[發(fā)明專利]一種基于地下水衛(wèi)星圖像超分辨率的空間降尺度方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011594643.5
• 申請(qǐng)日: 2020-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN112907441B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李軍;何鴻杰;馬凌飛;李海峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中央財(cái)經(jīng)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T3/40
• 分類號(hào): G06T3/40
• 代理公司: 北京市誠(chéng)輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 范盈

本申請(qǐng)屬于數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于地下水衛(wèi)星圖像超分辨率的空間降尺度方法。對(duì)于陸地水儲(chǔ)量變化數(shù)據(jù)，即使將其空間分辨率放大四倍，數(shù)據(jù)的空間分辨率依舊很低，遠(yuǎn)不能達(dá)到水文研究對(duì)數(shù)據(jù)空間分辨率的要求。本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于基于地下水衛(wèi)星圖像超分辨率的空間降尺度方法，所述方法包括如下步驟：1)構(gòu)造數(shù)據(jù)對(duì)，所述數(shù)據(jù)對(duì)為高空間分辨率?偽高空間分辨率；2)構(gòu)造偽高空間分辨率數(shù)據(jù)集；3)采用所述數(shù)據(jù)對(duì)訓(xùn)練超分辨率模型；4)將所述數(shù)據(jù)集輸入所述訓(xùn)練好的超分辨率模型，得到高空間分辨率數(shù)據(jù)集。所述方法可以在保證數(shù)據(jù)精度的同時(shí)，獲得更大倍率的空間降尺度結(jié)果。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于地下水衛(wèi)星圖像超分辨率的空間降尺度方法。

背景技術(shù)

陸地水儲(chǔ)量包含地表水，土壤水，地下水，以及植物和有機(jī)質(zhì)中的水。陸地水儲(chǔ)量的每一組分的變化，都會(huì)導(dǎo)致陸地水儲(chǔ)量總量的變化，進(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力、氣候變化和水資源的管理政策。因此，獲取高空間分辨率的陸地水儲(chǔ)量變化數(shù)據(jù)至關(guān)重要。已有的實(shí)地測(cè)量方法能夠測(cè)得陸地水儲(chǔ)量的各個(gè)組分，從而測(cè)算出高空間分辨率的陸地水儲(chǔ)量及其變化。然而，實(shí)地測(cè)量非常繁瑣，且效率非常低。與實(shí)地觀測(cè)方法相比，衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，如Gravity?Recovery?and?Climate?Experiment(GRACE)，能夠快速高效地獲取大范圍內(nèi)的陸地水儲(chǔ)量變化測(cè)量數(shù)據(jù)，然而由于較低的空間分辨率，衛(wèi)星數(shù)據(jù)難以滿足小區(qū)域內(nèi)水文研究對(duì)數(shù)據(jù)空間分辨率的要求。因此，近年來(lái)陸地水儲(chǔ)量變化數(shù)據(jù)降尺度方法的研究得到了廣泛的關(guān)注。降尺度方法可以被分為基于模型的降尺度方法和基于統(tǒng)計(jì)的降尺度方法。前者需要大量的計(jì)算資源和專家知識(shí)，而后者是在歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立高空間分辨率數(shù)據(jù)和低空間分辨率數(shù)據(jù)之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，進(jìn)而完成數(shù)據(jù)的降尺度。由于基于統(tǒng)計(jì)的降尺度方法更容易實(shí)現(xiàn)，這一類方法被廣泛應(yīng)用于陸地水儲(chǔ)量變化數(shù)據(jù)的降尺度研究。

鑒于機(jī)器學(xué)習(xí)方法在各學(xué)科領(lǐng)域的出色表現(xiàn)，機(jī)器學(xué)習(xí)方法近來(lái)逐漸成為陸地水儲(chǔ)量數(shù)據(jù)降尺度方法研究中的主流方法。如隨機(jī)森林等的機(jī)器學(xué)習(xí)方法在實(shí)際的應(yīng)用中展現(xiàn)出出色的性能，然而這些方法仍然需要學(xué)者們基于自身的專業(yè)知識(shí)手動(dòng)選擇有效的特征用于數(shù)據(jù)降尺度。不同于傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，深度學(xué)習(xí)方法可以從數(shù)據(jù)中發(fā)掘出輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，進(jìn)而自動(dòng)化的完成整個(gè)處理過(guò)程。此外，基于卷積的運(yùn)算大大縮減了模型的參數(shù)量，以及學(xué)習(xí)參數(shù)所需的計(jì)算資源。因此，基于卷積運(yùn)算和深度學(xué)習(xí)的圖像超分辨率技術(shù)正在取代傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，成為提升圖像分辨率的最先進(jìn)技術(shù)。

在計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域，圖像超分辨率技術(shù)發(fā)展迅速，但是在幾乎所有研究中，圖像數(shù)據(jù)的空間分辨率僅僅被發(fā)大了2～4倍。對(duì)于陸地水儲(chǔ)量變化數(shù)據(jù)，即使將其空間分辨率放大四倍，數(shù)據(jù)的空間分辨率依舊很低，遠(yuǎn)不能達(dá)到水文研究對(duì)數(shù)據(jù)空間分辨率的要求。

發(fā)明內(nèi)容

1.要解決的技術(shù)問(wèn)題

鑒于計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域常規(guī)方法的上采樣倍率限制，常規(guī)的圖像超分辨率方法并不適用于水文數(shù)據(jù)降尺度。為解決這一問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于地下水衛(wèi)星圖像超分辨率的空間降尺度方法。

2.技術(shù)方案

為了達(dá)到上述的目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于地下水衛(wèi)星圖像超分辨率的空間降尺度方法，所述方法包括如下步驟：1)構(gòu)造數(shù)據(jù)對(duì)，所述數(shù)據(jù)對(duì)為高空間分辨率-偽高空間分辨率；

2)構(gòu)造偽高空間分辨率數(shù)據(jù)集；3)采用所述數(shù)據(jù)對(duì)訓(xùn)練超分辨率模型；4)將所述數(shù)據(jù)集輸入所述訓(xùn)練好的超分辨率模型，得到高空間分辨率數(shù)據(jù)集。

本申請(qǐng)?zhí)峁┑牧硪环N實(shí)施方式為，所述步驟1)采用雙三次插值方法，基于高空間分辨率數(shù)據(jù)，構(gòu)造用于訓(xùn)練所述超分辨率模型的高空間分辨率-偽高空間分辨率數(shù)據(jù)對(duì)。

本申請(qǐng)?zhí)峁┑牧硪环N實(shí)施方式為，所述步驟1)采用雙三次插值方法降低所述高空間分辨率數(shù)據(jù)的空間分辨率，同時(shí)采用雙三次插值方法提升所述高空間分辨率數(shù)據(jù)空間分辨率得到偽高空間分辨率數(shù)據(jù)，構(gòu)建高空間分辨率-偽高空間分辨率數(shù)據(jù)對(duì)；將所述數(shù)據(jù)對(duì)切分為小塊。