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专利号: 2020106468877
申请人: 金陵科技学院
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.基于雷达图像和相似度权重的路面目标识别方法,具体步骤如下,其特征在于,步骤1:获取实验数据:使用合成孔径雷达检测系统监测路面目标得到路面目标SAR图像x;

步骤2:设计CNNs模型:模型主要由1个输入层、2个卷积层、2个下采样层、全连接层和输出层组成;

步骤2中CNNs模型组成如下:

卷积层+采样层的结构用来提取SAR图像的图像特征,全连接层用于对图像特征的细化提取,对图像细化提取之后在Softmax层中完成输入和输出之间的映射;

步骤3:CNNs模型预训练:将步骤1中的SAR图像数据分为训练样本和测试样本,将一组含有标签的路面目标SAR图像作为CNNs的训练数据,训练CNNs模型;

步骤3中训练CNNs模型如下:

步骤3.1:设计第一层CNNs网络模型的卷积层和采样层;

h×w×c

步骤3.1.1:将多通道的输入图像x∈R 通过输入层输入到卷积层,其中h是图像高度,w是图像宽度,c是图像通道数,使用卷积层提取图片特征,将输入图像与一组卷积核进行卷积操作其中,c'是卷积核的数量,bk'是偏置项,Wijdk'是权重系数,i'、j'和k'分别是是卷积后输出图像的高度、宽度和通道数;卷积核在输入图像中按照宽度和高度的方向依次扫描像素点,获得图像中不同位置的激活值,得到二维的图像特征yi'j'k';

式1中的f(·)是CNNs卷积网络的非线性激活函数tanh函数,其表达式为:使用非线性激活函数在隐含层传递参数时,可解决线性函数拟合能力差的问题;

步骤3.1.2:下采样层实现特征降维:实际的路面目标SAR图像有着平移敏感性和姿态敏感性问题,即当图像中的目标发生了位移,将会影响SAR图像分类精度;为了消除图像的平移敏感性和姿态敏感性问题,得到包含更多有用信息特征,通过步骤3.1.1得到二维图像后,使用下采样层的max pooling降低特征维度hm和wm分别是下采样窗口的高度和宽度,i'、j'和k分别是是下采样后输出图像的高度、宽度和通道数,y是经过卷积得到的图像特征;

步骤3.2:设计第二层CNNs网络模型的卷积层和采样层;将第一个卷积层和采样层的输出作为第二层卷积层和采样层的输入,算法与步骤3.1相同;

步骤3.3:训练CNNs网络模型;

步骤3.3.1:设置CNNs网络模型的损失函数,将交叉熵函数作为损失函数,用来描述模型预测值和真实值之间的差距:(i) (i)

式中,J(θ)是损失值,x 是路面目标SAR图像样本,y ∈{1,2,...,n}是样本标签,n是路面目标样本的类别总数, 是第j类样本的网络输出指数,l{·}是判断类别输出函数,若类别输出为真,函数值为1,若为假,函数值为0,λL(w)是正则化项,λ是正则化系数,使用正则化可抑制模型的过拟合问题;

步骤3.4:检查训练后的网络是否满足条件,若满足训练条件,CNNs网络训练结束;若未满足条件,则继续下一步;

步骤3.5:更新CNNs网络阈值和偏置,损失函数的偏导数可表示为:(l) (l+1) (l)

其中,a 是CNNs网络第l层的输出,δ 是第l+1层输出误差,w 是第l层网络的阈值,(l)b 是第l层网络的偏置,J(w,b)是损失函数;设置学习率后更新阈值和偏置:是更新后的阈值, 是更新后的偏置;

步骤4:提取待测图像特征,将待测样本图像输入到已经训练完成的CNNs模型中,提取能够去除SAR图像平移敏感性和姿态敏感性的图像特征;

步骤5:计算图像特征的相似度权重,根据训练图像样本类别,计算CNNs网络模型输出特征与样本类别的相似度权重;

步骤5中计算特征相似度权重如下:

其中,Mj(C)代表的是C类样本特征集的第j个最近邻样本特征;p(C)表示第C类样本特征的概率;Class(R)表示样本R所属的类别;diff(A,R1,R2)表示样本R1和样本R2在特征A上的差,其计算公式为:步骤6:通过计算被测样本各个特征与训练样本各个特征之间的距离,得到各个特征的分类结果,并结合相似度权重输出分类结果;

步骤6中分类结果计算如下:

各个特征输出类别的后验概率结合相似度权重后,组合成后验概率矩阵P(A):n为路面目标的类别种类,m为提取特征的维数,对于矩阵元素pij(A),表示第i个特征对于未知类别路面目标属于第j类的概率;

最后取后验概率矩阵的矩阵元素pij(A)第i行中最大值所在的列序号作为未知类别路面目标的类别,即: