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为了解决目前主流的显著性检测算法在复杂多目标遥感图像中检测能力不足的问题, 提出一种基于超像素区域相似性度量的显著目标提取算法。该算法利用简单线性迭代聚类方法对原始图像进行超像素分割, 通过基于图论的视觉显著性方法检测出显著超像素, 并对其修正得到显著目标提取的训练样本, 进一步逐层计算全体超像素区域与显著超像素区域的相似性并转化为超像素区域的隶属度值, 最后实现对整幅超像素图像的显著目标提取。实验结果表明, 该算法具有较高的准确率和召回率, 能更加有效地检测出遥感图像中的显著目标, 提取效果优于主流的显著性检测算法, 还可以有效应用于复杂多目标的遥感图像显著目标信息提取中。
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激光与光电子学进展
中国激光
杂志社
一种超像素区域相似性度量的遥感信息提取算法
闫
琦
,
,
李
慧
,
荆 林 海
,
唐 韵 玮
,
丁 海 峰
中国科学院遥感与数字地球研究所数字地球重点实验室
北京
中国科学院大学
北京
摘要
为了解决目前主流的显著性检测算法在复杂多目标遥感图像中检测能力不足的 问 题
提出 一 种基于 超 像素
区域相似性度量的显著目标提取算法
该算法利用简单线性迭代聚类方法对原始图 像 进行超 像 素分割
通过 基 于
图论的视觉显著性方法检测出显著超像素
并对其修 正 得 到 显 著 目 标 提 取 的 训 练 样 本
进 一 步 逐 层 计 算 全 体 超 像
素区域与显著超像素区域的相似性并转 化 为 超 像 素 区 域 的 隶 属 度 值
最 后 实 现 对 整 幅 超 像 素 图 像 的 显 著 目 标 提
取
实验结果表明
该算法具有较高的准确率和召回率
能更加有效地检测出遥 感 图像中 的 显著目 标
提取 效 果优
于主流的显著性检测算法
还可以有效应用于复杂多目标的遥感图像显著目标信息提取中
关键词
图像处理
遥感信息提取
简单线性迭代聚类超像素分 割
图 论 的 视 觉 显 著 性 检 测
训 练 样 本
区 域 相
似性度量
中图分类 号
文献标识 码
doi
:
/
AnExtractionAl
g
orithmofRemoteSensin
g
InformationBasedon
Similarit
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MeasurementforSu
p
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Ke
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Laborator
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Sciences
Bei
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Sciences
Bei
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China
Abstract
Ke
y
words
OCIScodes
收稿日期
收到修改 稿日期
基金项目
国家
计划
国家自然 科学基 金
国家 科 技支撑 计 划
中
国地质调查局项目
中国科学院遥感与数字地球研究所所长青年基金
高分辨率对地观 测 系
统重大专项
民用部分
作者简介
闫
琦
男
硕士研究生
主要从事高分辨率遥感图像处理方面的研究
导师简介
荆林海
男
博士
研究员
主要从事遥感数字图象 处 理
图 像 融 合
树 冠 提 取
图 像 分 割
及 遥 感 地 质
等方面的研究
通信联系人
激光与光电子学进展
引
言
快速
准确地提取出遥感影像上最显著的目标信息
是遥感大数据应用中最为核心的研究领域
也是 将
遥感数据转化为行业应用的迫切需求
遥感信息提取技术正逐步从以人机交互目视判读为主向半自动
自动化的业务化方向发展
随着图像处理技术的不断发展和成熟
遥感信息的自动化和智能化提取已成
为当前遥感图像处理中主要的研究方向
近年来
显著性检测
超像素分割
图像区域相似性度量
等方法已被广泛应用于模式识别领域
并
且在自然图像处理中取得了很好的应用效果
图像显著性检测主要基于视觉注意力选择
通过 对输 入的
原始图像进行显著性检测得到显著图
显著图中像元的
值表 示该 像元 的显 著性 大小
显著 性较 大的
图像区域称为图像的显著区域
是视觉注意的焦点
也是图像信息提取的首要关注区域
目前已有多种较成
熟的显著性检测算法
包括基于纯生物模型的方法
如选 择性 注意
算法
基于 纯数 学计 算的 方法
如
全分辨率
算法
以及频域调整
算法
融合生物模型和数学计算的方法
如基于图论的视觉显著
性
算法
而超像素分割多用于图像预处理阶段
根据 图像 中各 个像 元之 间的 相似 性程 度将 相似
度较高的邻域像元进行合并
得到一系 列超 像素
超像 素分 割可 以降 低图 像处 理的 复杂 度
加快 图像 处
理速度
是面向对象图像处理的常用手 段 之一
代表性 的 算法主 要 有归一 化 切割算 法
分水岭 算 法
算法
简单的线性迭代聚类
算法
等
图像区域相似性度量指对不同的图像区域间
的相似性程度做综合计算
指导后续基于区域的图像分割
匹配
检索以及目标提取等
应用 较多 的图
像区域相似性度量方法主要为几何相似性度量
相关性度量和概率度量等
其中最常见的是几何相似性
度量法
几何相似性度量以空间向量模型
为基 础
将图 像区 域特 征视 为向 量空 间中 的点
通过 计算 两点
间的距离来衡量区域间的相似程度
常见 的图 像区 域几 何相 似性 度量 方法 主要 有欧 氏距 离
马氏 距离
明氏距离
中心距等
一般地
图像区域相似性度量是针对标准图像区域和待检测图像区域进行的
通过计算区域间的相似性
对其做出一定的判识
标准图像区域一般为用户感兴趣的区域或特定的目标区域
通常 由用 户指 定或 依据
某种规则得到
待检测图像常利用图像分割将原始影像分割成若干个区域
后续处理基于区域或对象进行
国内外学者基于图像区域相似性度量的研究多见于图像匹配和检索中
段汕 等
对图 像相 似性 度量 方法
进行研究
引入了图像的标准化比较空间
提出基于距离测度
相关系数及复合投影的相似性度量方法
胡玉
玺等
以综合区域匹配算法为图像相似性度量标准
对遥 感图 像数 据库 城市 区域 进行 检索
其精 度满 足用
户需求
张敏等
提出一种半监督学习的图像 检索 方法
其中 确定 查询 图像 与所 有图 像间 的相 似性 是该 方
法的关键
等
针对大规模图像检索中图像相似性精确计算的耗时问题
提出聚合局部特征描述
子及距离因子来评估每幅检测图像的相似性程度
实现对大规模图像库的模糊快速检索
并具有一定的有效
性
在整体相似度计算的基础上对图像 子块 重新 计算 相似 度矩 阵从 而对 子块 进行 识别
是一 种 较为有
效的图像检索方法
上述方法均是利用相似性度量对特定区域的图像实现匹配或 检索
因此 得到 标准 化的
图像区域和采用合适的相似性度量手段是这些方法的关键
基于此
针对遥感图像中显著性较高的次生地质灾害体
如震后滑坡
泥石流等
本文 提出 一种 基于 超
像素区域相似性度量的目标提取算法
该算法首先利用
方法对原始遥感影像进行分割得到一系列超
像素
即作为相似性检测的样本
再利用
方法得到显著性较高的超像素即显著超像素
并对其进行修
正即可作为相似性检测的标准化图像区域
训练样本
最后通过构造超像素与训练样本 的一 组特 征向 量对
其进行层次化分解计算其相似性
逐层次对非显著目标进行剔除
实现对遥感影像显著目标的快速提取
该
算法在图像区域相似性度量这一核心思想下
充分结合了
显著性检测和
超像素分割
实现了一
种基于超像素的遥感图像显著目标的快速提取
实验结果表明
该算法得到的显著目标更加完整
形状保持
更好
准确率和召回率更高
在一定程度上弥补了现有显著性检测算法对复杂多 目标 遥感 图像 显著 目标 检
测能力不足
克服了其容易受到图像噪声干扰等缺陷
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