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专利号: 2019106095243
申请人: 中国地质大学(武汉)
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:

1.一种基于词汇树检索的无人机影像匹配对选择方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、利用随机采样策略,从输入的无人机影像数据集中采样得到一个给定数量比例p的影像子集;其中,对于采样得到的影像子集,利用尺度不变特征变换SIFT算法提取所述影像子集中每张影像的SIFT特征点;

S2、将每张影像的SIFT特征点进行统计,构建一个关于提取得到的所有SIFT特征点的初始特征集合,在所述初始特征集合中,根据每个特征点的尺度大小,将所有SIFT特征点进行从大到小的排序;其中,在排序后的集合中,选择前h个特征点,构建一个关于所述前h个特征点的特征子集;

S3、基于步骤S2得到的特征子集,采用分层K均值聚类算法,构建用于无人机影像检索的词汇树;

S4、通过步骤S3构建的词汇树,对影像子集中每张影像进行索引,针对每张影像,计算其与数据集中其他影像之间的相似性值,基于索引结果以及影像相似性值的空间分布特性,通过自适应阈值算法进行无人机影像匹配对选择,具体步骤包括:S41、对于一张影像i,利用该影像的词汇向量vd,计算影像i与数据集中其他影像之间的相似性值,根据得到的相似性值,对所述数据集中影像进行从大到小的排序;然后,将排序后的结果进行幂函数拟合,具体拟合公式如下:b

y=a*x;

其中,参数a和b是幂函数系数;x和y分别是影像编号和相似性值;

S42、针对影像i,对步骤S41中计算得到的影像i与数据集中其他影像之间的相似性值,进行相似性值的均值μ和标准差σ的统计;其中,将统计得到的均值μ和标准差σ带入到预定义的截断函数中:y=μ+k*σ;

其中,k为调节系数;

S43、联立所述拟合公式和截断函数,得到一个影像编号值x,将所述影像编号值x作为* *临界值x ,将所述临界值x作为影像i需选择的影像匹配对数量,即在对所述数据集中影像*按相似性值进行从大到小的排序集合中,保留所述排序集合中前x个相似影像作为当前查询影像的匹配对;

S44、返回到步骤S41‑S43,完成对数据集中每张影像进行匹配对选择。

2.根据权利要求1所述的无人机影像匹配对选择方法,其特征在于,步骤S3中,采用分层K均值聚类算法构建词汇树的具体操作为:首先利用K‑means++算法确定K个初始聚类中心;其次,针对每个特征点,基于所述K个初始聚类中心,搜索与其空间距离最近的聚类中心,并将特征点与最近聚类中心之间的距离作为最近距离测度,这样,基于每个特征点的最近距离测度将步骤S2构建的特征子集划分为K个子集,其中,将所述K个子集作为词汇树的第一层;最后,基于所述K个初始聚类中心,对划分得到的每个子集进行迭代的聚类操作,直到词汇树的层数或者叶子节点达到给定的阈值。

3.根据权利要求2所述的无人机影像匹配对选择方法,其特征在于,所述词汇树包含了V个词汇,步骤S4中利用所述词汇树对影像子集中每张影像进行索引的具体操作为:对于所有特征子集中的每个特征点,从词汇树中搜索与每个特征点距离最近的词汇,记录每个词汇在影像中出现的频数即词频,将所述无人机影像数据集中的每张影像表示为由词频所组成的V维特征向量。

4.根据权利要求3所述的无人机影像匹配对选择方法,其特征在于,将每张影像表示为词汇向量vd=(t1,...,ti,...,tV),其中,所述词汇向量vd中的每个组成元素ti,按照词频‑逆文档频率算法进行加权得到,具体的计算公式为:其中,nid表示词汇i在影像d中出现的频数;nd表示影像d包含的总词汇数;Ni是包含词汇i的影像数;N表示影像的总数。

5.一种基于词汇树检索的无人机影像匹配对选择系统,其特征在于,包括以下模块:特征提取模块,用于利用随机采样策略,从输入的无人机影像数据集中采样得到一个给定数量比例p的影像子集;其中,对于采样得到的影像子集,利用尺度不变特征变换SIFT算法提取所述影像子集中每张影像的SIFT特征点;

特征子集构建模块,用于针对所述影像子集中的每张影像,构建一个关于提取得到的所有SIFT特征点的初始特征集合,在所述初始特征集合中,根据每个特征点的尺度大小,将所有SIFT特征点进行从大到小的排序;其中,在排序后的集合中,选择前h个特征点,构建一个关于所述h个特征点的特征子集;

词汇树构建模块,用于对于特征子集构建模块得到的特征子集,采用分层K均值聚类算法,构建用于无人机影像检索的词汇树;

无人机影像匹配对选择模块,用于通过词汇树构建模块构建的词汇树,对影像子集中每张影像进行索引,针对每张影像,计算其与数据集中其他影像之间的相似性值;基于索引结果以及影像相似性值的空间分布特性,通过自适应阈值算法进行无人机影像匹配对选择;

无人机影像匹配对选择模块中,还包括以下子模块:

幂函数拟合子模块,用于计算影像i与数据集中其他影像之间的相似性值,根据得到的相似性值,对所述数据集中影像进行从大到小的排序;然后,将排序后的结果进行幂函数拟合,具体拟合公式如下:b

y=a*x;

其中,参数a和b是幂函数系数;x和y分别是影像编号和相似性值;

截断函数计算子模块,用于对幂函数拟合子模块中计算得到的影像i与数据集中其他影像之间的相似性值,进行相似性值的均值μ和标准差σ的统计;其中,将统计得到的均值μ和标准差σ带入到预定义的截断函数:y=μ+k*σ;

其中,k为调节系数;

影像匹配对子模块,用于联立所述拟合公式和截断函数,得到一个影像编号值x,将所* *述影像编号值x作为临界值x ,将所述临界值x作为影像i需选择的影像匹配对数量,即在对*所述数据集中影像按相似性值进行从大到小的排序集合中,保留所述排序集合中前x个相似影像作为当前查询影像的匹配对。

6.根据权利要求5所述的无人机影像匹配对选择系统,其特征在于,词汇树构建模块中还包括索引子模块,所述索引子模块用于对特征子集中的每个特征点,从词汇树中搜索与每个特征点距离最近的词汇,记录每个词汇在影像中出现的频数即词频,将所述无人机影像数据集中的每张影像表示为由词频所组成的V维特征向量。