞的遙感影像語義檢索方法

有效

• 申請號: 201110054624.8
• 申請日: 2011-03-08
• 公開（公告）號: CN102073748A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 邵振峰;朱先強;劉軍
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F17/30
• 分類號: G06F17/30;G06K9/62
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術領域??

????本發明涉及圖像處理技術領域，更具體地說，涉及一種基于視覺關鍵詞的遙感影像語義檢索方法。

背景技術??

遙感影像數據應用正面臨著“數據又多又少”的矛盾。一方面，隨著航空航天及各類傳感器技術、計算機網絡技術、數據庫技術等的飛速發展，可獲取的各種遙感影像數據產品，特別是高空間分辨率遙感影像數據每天都在以驚人的速度增長；另一方面，在如此浩瀚的遙感影像數據倉庫中，人們卻普遍感覺到要想快速查找到感興趣的目標并非易事。這是由于遙感影像數據本身具有空間性、多樣性、復雜性和海量性等特點，使得目前缺乏對海量遙感影像數據的有效檢索方法，已經阻礙到遙感影像數據的應用。遙感影像的高效檢索是解決海量遙感數據和人們對遙感數據應用日益增長的需求之間的矛盾的關鍵，是目前遙感應用領域亟待解決的難題，也是學科研究的前沿。

????在遙感影像檢索研究所涉及的各項關鍵技術中，目前的研究重點主要集中在遙感影像的可視化特征（包括光譜特征、紋理特征、形狀特征及組合特征）提取及其相似性匹配算法上，其中對紋理特征的研究和應用最為廣泛和深入，目標形狀特征的描述和提取相對光譜特征、紋理特征而言是一個非常復雜的問題，至今還沒有“形狀”的確切數學定義，目前基于內容的影像檢索中，目標的形狀通常采用邊緣和區域特征來描述，但是對于目標的邊緣和區域特征描述算子及其形狀相似性匹配的研究仍不盡完善；基于目標形狀特征描述和提取的困難，盡管人們越來越認識到其在遙感影像檢索中的重要意義，但是研究成果卻十分有限。在基于組合特征的遙感影像檢索方面，主要有基于色調和紋理組合特征的檢索。數據預處理（自動分塊組織或預處理）和可視化特征相結合的算法也是以紋理特征為主。

????由于低層可視化特征不能直觀地反映影像的語義信息，在沒有專家庫或者領域知識庫的輔助下，通常都會產生“所求非所得”的檢索結果。要解決這一問題，提高檢索效率和檢索準確率，在檢索方法上必須突破對可視化特征的依賴。遙感影像高層語義特征包含了人們對影像內容的理解，基于語義的檢索方法不僅顧及顏色、紋理、形狀等視覺特征，而且注重對影像內容的語義描述，因此語義檢索比基于視覺特征的內容檢索更加充分、準確，智能性更高。然而，目前基于語義的遙感影像檢索仍停留在探索階段。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的缺點和不足，提供一種基于視覺關鍵詞的遙感影像語義檢索方法，通過符合人類視覺感知特性的影像分析方法，將復雜的遙感影像特征抽象為具有語義信息的視覺關鍵詞，通過視覺關鍵詞建立底層特征、中層對象及高層語義信息之間的關聯，提供的方法能適用于各種不同類型遙感影像檢索領域。

本發明所采用的技術方案是一種基于視覺關鍵詞的遙感影像檢索語義方法，包括以下步驟：

步驟一，設置能夠描述影像庫中影像類型的視覺關鍵詞，并從影像庫中分別選出能反映各視覺關鍵詞的若干幅影像，作為訓練影像；

步驟二，提取所有訓練影像的各類顯著視覺特征；

步驟三，對所有訓練影像，將得到的各類顯著視覺特征分別采用聚類算法進行聚類，得到與視覺關鍵詞個數相等的聚類中心，將每個聚類中心映射為一個關鍵模式；采用高斯混合模型擬合任一顯著視覺特征屬于每類視覺關鍵詞的概率密度函數，高斯混合模型參數估計來自訓練影像，擬合方法采用期望最大化估計方法，從而建立起視覺關鍵詞層次模型；

步驟四，采用與步驟二一致的方式分別提取影像庫中所有影像的各類顯著視覺特征；

步驟五，針對影像庫中的每一幅影像，由步驟三所得概率密度函數計算顯著視覺特征屬于每類視覺關鍵詞的概率，若屬于某類視覺關鍵詞的概率最大，則認為顯著視覺特征屬于該類視覺關鍵詞，從而實現顯著視覺特征到視覺關鍵詞的映射；

步驟六，針對影像庫中的每一幅影像，根據預設的設定權重參數，統計每類視覺關鍵詞在該影像中出現的頻率，進而構建描述該影像語義的視覺關鍵詞特征向量；

步驟七，采用預設的相似性度量準則，通過視覺關鍵詞特征向量計算待檢索影像與影像庫中所有影像的相似性，將檢索結果按照相似性從高到低排序并輸出。

而且，步驟二和步驟四中，提取的顯著視覺特征包括顯著點、對象驅動的主色調和紋理。

而且，提取顯著視覺特征的實現方式如下，

(1)?利用SIFT圖像局部特征描述算子提取所有訓練影像的顯著點，從而獲取影像的顯著點特征，每個顯著點用一個128維特征向量來表示；