一种新的结合非下采样Contourlet域融合和参数化内核图割的SAR图像无监督水灾变化检测

目的：基于非下采样Contourlet变换(NSCT)融合策略可以有效地抑制背景信息增强变化区域的信息。但是融合后图像具有复杂的统计特征,传统的基于统计特征的变化检测难以实现。基于参数化内核图割的遥感图像分割不受统计特征的限制。为此提出了一种基于NSCT融合和参数化内核图割的SAR图像无监督水灾变化检测新算法。方法：将均值比差异图像和对数比差异图像采用基于NSCT的融合算法进行融合,将融合后的差异图像采用参数化内核图割算法进行前景/背景的分割,得到最终的变化检测结果。结果：融合后的差异图像利用前两种差异图像的互补信息提高了变化检测精度。算法不受统计模型限制,不需要先验知识,适用性强。结论：实验结果表明,本文算法的检测精度优于传统的变化检测方法。     

结合深度学习和超像元的高分遥感影像变化检测

目的 随着遥感影像空间分辨率的提升,相同地物的空间纹理表现形式差异变大,地物特征更加复杂多样,传统的变化检测方法已很难满足需求。为提高高分辨率遥感影像的变化检测精度,尤其对相同地物中纹理差异较大的区域做出有效判别,提出结合深度学习和超像元分割的高分辨率遥感影像变化检测方法。方法 将有限带标签数据分割成切片作训练样本,按照样本形式设计一个多切片尺度特征融合网络并对其训练,获得测试图像的初步变化检测结果;利用超像元分割算法将测试图像分割成许多无重叠的同质性区域,并将分割结果与前述检测结果叠合,得到带分割标记的变化检测结果;用举手表决算法统计带分割标记的变化检测结果中超像元的变化状况,得到最终变化检测结果。结果 在变化检测实验结果中,本文提出的多切片尺度特征融合卷积网络模型在广东数据集和香港数据集上,优于单一切片尺度下卷积神经网络模型,并且结合超像元的多切片尺度特征融合卷积网络模型得到的Kappa系数分别达到80%和82%,比相应的非超像元算法分别提高了6%和8%,在两个测试集上表现均优于长短时记忆网络、深度置信网络等对比算法。结论 本文提出的卷积神经网络变化检测方法可以充分学习切片的空间信息和其他有效特征,避免过拟合现象;多层尺度切片特征融合的方法优于单一切片尺度训练神经网络的方法;结合深度学习和超像元分割算法,检测单元实现了由切片到超像元的转变,能对同物异谱的区域做出有效判决,有利于提升变化检测精度。     

可见光与红外图像区域级反馈融合算法

目的 可见光图像具有丰富的纹理信息,红外图像具有较强的目标指示信息,进行融合时只有合理地设计融合规则才能充分利用两者的互补信息,为此,提出一种基于效果评估的可见光与红外图像区域级反馈融合算法.方法 首先对待融合图像进行非下采样轮廓波变换(NSCT),将其分解为低频和高频部分.同时采用分形特征对红外图像进行人造目标增强,通过阈值分割得到目标区域与背景区域.在设计低频融合规则时,选取目标区域与背景区域的加权融合系数作为参数,根据图像融合效果评估的量化指标,运用遗传算法进行参数的优化求解.对高频部分采用基于区域的加权平均融合规则.最后,利用优化后的融合系数进行NSCT逆变换得到融合图像.结果 采用3组图像,结合主观评价和客观评价指标对4种融合算法的结果进行了比较分析,实验结果表明,本文算法融合后图像更自然,目标更显著,客观评价结果总体上最优.结论 本文算法有效结合了红外图像的目标信息与可见光图像的背景信息,融合图像具有更强的对比度,有利于进行战场态势显示和目标识别任务.     

模糊熵的区域合并和图割的快速矿岩分割

目的 针对现有区域合并和图割的结合算法没有考虑矿岩图像模糊特性,导致分割精度和运行效率较低,模糊边缘无法有效分割的问题,利用快速递推计算的最大模糊2-划熵信息设置以区域为顶点的图割模型似然能来解决。方法 首先利用双边滤波器和分水岭算法对矿岩图像进行预处理,并将其划分为若干一致性较好的区域;然后利用图像在计算最大模糊2-划分熵时,目标和背景的模糊隶属度函数来设计图割能量函数似然能,使得能量函数更接近模糊图像的真实情况,期间为了提高最大模糊2-划分熵值的搜索效率,提出了时间复杂度为O（n²）的递推算法将模糊熵的计算转化为递推过程,并保留不重复的递推结果用于后续的穷举搜索;最后利用设计的图割算法对区域进行标号,以完成分割。结果 本文算法的分割精度较其他区域合并和图割结合算法提高了约23%,分割后矿岩颗粒个数的统计结果相对于人工统计结果,其误差率约为2%,运行时间较其他算法缩短了约60%。结论 本文算法确保精度同时,有效提高矿岩图像的分割效率,为自动化矿岩图像高效分割的工程实践提供重要指导依据。     

结合结构相似度的自适应多尺度SAR图像变化检测

目的 结合高斯核函数特有的性质,提出一种基于结构相似度的自适应多尺度SAR图像变化检测算法。方法 本文提出的算法包括差异图像获取、高斯多尺度分解、基于结构相似性的最优尺度选择、特征矢量构造以及模糊C均值分类。首先,通过对多时相SAR图像进行对数比运算获取差异图像,然后,利用基于图像的结构相似度估计高斯多尺度变换的最优尺度,继而在该最优尺度参数下逐像素构建变化检测特征矢量,最后通过模糊C均值聚类方法实现变化像素与未变化像素的分离,生成最终的变化检测结果图。结果 在两组真实的SAR图像数据上测试本文算法,正确检测率分别达到0.9952和0.9623,Kappa系数分别为0.8200和0.8540,相比传统算法有了较大的提高。结论 本文算法充分利用了尺度信息,对噪声的鲁棒性有所提高。实测SAR数据的实验结果表明,本文算法可以智能获取最优分解尺度,显著提高了SAR图像变化检测性能。     

基于超像素的多主体图像交互分割

目的 为解决多主体图像的交互分割问题,在保证分割效果的前提上,提高分割的效率,达到实时交互修改分割结果的目的, 提出基于超像素的图像多主体交互分割算法.方法 基于图像的超像素构造一个多层流网络,利用用户交互绘制的简单笔画给出多主体分割的指导信息.流网络的边权值保证利用图割算法将图像分割成多个部分后,每个部分代表图像的一个主体.允许用户交互给出标记,实时修改分割结果,直到得到满意的多主体分割.结果 通过实验显示,本文方法能得到的满意多主体分割结果,而且时间效率较高.对分辨率为449×275的图像,算法能在1 s内给出结果,满足实时修改的要求.结论 基于超像素建立的图规模较小,能大大减少图割算法的运行时间,达到用户实时交互添加新笔画信息,交互地修正分割结果的目的.利用超像素的边界信息,用户只需输入比较简单的笔画信息,分割算法就能得到正确的多主体分割结果.     

自适应PCNN和改进C-V结合的遥感图像变化检测

为获取保留图像信息较完好的差异图并得到更好的变化检测结果,提出一种基于自适应脉冲耦合神经网络（PC‐NN）和改进Chan‐Vese （C‐V）模型的非监督的不同时相遥感图像的变化检测算法。用差值法、比值法对两幅遥感图像进行差异图获取;用自适应PCNN图像融合算法对两幅差异图进行融合,获取保留图像信息较好的差异图;用基于改进C‐V模型的分割算法对融合后的差异图进行分割,得到变化检测结果图。实验结果表明,该算法具有很好的变化检测效果,总检测精度较高。     

模糊相关图割的非监督层次化彩色图像分割

目的 基于阈值的分割方法能根据像素的信息将图像划分为同类的区域,其中常用的最大模糊相关分割方法,因能利用模糊相关度量划分的适当性,得到较好的分割结果,而广受关注。然而该算法存在划分数需预先确定,阈值的分割结果存在孤立噪声,无法对彩色图像实施分割的问题。为此,提出基于模糊相关图割的非监督层次化分割策略来解决该问题。方法 算法首先将图像划分为若干超像素,以提高层次化图像分割的效率;随后将快速模糊相关算法与图割结合,构成模糊相关图割2-划分算子,在确保分割效率的基础上,解决单一阈值分割存在孤立噪声的问题;最后设计了自顶向下层次化分割策略,利用构建的2-划分算子选择合适的区域及通道,迭代地对超像素实施层次化分割,直到算法收敛,划分数自动确定。结果 对Berkeley分割数据库上300幅图像进行了测试,结果表明算法能有效分割彩色图像,分割精度优于Ncut、JSEG方法,运行时间较这两种方法也提高了近20%。结论 本文算法为最大模糊相关算法在非监督彩色图像分割领域的应用提供指导依据,能用于目标检测和识别领域。     

结合上下文编码与特征融合的SAR图像分割

目的 图像分割的中心任务是寻找更强大的特征表示,而合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像中斑点噪声阻碍特征提取。为加强对SAR图像特征的提取以及对特征充分利用,提出一种改进的全卷积分割网络。方法 该网络遵循编码器—解码器结构,主要包括上下文编码模块和特征融合模块两部分。上下文编码模块(contextual encoder module,CEM)通过捕获局部上下文和通道上下文信息增强对图像的特征提取;特征融合模块(feature fusion module,FFM)提取高层特征中的全局上下文信息,将其嵌入低层特征,然后将增强的低层特征并入解码网络,提升特征图分辨率恢复的准确性。结果 在两幅真实SAR图像上,采用5种基于全卷积神经网络的分割算法作为对比,并对CEM与CEM-FFM分别进行实验。结果<显示,该网络分割结果的总体精度(overall accuracy,OA)、平均精度(average accuracy,AA)与Kappa系数比5种先进算法均有显著提升。其中,网络在OA上表现最好,CEM在两幅SAR图像上OA分别为91.082%和90.903%,较对比算法中性能最优者分别提高了0.948%和0.941%,证实了CEM的有效性。而CEM-FFM在CEM基础上又将结果分别提高了2.149%和2.390%,验证了FFM的有效性。结论 本文提出的分割网络较其他方法对图像具有更强大的特征提取能力,且能更好地将低层特征中的空间信息与高层特征中的语义信息融合为一体,使得网络对特征的表征能力更强、图像分割结果更准确。     

DeepLabv3plus-IRCNet：小目标特征提取的图像语义分割

目的 为了解决经典卷积神经网络无法满足图像中极小目标特征提取的准确性需求问题,本文基于DeepLabv3plus算法,在下采样过程中引入特征图切分模块,提出了DeepLabv3plus-IRCNet（IR为倒置残差（inverted residual,C为特征图切分（feature map cut））图像语义分割方法,支撑图像极小目标的特征提取。方法 采用由普通卷积层和多个使用深度可分离卷积的倒置残差模块串联组成的深度卷积神经网络提取特征,当特征图分辨率降低到输入图像的1/16时,引入特征图切分模块,将各个切分特征图分别放大,通过参数共享的方式提取特征。然后,将每个输出的特征图进行对应位置拼接,与解码阶段放大到相同尺寸的特征图进行融合,提高模型对小目标物体特征的提取能力。结果 本文方法引入特征图切分模块,提高了模型对小目标物体的关注,充分考虑了图像上下文信息,对多个尺度下的各个中间层特征进行融合,提高了图像分割精度。为验证方法的有效性,使用CamVid（Cambridge-driving labeled video database）数据集对提出的方法进行验证,平均交并比（mean intersection over union,mIoU）相对于DeepLabv3plus模型有所提升。验证结果表明了本文方法的有效性。结论 本文方法充分考虑了图像分割中小目标物体的关注度,提出的DeepLabv3plus-IRCNet模型提升了图像分割精度。     

基于NSCT和分数阶微分的多聚焦图像融合方法

为了增加图像的细节信息,提出了一种基于NSCT和分数阶微分的多聚焦图像融合方法。首先采用NSCT将源图像分解为低频子带和高频子带,低频融合规则以基于局部对比度的变化显著度最大为决策图,高频融合规则以基于分数阶微分算法的梯度最大为决策图。最后通过逆NSCT得到融合图像。通过对比多组融合图像主、客观评价结果表明,该方法能有效保留边缘信息。     

结合NSCT和压缩感知的红外与可见光图像融合

目的 红外成像传感器只敏感于目标场景的辐射,对热目标的探测性能较好,但其对场景的成像清晰度低;可见光图像只敏感于目标场景的反射,场景图像较为清晰,但目标不易被清晰观察.因而将两者图像进行融合,生成具有较好目标指示特性和可见光图像的清晰场景信息,有利于提高目标识别的准确性和降低高分辨图像传感器研究的技术难度.方法 结合非下采样contourlet变换 (NSCT)和压缩感知的优点,研究一种新的红外与可见光图像融合方法.首先对两源图像进行NSCT变换,得到一个低频子带和多个不同方向、尺度的高频子带.然后对两低频子带采用压缩感知理论获得测量向量,利用方差最大的方法对测量向量进行融合,再进行稀疏重建;高频子带采用区域能量最大的方法进行融合.最后利用NSCT逆变换获得融合图像.结果 为了验证本文方法的有效性,与其他几种方法相比较,并利用主观和客观的方法对融合结果进行评价.提出的新方法融合结果的熵、空间频率、方差明显优于其他几种方法,运行时间居中.主观上可以看出,融合结果在较好地显示目标的基础上,能够较为清晰地保留场景图像的信息.结论 实验结果表明,该方法具有较好的目标检测能力,并且方法简单,具有较强的适应性,可应用于航空、遥感图像、目标识别等诸多领域.     

差异特征融合的无监督SAR图像变化检测

针对Siamese网络忽略不同层级差异特征之间的关联导致检测精度有限的问题,提出了基于差异特征融合的无监督SAR(synthetic aperture radar)图像变化检测算法。首先,利用对数比值算子和均值比值算子构建两幅信息互补的差异图,通过引入能量矩阵对差异图进行像素级融合以提高其信噪比;其次,设计了一种基于差异特征融合的Siamese网络(difference feature fusion for Siamese,DFF-Siamese),该网络能够通过差异特征提取模块在决策层综合衡量不同层级特征之间的差异程度,从而有效增强网络的特征表达能力;最后,利用模糊聚类算法对融合结果进行分类构建“伪标签”,用于训练DFF-Siamese网络以实现高精度SAR图像变化检测。在3组真实遥感数据集上的实验结果表明,本文提出的算法与其他对比算法相比具有更高的检测精度和更低的错误率。     

红外与可见光视频序列融合算法研究

提出了一种基于动态目标区域检测的红外与可见光图像视频序列融合方法;应用改进的混合帧差法对红外图像序列中的目标区域进行检测,并采用一种新的基于非下采样Contourlet变换的图像融合规则,对红外与可见光图像中的目标区域进行融合,并将融合后的目标区域与已配准的可见光图像的背景相结合得到最终的融合图像;实验结果表明相对于其他传统的方法,新算法所得图像的信息熵、标准差和互信息值最大,融合效果要优于其他算法;不仅具有良好的红外图像的目标特征,同时也保留了可见光图像的细节信息,并具有平移不变性以及良好的实时性。     

Unsupervised change detection in SAR images using curvelet and L1-norm based soft segmentation

In this article, we propose a novel unsupervised change detection method for synthetic aperture radar (SAR) images. First, we generate a difference image as a weighted average of a log-ratio image and a mean-ratio image, which has the advantage of enhancing the information of changed regions and restraining the information of unchanged background regions simultaneously. Second, we propose a variational soft segmentation model based on non-differentiable curvelet regularization and L1-norm fidelity. Numerically, by using the split Bregman technique for curvelet regularization term and reformulating the L1-norm fidelity as weighted L2-norm fidelity, we get an effective algorithm in which each sub-problem has a closed-form solution. The numerical experiments and comparisons with several existing methods show that the proposed method is promising, with not only high robustness to non-Gaussian noise or outliers but also high change detection accuracy. Moreover, the proposed method is good at detecting fine-structured change areas. Especially, it outperforms other methods in preserving edge continuity and detecting curve-shaped changed areas.     

改进NSCT和IHS变换相结合的遥感影像融合

目的 目的为了增强多光谱和全色影像融合质量,提出基于脉冲耦合神经网络（PCNN）的非下采样Contoulet变换（NSCT）和IHS变换相结合的融合方法。方法 先对多光谱图像进行IHS变换提取亮度I分量,采用主成分分析增强I分量得到新的I⁺分量;然后通过NSCT变换分别对I⁺分量和全色图像进行分解,并采用边缘梯度信息激励的PCNN得到融合图像的低频和高频分量;最后进行NSCT逆变换、IHS逆变换得到融合图像。结果 利用资源一号02C卫星数据进行实验,结果表明该算法在保留光谱信息的同时提高了图像空间分辨率,获得了较好的融合效果。结论 结合NSCT和IHS变换的融合方法在视觉效果和客观评价指标上都优于常用的图像融合方法。     

多方向Laplacian能量和与tetrolet变换的图像融合

目的 红外与可见光图像融合算法大部分可以达到认知场景的目的,但是无法对场景中的细节特征进行更加细致的刻画。为进一步提高场景辨识度,提出一种基于tetrolet变换的多尺度几何变换图像融合算法。方法 首先,将红外与可见光图像映射到tetrolet变换域,并将二者分解为低频系数和高频系数。然后,对低频系数,将区域能量理论与传统的加权法相结合,利用区域能量的多变性和区域像素的相关性,自适应地选择加权系数进行融合;对高频系数,利用改进的多方向拉普拉斯算子方法计算拉普拉斯能量和,再引入区域平滑度为阈值设定高频系数融合规则。最后,将融合所得新的低频和高频系数进行图像重建得到融合结果。结果 在kaptein、street和road等3组红外与可见光图像上,与轮廓波变换（contourlet transformation,CL）、离散小波变换（discrete wavelet transformation,DWT）和非下采样轮廓波变换（nonsubsampled contourlet transformation,NSCT）等3种方法的融合结果进行比较,主观评判上,本文算法融合结果在背景、目标物以及细节体现方面均优于其他3种方法;客观指标上,本文算法相较于其他3种方法,运行时间较NSCT方法提升了0.37 s,平均梯度（average gradient,AvG）值和空间频率（spatial frequency,SF）值均有大幅提高,提高幅度最大为5.42和2.75,峰值信噪比（peak signal to noise ratio,PSNR）值、信息熵（information entropy,IE）值和结构相似性（structural similarity index,SSIM）值分别提高0.25、0.12和0.19。结论 本文提出的红外与可见光图像融合算法改善了融合图像的细节刻画,使观察者对场景的理解能力有所提升。     

采用目标提取和NSCT的红外与可见光图像融合

针对目前红外图像和可见光图像融合中,融合图像信息量不足的问题,将目标提取和NSCT方法相结合,对其中的高频目标区域提出了基于局部信息熵的融合规则。将其与小波变换法、拉普拉斯法、NSCT法、提升方向波变换法作比较,并通过熵、标准差、相关系数等参数对融合后的图像进行定量分析。实验结果表明,该方法不但较好地提高了融合图像信息量,而且能够更加有效、准确地提取源图像中的特征,在主观视觉效果与客观评价指标上均取得了较好的融合效果。