[发明专利]一种基于残差金字塔网络的遥感影像水体自动提取方法

说明书

本发明是一种基于残差金字塔网络的遥感影像水体自动提取方法，方法包含五个步骤：步骤一：准备训练样本集；步骤二：进行样本扩充；步骤三：构造带权重损失函数；步骤四：构建残差金字塔网络；步骤五：训练残差金字塔网络；步骤六：提取影像水体。本发明克服了现有技术的不足，很好地解决了遥感影像水体提取现有方法的不足，自动化程度、水体检测精度、模型普适性均较高，能够大幅度降低人工成本，因此该方法可以应用于河湖库的检测、调查与监管中，具有广阔的应用前景和价值。

技术领域

本发明涉及一种遥感影像水体自动提取方法，属于多光谱遥感影像计算机解译领域。

背景技术

遥感技术兴起于20世纪60年代，目前遥感技术已广泛应用气象、海洋、农业、国土、水利、测绘、环保等行业。与传统监测方法相比，遥感技术具有时效性、广泛性、客观性、经济性等诸多独特优势。

我国遥感卫星技术起步较晚，1975年发射的第一颗遥感卫星初步解决了国家调查急需卫星遥感源的问题；但是我国遥感卫星技术发展迅速，目前，我国已发射的系列卫星包括风云(FY)系列、中巴地球资源(CBERS)系列、环境(HJ)系列卫星、资源(ZY)系列卫星、遥感系列卫星、高分(GF)系列卫星等，也已建成了对气象、陆地、海洋的观测系统。遥感卫星通过实时对地成像观测，为气候预测、环境监测与保护、国土资源勘查、路网设计、农作物估产、防灾减灾等提供了海量的数据支持。

水不仅是地理环境的重要组成部分，而且还蕴藏着丰富的自然资源。受自然环境及人类活动的影响，水体在面积、形态、走势等方面时刻发生着变化；而其情况的变化也会对局部的生态气候及人类的生产生活活动产生直接影响。迅速、科学、实时的监测河流水体，掌握水体变化，对区域自然环境的管理和可持续发展具有重要意义。并且水体数据能为洪涝灾害监测评估、水污染监测、土地覆被制图、数字流域构建以及水资源调查等工作提供重要信息。然而，由于我国幅员辽阔，地形地貌复杂，勘测工作难以深入到崇山峻岭、内陆高寒、人迹罕至之处，且人工野外测量耗时较长、工作量大、效率较低；使得测量结果覆盖面较窄、时效性较差、精度难以保证。而遥感技术能够便捷快速地获得大面积、多时相的地面数据，因此利用遥感技术进行水体提取与更新已势在必行。

发明内容

本发明所解决的技术问题是：提供一个基于残差金字塔网络的遥感影像水体自动提取方法。针对水体的特性，构建了一个残差金字塔神经网络，并辅以样本扩充、样本均衡的方法，自动化提取遥感影像中的水体区域。

本发明所采用的技术解决方案是：一种基于残差金字塔网络的遥感影像水体自动提取方法，步骤如下：

步骤(1)：准备训练样本数据集；

步骤(2)：进行样本扩充操作；

步骤(3)：构造用于保障样本均衡的带权重损失函数；

步骤(4)：构建用于遥感影像水体自动提取的残差金字塔网络；

步骤(5)：根据步骤(2)中扩充后的训练样本训练残差金字塔网络，并记录训练完成后的网络参数；

步骤(6)：根据步骤(5)训练好的残差金字塔网络对测试影像进行水体提取。

训练样本数据为遥感卫星相机采集到的多光谱与全色融合后影像，包含红、绿、蓝、红外四个波段；将多光谱全色融合后影像及对应的标签影像分割制作成500×500的影像块，形成训练样本数据集。

所述步骤(2)中采用Gamma变换、饱和度变换、对比度变换和旋转的方式对影像进行处理，实现对样本的扩充。

所述步骤(3)具体为：

带权重的损失函数