[發(fā)明專利]基于馬爾科夫隨機場和混合核函數(shù)的遙感圖像分割方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711064587.2
• 申請日: 2017-11-02
• 公開（公告）號: CN107862701B
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發(fā)明（設計）人: 段一平;陶曉明;陸建華
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: G06T7/143
• 分類號: G06T7/143;G06T7/11
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 樓艮基

1.基于馬爾科夫隨機場和混合核函數(shù)的遙感圖像分割方法，其特征在于，是在計算機中依次按如下步驟實現(xiàn)的：

步驟(1)，輸入：具有設定空間分辨率的城區(qū)遙感SAR圖像，簡稱遙感圖像，按所述遙感圖像的區(qū)域圖，把它分為結(jié)構(gòu)區(qū)域子空間和勻質(zhì)區(qū)域子空間，所述結(jié)構(gòu)區(qū)域子空間是一種基于已經(jīng)構(gòu)造了設定幾何窗的所述遙感圖像的素描線形成的可素描區(qū)域在該遙感圖像上映射而得到的，所述勻質(zhì)區(qū)域子空間是指所述遙感圖像中的不可素描區(qū)域，

步驟(2)，計算機初始化，

設定：遙感SAR圖像的勻質(zhì)區(qū)域子空間的類標序號為r，r＝1,2,...,R，R為遙感SAR圖像中勻質(zhì)區(qū)域子空間類標總數(shù)，遙感SAR圖像的結(jié)構(gòu)區(qū)域子空間的類標序號為w，w＝1,2,...,W，W為遙感SAR圖像中結(jié)構(gòu)區(qū)域子空間類標總數(shù)，為遙感SAR圖像中每個像素預設一個類標序號，

步驟(3)，對所述的勻質(zhì)區(qū)域子空間中的所有像素采用基于高斯徑向基核函數(shù)的馬爾科夫隨機場進行分割，步驟如下：

步驟(3.1)設定：用符號y_s表示在所述勻質(zhì)區(qū)域子空間中的各像素，下標s為像素序號，s＝1,2,...,M，M是像素y_s的總個數(shù)，N_s是以y_s為中心的鄰域像素y_t的總個數(shù)，t為鄰域像素y_t的序號，t＝1,2,...,N_s，

計算：中心像素y_s和各鄰域像素y_t之間的高斯徑向基核函數(shù)：

其中，c_s＝(cx_s,cy_s)為y_s的坐標，c_t＝(cx_t,cy_t)為y_t的坐標，

k(y_s,y_t)表示y_s和y_t之間的相關(guān)性，稱為y_s和y_t之間具有各向同性的空間上下文關(guān)系，

σ₁為尺度參數(shù)，取σ₁＝3，

步驟(3.2)，設定：

中心像素y_s的類標集合為X_s，上標r為中心像素y_s的類標x_s的序號，

X_t是以中心像素y_s的類標x_s為中心的鄰域類標x_t的集合，

計算：按下式計算在鄰域內(nèi)出現(xiàn)與中心像素的類標相同的鄰域像素的類標的先驗概率

其中：為第一指示函數(shù)，

箭頭＝>表示對應關(guān)系，≠＞表示不對應，

鄰域像素的類標的先驗概率在數(shù)值上等于中心像素的類標的先驗概率

步驟(3.3)中，當勻質(zhì)區(qū)域子空間的中心像素服從Nakagami分布時，中心像素y_s的似然概率為，

其中：r＝1,2,...,R，

Γ(α_r)是Gamma函數(shù)，

μ_r為m_r為從初始化時為每個像素設定一個類標序號時統(tǒng)計得到的，m_r表示用第r個類標序號標注的像素的總個數(shù)，

α_r是遙感SAR圖像中用類標序號r標注的遙感目標的視覺顯著性的度量，是一個無量綱數(shù)值，在區(qū)間[0,1]中取值，

α_r由下式計算得到：

ψ₁(α_r)＝d(log(Γ(α_r)))/dα_r，

步驟(3.4)，根據(jù)步驟(3.2)-步驟(3.3)的結(jié)果得到某一個中心像素y_s的類標的后驗概率為：

根據(jù)最大后驗概率，得到遙感SAR圖像中勻質(zhì)區(qū)域子空間內(nèi)像素y_s的類標為：

步驟(3.5)，重復步驟(3.2)-步驟(3.4)，得到勻質(zhì)區(qū)域子空間中每一個像素的類標從而得到勻質(zhì)區(qū)域子空間的分割結(jié)果，

步驟(4)，對結(jié)構(gòu)區(qū)域子空間采用基于閾值化Ridgelet核函數(shù)的馬爾科夫隨機場進行分割，

步驟(4.1)，定義如下符號：

結(jié)構(gòu)區(qū)域子空間的像素為y_a，a＝1,2,...,n,...,Q，Q為像素y_a的總個數(shù)，V_a是以y_a為中心的鄰域像素y_b的總個數(shù)，b為鄰域像素y_b的序號，b＝1,2,...,V_a，

由于結(jié)構(gòu)區(qū)域子空間包含遙感SAR圖像中的邊界，中心像素y_a和其鄰域像素y_b具有各向異性的空間上下文關(guān)系，因而用閾值化的Ridgelet核函數(shù)h(y_a,y_b)來表示，

其中：(cx_a,cy_a)為y_a的坐標，(cx_b,cy_b)為y_b的坐標，

σ₂為尺度參數(shù)且σ₂＝1，

d是平移參數(shù)且d＝0，

θ為從遙感SAR圖像素描圖中得到的素描線段上素描點的方向，是一種方向函數(shù)，為已知值，

令

則，

步驟(4.2)，設定：

中心像素y_a對應的類標集合為X_a，其中，w＝1,2,...,W，w為中心像素y_a對應的類標x_a的序號，

中心像素y_a的鄰域像素y_b的類標x_b的集合為X_b，

計算在鄰域內(nèi)出現(xiàn)與中心像素的類標相同的鄰域像素的類標的先驗概率

其中，為第二指示函數(shù)，

箭頭＝>表示對應，≠＞表示不對應，

鄰域像素的類標的先驗概率在數(shù)值上等于中心像素的類標的先驗概率

步驟(4.3)，結(jié)構(gòu)區(qū)域子空間的像素y_a服從Nakagami分布，y_a的似然概率為：

其中：w＝1,2,...,W，

Γ(α_w)是Gamma函數(shù)，

μ_w為m_w是根據(jù)初始化時為每個像素設定的類標序號w而統(tǒng)計得到的，m_w為經(jīng)第w類類標序號標注的像素的總個數(shù)，

α_w是遙感SAR圖像中用類標序號w標注的遙感目標的視覺顯著性的度量，是一個無量綱數(shù)值，在區(qū)間[0,1]中取值，

α_w由下式計算得到：

ψ₁(α_w)＝d(log(Γ(α_w)))/dα_w，

步驟(4.4)，根據(jù)步驟(4.2)-步驟(4.3)的結(jié)果得到結(jié)構(gòu)區(qū)域子空間中像素y_a的類標的后驗概率為：

根據(jù)最大后驗概率，得到遙感SAR圖像中結(jié)構(gòu)區(qū)域子空間內(nèi)像素y_a的類標為：

步驟(4.5)，重復步驟(4.2)-步驟(4.4)，得到結(jié)構(gòu)區(qū)域子空間中每一個像素的類標從而得到結(jié)構(gòu)區(qū)域子空間的分割結(jié)果，

步驟(5)，把勻質(zhì)區(qū)域子空間的分割結(jié)果和結(jié)構(gòu)區(qū)域子空間的分割結(jié)果合并，即{x_s|s∈M}∪{x_a|a∈Q}。