[發明專利]一種基于殘差金字塔網絡的遙感影像水體自動提取方法

有效

• 申請號: 201911248364.0
• 申請日: 2019-12-09
• 公開（公告）號: CN111178149B
• 公開（公告）日: 2023-09-29
• 發明（設計）人: 喻文勇;賈祎琳;王海波;齊建超;曹瓊;馬若琳
• 申請（專利權）人: 中國四維測繪技術有限公司
• 主分類號: G06V20/13
• 分類號: G06V20/13;G06V10/143;G06V10/774;G06V10/56;G06V10/82;G06N3/0464
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

本發明是一種基于殘差金字塔網絡的遙感影像水體自動提取方法，方法包含五個步驟：步驟一：準備訓練樣本集；步驟二：進行樣本擴充；步驟三：構造帶權重損失函數；步驟四：構建殘差金字塔網絡；步驟五：訓練殘差金字塔網絡；步驟六：提取影像水體。本發明克服了現有技術的不足，很好地解決了遙感影像水體提取現有方法的不足，自動化程度、水體檢測精度、模型普適性均較高，能夠大幅度降低人工成本，因此該方法可以應用于河湖庫的檢測、調查與監管中，具有廣闊的應用前景和價值。

技術領域

本發明涉及一種遙感影像水體自動提取方法，屬于多光譜遙感影像計算機解譯領域。

背景技術

遙感技術興起于20世紀60年代，目前遙感技術已廣泛應用氣象、海洋、農業、國土、水利、測繪、環保等行業。與傳統監測方法相比，遙感技術具有時效性、廣泛性、客觀性、經濟性等諸多獨特優勢。

我國遙感衛星技術起步較晚，1975年發射的第一顆遙感衛星初步解決了國家調查急需衛星遙感源的問題；但是我國遙感衛星技術發展迅速，目前，我國已發射的系列衛星包括風云(FY)系列、中巴地球資源(CBERS)系列、環境(HJ)系列衛星、資源(ZY)系列衛星、遙感系列衛星、高分(GF)系列衛星等，也已建成了對氣象、陸地、海洋的觀測系統。遙感衛星通過實時對地成像觀測，為氣候預測、環境監測與保護、國土資源勘查、路網設計、農作物估產、防災減災等提供了海量的數據支持。

水不僅是地理環境的重要組成部分，而且還蘊藏著豐富的自然資源。受自然環境及人類活動的影響，水體在面積、形態、走勢等方面時刻發生著變化；而其情況的變化也會對局部的生態氣候及人類的生產生活活動產生直接影響。迅速、科學、實時的監測河流水體，掌握水體變化，對區域自然環境的管理和可持續發展具有重要意義。并且水體數據能為洪澇災害監測評估、水污染監測、土地覆被制圖、數字流域構建以及水資源調查等工作提供重要信息。然而，由于我國幅員遼闊，地形地貌復雜，勘測工作難以深入到崇山峻嶺、內陸高寒、人跡罕至之處，且人工野外測量耗時較長、工作量大、效率較低；使得測量結果覆蓋面較窄、時效性較差、精度難以保證。而遙感技術能夠便捷快速地獲得大面積、多時相的地面數據，因此利用遙感技術進行水體提取與更新已勢在必行。

發明內容

本發明所解決的技術問題是：提供一個基于殘差金字塔網絡的遙感影像水體自動提取方法。針對水體的特性，構建了一個殘差金字塔神經網絡，并輔以樣本擴充、樣本均衡的方法，自動化提取遙感影像中的水體區域。

本發明所采用的技術解決方案是：一種基于殘差金字塔網絡的遙感影像水體自動提取方法，步驟如下：

步驟(1)：準備訓練樣本數據集；

步驟(2)：進行樣本擴充操作；

步驟(3)：構造用于保障樣本均衡的帶權重損失函數；

步驟(4)：構建用于遙感影像水體自動提取的殘差金字塔網絡；

步驟(5)：根據步驟(2)中擴充后的訓練樣本訓練殘差金字塔網絡，并記錄訓練完成后的網絡參數；

步驟(6)：根據步驟(5)訓練好的殘差金字塔網絡對測試影像進行水體提取。

訓練樣本數據為遙感衛星相機采集到的多光譜與全色融合后影像，包含紅、綠、藍、紅外四個波段；將多光譜全色融合后影像及對應的標簽影像分割制作成500×500的影像塊，形成訓練樣本數據集。

所述步驟(2)中采用Gamma變換、飽和度變換、對比度變換和旋轉的方式對影像進行處理，實現對樣本的擴充。

所述步驟(3)具體為：

帶權重的損失函數