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专利号: 2017106670496
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于超像素和主题模型的极化SAR图像分类方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1,输入待分类的极化SAR图像,对极化SAR图像进行精致Lee滤波处理;

步骤2,使用均匀采样的方式对所述步骤1处理后的图像进行样本点采集,得到样本点集合;

步骤3,对样本点集合提取极化SAR图像的三种类型的特征,并分别进行归一化,得到特征集合F1、F2、F3;

步骤4,对特征集合F1、F2、F3分别进行K-means聚类,形成视觉字典V1、V2、V3,并将V1、V2、3

V合并为多特征视觉字典V;

步骤5,在所述步骤1处理后的图像的基础上进行过分割,得到若干个超像素,根据多特征视觉字典V对每个超像素进行稀疏编码;

步骤6,使用主题模型对超像素的稀疏编码进行特征学习,得到高层特征,并用SVM分类法对高层特征进行分类,得到极化SAR图像的最终分类结果。

2.根据权利要求1所述的基于超像素和主题模型的极化SAR图像分类方法,其特征在于,所述步骤3的具体步骤为:步骤3.1,基于极化数据表示分别提取极化SAR图像的16维特征,并归一化得到特征集合F1;

步骤3.2,基于极化目标分解分别提取极化SAR图像的17维特征,并归一化得到特征集合F2;

步骤3.3,基于图像处理技术分别提取极化SAR图像的20维特征,并归一化得到特征集合F3。

3.根据权利要求2所述的基于超像素和主题模型的极化SAR图像分类方法,其特征在于,所述步骤3.1中,基于极化数据表示提取的极化SAR图像的16维特征具体为:a)极化散射矩阵S的6维特征:

{real(Shh),imag(Shh),real(Shv),imag(Shv),real(Svv),imag(Svv)}     (1)其中,Shh为水平接收的水平向发射极化波的回波数据、Shv为垂直接收的水平向发射极化波的回波数据、Svv为垂直接收的垂直向发射极化波的回波数据,real(·)为求实部操作,imag(·)为求虚部操作;

b)相干矩阵T的9维特征:

{T11,T22,T33,real(T12),imag(T12),real(T13),imag(T13),real(T23),imag(T23)}   (2)其中,相干矩阵T由极化散射矩阵S在Pauli基下转换得到,T11、T22、T33、T12、T13和T23为相干矩阵T中的元素;

c)SPAN图的1维特征:

2 2 2

span=|Shh|+2|Shv|+|Svv|                (3)SPAN图为极化SAR总功率图,其中,span为散射矩阵S的各元素的功率之和。

4.根据权利要求3所述的基于超像素和主题模型的极化SAR图像分类方法,其特征在于,所述步骤3.2中,基于极化目标分解提取的极化SAR图像的17维特征具体为:a)Cloude-Pottier分解得到3维特征:熵H、反熵A和平均散射角α;

熵H定义为:

其中:

其中,n为通道数,n=3;相干矩阵T分解得到多个特征值和特征向量,λi是第i个特征值,λj是第j个特征值,Pi为λi的归一化结果;

反熵A定义为:

P2为第2个特征值的归一化结果,P3为第3个特征值的归一化结果;

平均散射角α定义为:

α=P1α1+P2α2+P3α3       (7)α1为第1个特征向量中的第一个元素、α2为第2个特征向量中的第一个元素、α3为第3个特征向量中的第一个元素;

b)Freeman分解得到3维特征:表面散射功率、二次散射功率和体散射功率:Freeman分解将协方差矩阵C分解为三种散射矩阵:C=fsCS+fdCD+fvCV     (8)其中,CS、CD、CV分别为表面散射矩阵、二次散射矩阵、体散射矩阵,fs、fd、fv分别为CS、CD、CV对应的系数;

表面散射功率、二次散射功率、体散射功率分别为pS、pD、pV:其中,a为二次散射参数、b为表面散射参数;

c)Huynen分解得到9维特征:

{A0,B0,B,C,D,E,F,G,H}     (10)A0表示目标对称性,B0-B表示目标非对称性,B0+B表示目标非规则性,C表示目标线性特性,D表示局部曲率差,E表示表面扭转度,F表示目标螺旋性,G表示对称与非对称的粘合力,H表示目标方向;

Huynen分解将相干矩阵T表示为9个独立元素,9个元素表示不同的目标散射信息:其中,

d)极化参数的2维特征:

共极化比:

交叉极化比:

其中,(Svv)*为矩阵Svv的共轭转置。

5.根据权利要求4所述的基于超像素和主题模型的极化SAR图像分类方法,其特征在于,所述步骤3.3中,基于图像处理技术提取的极化SAR图像的20维特征具体为:a)基于灰度共生矩阵定义4维纹理特征:

对比度con:

能量Asm:

熵Ent:

相关性Corr:

其中,

其中,p(i,j)为像素点i和像素点j之间的灰度共生矩阵值,k为像素点的个数;

b)16维轮廓特征:

设计4个尺度N个方向的滤波器组,并将滤波器组应用在SPAN图和极化SAR图上,得到不同方向和尺度的能量值:其中,Eedge和Eline分别为边能量值和线能量值,xi为滤波器内第i个像素点的像素值,wi为第i个像素点对应的高斯核权重,m和n分别为滤波器两个不同区域的像素点的个数;在1个SPAN图和3个通道的极化SAR图上,对于4个尺度,分别选择各个方向中的最大能量值作为该尺度的能量值,得到16维轮廓能量图。

6.根据权利要求2所述的基于超像素和主题模型的极化SAR图像分类方法,其特征在于,所述步骤4的具体步骤为:步骤4.1,对所述特征集合F1进行K-means聚类,类别数定义为m类,得到m个聚类中心,将m个聚类中心作为视觉字典V1;

对所述特征集合F2进行K-means聚类,类别数定义为m类,得到m个聚类中心,将m个聚类中心作为视觉字典V2;

对所述特征集合F3进行K-means聚类,类别数定义为m类,得到m个聚类中心,将m个聚类中心作为视觉字典V3;

1 2 3

步骤4.2,合并视觉字典V、V、V,得到3m维的多特征视觉字典V。

7.根据权利要求6所述的基于超像素和主题模型的极化SAR图像分类方法,其特征在于,所述步骤5具体为:对所述步骤1处理后的图像获取SPAN图,对SPAN图进行均值漂移过分割,每个过分割区域作为一个超像素;

根据多特征视觉字典V对每个超像素进行稀疏编码,并对所有超像素的稀疏编码进行归一化处理。

8.根据权利要求7所述的基于超像素和主题模型的极化SAR图像分类方法,其特征在于,所述步骤6具体为:使用LDA模型对超像素的稀疏编码进行特征学习,先使用贝叶斯学习方法进行模型推理,再使用EM参数估计算法进行参数估计,得到主题概率,使用SVM分类法对主题概率进行分类,得到极化SAR图像的最终分类结果。