[發(fā)明專利]一種基于深度學(xué)習(xí)的高光譜遙感水深反演方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811623688.3
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109657392A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周冠華;張瀟陽;陳金勇;孫康;路志勇;楊松
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué);中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于深度學(xué)習(xí)的高光譜遙感水深反演方法，其特征在于包括步驟如下：

步驟一：按照高光譜遙感影像的相關(guān)預(yù)處理方法，對原始高光譜影像進(jìn)行輻射定標(biāo)、幾何精校正，利用FLAASH模型對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正，得到地表與水面真實(shí)反射率光譜；

步驟二：根據(jù)實(shí)測水深數(shù)據(jù)，圈定0-20米的水域范圍作為研究區(qū)域；裁剪對應(yīng)空間范圍的遙感影像；根據(jù)遙感影像空間分辨率大小以及實(shí)測水深數(shù)據(jù)點(diǎn)的密度，對遙感影像進(jìn)行空間重采樣；將遙感影像的像元和實(shí)測水深點(diǎn)位置按照真實(shí)地理坐標(biāo)進(jìn)行空間位置匹配：

abs(Pos_遙感影像-Pos_{實(shí)測數(shù)據(jù)})＜Bias_lon/lat

其中，Pos_遙感影像是遙感影像某一點(diǎn)的像元位置，Pos_{實(shí)測數(shù)據(jù)}是實(shí)測數(shù)據(jù)中與遙感影像數(shù)據(jù)對應(yīng)的某一點(diǎn)像元位置，Bias_lon/lat是遙感影像中兩個(gè)像素中心點(diǎn)經(jīng)緯度差值的一半；根據(jù)地理坐標(biāo)對遙感影像各波段反射率信息與實(shí)測水深進(jìn)行空間匹配，將波段信息與實(shí)測水深數(shù)據(jù)匹配融合，生成格式化的數(shù)據(jù)集；

步驟三：將步驟二中制作的數(shù)據(jù)集作為深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練過程的輸入；數(shù)據(jù)集中包含遙感影像中每個(gè)像素點(diǎn)的經(jīng)度坐標(biāo)、緯度坐標(biāo)、水深值、各波段的反射率；將數(shù)據(jù)集格式化為深度學(xué)習(xí)程序可直接讀取的數(shù)據(jù)，再根據(jù)深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練的常規(guī)要求，將訓(xùn)練數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)按照80％和20％的比例進(jìn)行隨機(jī)劃分；在輸入數(shù)據(jù)之前將所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行批標(biāo)準(zhǔn)化；對隱藏層數(shù)據(jù)進(jìn)行批標(biāo)準(zhǔn)化；

步驟四：搭建不同的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)對上述數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練，在由全連接層構(gòu)成的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)中選取Relu、Tanh、Sigmoid三種激活函數(shù)作為激勵(lì)，并設(shè)置整體模型的Dropout為0.5，通過阻止特征檢測器的共同作用來提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能；在1D-CNN網(wǎng)絡(luò)和2D-CNN網(wǎng)絡(luò)中，將多個(gè)譜段的光譜反射率進(jìn)行格式化處理，重構(gòu)成二維和三維的數(shù)據(jù)，利用多個(gè)譜段反射率信息充分訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)模型，搭建多個(gè)卷積層、最大池化層、Flatten層、全連接層的多層復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；整體模型采用Adam優(yōu)化算法，損失函數(shù)設(shè)定為MAPE，即平均絕對百分比誤差；根據(jù)數(shù)據(jù)集的特征設(shè)置適當(dāng)?shù)木矸e的核數(shù)及尺寸、最大池化層的尺寸、步長、卷積核卷積方式、池化層池化方式參數(shù)、批處理數(shù)量、迭代次數(shù)；為模型設(shè)置檢查點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測模型的輸出、損失函數(shù)，只保存輸出結(jié)果最佳的模型，儲存為HDF5格式文件，其中包含輸出模型的參數(shù)配置，訓(xùn)練模型的參數(shù)配置，最終模型的各項(xiàng)參數(shù)及權(quán)重，優(yōu)化器的各項(xiàng)參數(shù)及權(quán)重；

步驟五：選擇另一塊未經(jīng)訓(xùn)練水體區(qū)域的遙感影像作為驗(yàn)證數(shù)據(jù)集，首先按照步驟一、二、三的操作，生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)集，再將步驟四獲得的模型文件加載到預(yù)測模型程序中，系統(tǒng)自動(dòng)加載模型的各項(xiàng)參數(shù)與權(quán)值，將驗(yàn)證數(shù)據(jù)集中的波段反射率信息作為輸入，運(yùn)行程序即可輸出影像對應(yīng)區(qū)域的水深數(shù)值；將帶有經(jīng)緯度的真實(shí)水深、預(yù)測水深按照特定格式輸出，另外將數(shù)據(jù)的絕對誤差、平均絕對百分比誤差、平均絕對百分比誤差直方分布輸出并繪制相關(guān)圖表。