一种AlexNet和SVM相结合的卫星遥感影像土地利用变化检测方法与流程

文档序号:21084507发布日期:2020-06-12 16:48阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种alexnet和svm相结合的卫星遥感影像土地利用变化检测方法,其特征在于包括以下步骤:

步骤1,构建深度卷积神经网络alexnet模型;

步骤2,在alexnet模型的基础上,利用卷积神经网络alexnet进行深层特征提取,然后利用支持向量机svm进行分类;

步骤3,在上述分类的基础上,通过影像配准和差值计算,实现土地利用变化检测方法。

2.根据权利要求1一种alexnet和svm相结合的卫星遥感影像土地利用变化检测方法,其特征在于:所述步骤1,构建深度卷积神经网络alexnet模型中,alexnet是一种典型的深度卷积神经网络模型,该结构为8层卷积神经网络,包括5个卷积层和3个全连接层,且网络前端为输入图像的原始像素,最后端为图像的分类结果。

3.根据权利要求2一种alexnet和svm相结合的卫星遥感影像土地利用变化检测方法,其特征在于:在图像分类过程中,该模型包括卷积conv、池pool、规范化norm操作和dropout策略,包括以下步骤:

以卷积神经网络的输入为原始图像p,用fi表示第i层的特征图,fi=p为输入层,f1-f5为5个卷积层,f6=fc6,f7=fc7,最后一层为输出层;

步骤1.1,假设fi(1≤i≤5)表示卷积层,fi的生成过程可以表示如下:

式中,wi表示第i层卷积核的权向量,bi表示第i层的偏移向量,通过卷积核对第i-1层特征图的卷积运算。最后利用非线性激活函数f得到第i层的特征图fi,alexnet模型用relu激活函数代替传统的sigmoid和tanh函数作为神经元的非线性激活函数;

步骤1.2,relu激活函数的数学表达式如下:

f(x)=max(0,x)

式中,x是前一层卷积运算的结果;非线性映射是通过relu激活函数来实现的,与传统的sigmoid激活函数相比,relu激活函数克服了sigmoid激活函数的梯度饱和问题,在反向传播计算过程中,缓解了梯度弥散问题,进而加快了模型的收敛速度;

步骤1.3,pool表示池化操作:

池化层之后通常是卷积层,特征映射根据一定的下采样规则进行下采样;池化可以对特征图降维,并在一定程度上保持特征的尺度不变性,同时可以防止过度拟合。如果fi是池化层,那么池化的操作如下:

fi=subsampling(fi-1)

式中,subsampling是下采样函数,包括最大池化、平均池化或随机池化;alexnet仅在模型的conv1、conv2和conv5的3个卷积层后进行最大值池化;

步骤1.4,norm表示局部响应的规范化:

alexnet所采用的局部响应的规范化本质上是一个平滑的操作,即:

式中,表示输入的(x,y)位置做第i次卷积,并通过relu元素的结果;n表示在同一位置的第i次前后附近的n次卷积,n是总卷积次数;k,α,β是预设的超级参数,式中k=2,n=5,α=10-4,β=0.75;即原始激活除一个归一化权重(分母部分)生成了新的激活这相当于在相同位置(x,y)的不同特征映射上平滑激活;

步骤1.5,dropout策略,以50%的概率将每个隐藏层的输出设置为0,并且不再在前向或后向过程中起任何作用;

步骤1.6,softmax分类器,在神经网络的输出层经常使用softmax函数,它将神经元的输出转化为概率的形式,从而确定分类类别;softmax的公式如下:

式中,k为最后一层神经元数,即分类类别数;xj为第i类神经元数的预测结果;引入softmax的结果是取每个xj取指数变成非负,然后除以所有项的和并将其归一化;现在每个σi都可以解释为输入数据属于i类的概率。

4.根据权利要求1一种alexnet和svm相结合的卫星遥感影像土地利用变化检测方法,其特征在于:所述步骤2主要包括以下四个阶段:

(1)遥感图像预处理阶段,首先对原始图像进行主成分分析pca变换,实现数据压缩和降维,并将前三个主分量作为输入图像进行特征提取,将预先训练好的alexnet网络模型作为特征提取器,要求输入图像为3个波段;

(2)深层特征提取阶段,将以待分类像素为中心的邻域插值到224×224像素,采用最近邻插值方法,保留遥感影像的光谱信息;归一化过程是从插值的邻域图像中减去训练样本集的平均图像,然后将其输入到预训练的alexnet中,提取卷积层或全连接层的深度特征;对于邻域信息不完整的边缘像素,复制并填充邻域信息,得到完整的邻域信息;

(3)分类阶段,该阶段包括训练部分和分类部分,所述训练部分将从训练样本提取的深层特征送入svm分类器中,对svm分类器进行训练,得到训练好的svm分类器;所述分类部分将待分类像元的深度特征输入到训练好的svm分类器中进行分类,将分类结果的类别标签赋给中心像元,依次遍历整个影像完成土地利用分类;svm的分类算法取自libsvm工具箱,核函数为线性核函数,参数选取采用最常用的网格选取方式寻找最优解;

(4)变化检测阶段,通过影像配准和差值计算,实现土地利用变化检测。


技术总结
本发明公开了一种AlexNet和SVM相结合的卫星遥感影像土地利用变化检测方法,基于卷积神经网络的强特征学习能力和特征表示能力,利用2013‑2017年共5期江西省南昌地区的GF‑1号卫星遥感影像,利用卷积神经网络AlexNet进行深层特征提取,然后利用支持向量机SVM进行分类,最后进行分类图配准和差值计算实现土地利用变化检测。与传统的基于光谱特征和光谱纹理特征的土地利用变化检测方法相比,检测精度更好,泛化能力强。

技术研发人员:付青;罗文浪;郭晨
受保护的技术使用者:井冈山大学
技术研发日:2020.01.16
技术公布日:2020.06.12
当前第2页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1