[發(fā)明專(zhuān)利]一種高光譜圖像顯著度圖構(gòu)造方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711163643.8
• 申請(qǐng)日: 2017-11-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107944456A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許毅平;田巖;王康嫚
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06K9/46
• 分類(lèi)號(hào): G06K9/46
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專(zhuān)利中心42201
• 代理人: 曹葆青,李智

1.一種高光譜圖像顯著度圖構(gòu)造方法，包括提取初級(jí)視覺(jué)光譜特征步驟、計(jì)算數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)顯著度步驟、提取目標(biāo)光譜先驗(yàn)特征步驟、計(jì)算先驗(yàn)驅(qū)動(dòng)顯著度步驟和形成綜合顯著度步驟，其特征在于：

(1)提取初級(jí)視覺(jué)光譜特征步驟：

提取高光譜圖像I的初級(jí)視覺(jué)光譜特征，高光譜圖像I的大小為M×N，波段數(shù)為L(zhǎng)；初級(jí)視覺(jué)光譜特征包括光譜能量DF₁(x，y)、光譜極值DF₂(x，y)和光譜結(jié)構(gòu)DF₃(x，y)；包括下述子步驟：

(1.1)計(jì)算光譜能量：對(duì)于高光譜圖像中的每個(gè)像元I(x，y)，其光譜能量DF₁(x，y)為像元在光譜各波段的能量總和：

其中，I_l(x，y)為像元I(x，y)在第l波段的輻射強(qiáng)度；所有像元的光譜能量構(gòu)成光譜能量圖DF₁；

(1.2)計(jì)算光譜極值：所述光譜極值DF₂(x，y)為該像元所有波段中輻射強(qiáng)度的最大值：

DF₂(x，y)＝max{I_l(x，y)，(l＝1，...，L)}；

所有像元的光譜極值構(gòu)成光譜極值圖DF₂；

(1.3)計(jì)算光譜結(jié)構(gòu)：所述光譜結(jié)構(gòu)DF₃(x，y)為一個(gè)1×L的矢量，用于描述像元在不同波段的能量分布，采用歸一化處理后，DF₃(x，y)為：

DF3(x,y)=[I1(x,y)DF2(x,y),...,IL(x,y)DF2(x,y)];]]>

所有像元的光譜結(jié)構(gòu)構(gòu)成光譜結(jié)構(gòu)圖DF₃；DF_t總稱(chēng)為特征圖，t＝1，2，3；

(2)計(jì)算數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)顯著度步驟，包括下述子步驟：

(2.1)計(jì)算像素權(quán)重：

對(duì)特征圖DF_t，計(jì)算特征圖DF_t中每個(gè)像素df(x，y)與其它像素df(p，q)間的權(quán)重w((x，y)，(p，q))：

w((x，y)，(p.q))＝d((x，y)，(p，q))·f((x，y)，(p，q))；

其中，d((x，y)，(p，q))為兩像素間的初級(jí)視覺(jué)光譜特征的差異性，采用歐氏距離來(lái)度量；

f((x，y)，(p，q))為像素間的特征差異性的距離衰減函數(shù)，表示兩個(gè)像素距離越遠(yuǎn)，受另一個(gè)像素的影響作用越小；

f((x,y),(p,q))=exp{-(x-p)2+(y-q)22α2};]]>

自由參數(shù)α為原始圖像寬度M的1/30～1/10；

(2.2)計(jì)算特征圖的全局顯著度和局部顯著度：

特征圖DF_t中當(dāng)前像素df(x，y)的全局顯著度S_t，g(x，y)為該像素和特征圖中其他所有像素權(quán)重的總和：

St,g(x,y)=Σp=1MΣq=1Nw((x,y),(p,q));]]>

特征圖DF_t中當(dāng)前像素df(x，y)的局部顯著度S_t，l(x，y)：

St,l(x,y)=1/(18Σi=18(xi-x‾)2);]]>

其中，x_i為當(dāng)前像素的8鄰域像素的像素值，為8鄰域像素的像素值均值；

(2.3)計(jì)算各特征圖的顯著度：

在獲得各特征圖每個(gè)像素的全局顯著度與局部顯著度后，再進(jìn)行顯著性融合，對(duì)于特征圖DF_t，當(dāng)前像素顯著度為：

SDFt(x,y)=St,g(x,y)·St,l(x,y);]]>

(2.4)計(jì)算數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)顯著度：

最后對(duì)各特征圖當(dāng)前像素的顯著度進(jìn)行融合，獲得當(dāng)前像素?cái)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)顯著度S_down(x，y)：

Sdown(x,y)=Σt=13SDFt(x,y);]]>

每個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)顯著度S_down(x，y)構(gòu)成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)顯著度圖S_down；

(3)提取目標(biāo)光譜先驗(yàn)特征步驟，包括下述子步驟：

(3.1)令目標(biāo)光譜為T(mén)(l)，l為波段號(hào)，l＝1，...，L。首先采用包絡(luò)線(xiàn)去除算法獲得目標(biāo)光譜的吸收谷對(duì)應(yīng)的波段號(hào)BV(j)，j＝0，...，K-1，比較各吸收谷的輻射強(qiáng)度，記輻射強(qiáng)度最小的吸收谷對(duì)應(yīng)的波段號(hào)為Bmin；j為吸收谷的序號(hào)，K為吸收谷的個(gè)數(shù)；

(3.2)然后在相鄰兩個(gè)吸收谷間尋找光譜局部極大值所在的波段號(hào)作為波峰位置BP(k)，k＝1，...，K，記輻射強(qiáng)度最大的波峰所在的波段號(hào)為Bmax；k為波峰的序號(hào)；

(3.3)計(jì)算目標(biāo)光譜先驗(yàn)吸收特征TFA(k)和目標(biāo)光譜先驗(yàn)最大峰谷比特征TFB：

TFA(k)＝T(BP(k))-min{T(BV(k-1)，T(BV(k)}，k＝1，...，K；

TFB＝T(Bmin)/T(Bmax)；

目標(biāo)光譜先驗(yàn)吸收特征和目標(biāo)光譜先驗(yàn)最大峰谷比特征構(gòu)成目標(biāo)光譜先驗(yàn)特征；

(4)計(jì)算先驗(yàn)驅(qū)動(dòng)顯著度步驟，包括下述子步驟：

(4.1)提取高光譜圖像當(dāng)前像元(x，y)在目標(biāo)光譜所有波峰位置BP(k)所對(duì)應(yīng)波段號(hào)的光譜吸收特征IFA(x，y，k)和目標(biāo)光譜最大峰谷比特征IFB(x，y)：

IFA(x,y,k)=IBP(k)(x,y)-min{IBV(k-1)(x,y),IBV(k)(x,y)}IFB(x,y)=IBmin(x,y)/IBmax(x,y);]]>

其中，I_l(x，y)為像元I(x，y)在第l波段的輻射強(qiáng)度；

(4.2)計(jì)算高光譜圖像各像素的先驗(yàn)吸收特征顯著度S_TFA(x，y，k)和先驗(yàn)最大峰谷比特征顯著度S_TFB(x，y)：

STFA(x,y,k)=exp{-(IFA(x,y,k)-TFA(k))22σ2}STFB(x,y)=exp{-(IFB(x,y)-TFB)22σ2};]]>

式中，σ為高斯參數(shù)，0.05≤σ≤0.2；

(4.3)計(jì)算先驗(yàn)驅(qū)動(dòng)顯著度：

對(duì)各像素彼此獨(dú)立的先驗(yàn)特征進(jìn)行綜合，得到各像素先驗(yàn)驅(qū)動(dòng)顯著度：

Stop(x,y)=Σk=1KSTFA(x,y,k)×STFB(x,y);]]>

各像素先驗(yàn)驅(qū)動(dòng)顯著度構(gòu)成先驗(yàn)驅(qū)動(dòng)顯著度圖S_top；

(5)計(jì)算綜合顯著度步驟：

對(duì)各像素?cái)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)顯著度和先驗(yàn)驅(qū)動(dòng)顯著度進(jìn)行融合，形成各像素綜合顯著度S_total(x，y)：

S_total(x，y)＝P(TFA(1))P(TFA(2))...P(TFA(K))P(TFB)S_downS_top；

式中P(TFA(k))，k＝1，2，...，K，分別為特征TFA(k)的概率分布；

S_total(x，y)的值越大，表示像素位置越顯著，其為目標(biāo)的可能性越大，所有像素的綜合顯著度共同構(gòu)成綜合顯著度圖S_total。

2.如權(quán)利要求1所述的高光譜圖像顯著度圖構(gòu)造方法，其特征在于：

所述子步驟(3.1)中，采用包絡(luò)線(xiàn)去除算法獲得目標(biāo)光譜吸收谷的波段位置，包括下述過(guò)程：

(A)通過(guò)求導(dǎo)，得到目標(biāo)光譜曲線(xiàn)上所有極大值點(diǎn)，然后比較大小，得到這些極大值點(diǎn)中的最大值點(diǎn)；

(B)以最大值點(diǎn)作為包絡(luò)線(xiàn)的一個(gè)端點(diǎn)，計(jì)算該端點(diǎn)與波長(zhǎng)增加方向上各極大值點(diǎn)連線(xiàn)的斜率，以斜率最大的連線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的極大值點(diǎn)作為包絡(luò)線(xiàn)的下一個(gè)端點(diǎn)；

(C)以過(guò)程(B)所得到的下一個(gè)端點(diǎn)為端點(diǎn)，重復(fù)過(guò)程(B)，直到目標(biāo)光譜曲線(xiàn)的最后一個(gè)極大值點(diǎn)；

(D)以最大值點(diǎn)作為包絡(luò)線(xiàn)的一個(gè)端點(diǎn)，向波長(zhǎng)減少的方向進(jìn)行與過(guò)程(B)、(C)相同的計(jì)算，以斜率最小的連線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的極大值點(diǎn)作為包絡(luò)線(xiàn)的下一個(gè)端點(diǎn)，直到光譜曲線(xiàn)的第一個(gè)極大值點(diǎn)；

(E)依次連接所有端點(diǎn)，形成包絡(luò)線(xiàn)；

(F)以包絡(luò)線(xiàn)上相應(yīng)波段的反射率值除以實(shí)際光譜反射率，得到歸一化后的光譜曲線(xiàn)；

(G)在歸一化后的光譜曲線(xiàn)上，對(duì)所有相鄰兩個(gè)端點(diǎn)，找出其中的極小值，極小值所對(duì)應(yīng)的波段號(hào)為目標(biāo)光譜吸收谷對(duì)應(yīng)的波段號(hào)。