[发明专利]引力模型优化条件随机场的多尺度融合图像变化检测方法

权利要求书

1.引力模型优化条件随机场的多尺度融合图像变化检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step1、将不同时期对同一目标摄取的两期高分辨率遥感影像进行预处理，预处理包括影像配准和相对辐射校正；

Step2、采用简单线性迭代聚类方法分别对两幅影像进行超像元分割，采用多分辨率分割方法分别对两幅影像进行面向对象分割，加上原始影像，共获得像元级、超像元级和对象级三个空间尺度的影像；

Step3、使用变化矢量分析法分别生成两期影像的像元级、超像元级和对象级三种空间尺度的差分影像；

Step4、对Step3中三种空间尺度的差分影像进行模糊聚类，得到三种空间尺度差分影像的模糊隶属度函数；

Step5、使用决策级融合方法融合Step4中所获取的三组模糊隶属度函数，获得初步融合结果；

Step6、利用引力模型优化的条件随机场模型优化Step5中的初步融合结果，得到最终变化检测图；

所述的Step2中将两期高分辨率遥感影像摄取时间定义为T₁时刻和T₂时刻，对应的遥感影像分别为X₁和X₂，采用简单线性迭代聚类方法对X₁和X₂进行分割，得到超像元分割图S₁和S₂，采用多分辨率分割方法对X₁和X₂进行分割，得到对象分割图O₁和O₂；

所述的Step3中，像元级，超像元级，对象级差分影像分别记为和三组差分影像的计算公式如下：

其中，表示t时刻像元级影像第b波段的第i个像元，表示t时刻超像元级影像第b波段的第i个像元，表示t时刻对象级影像第b波段的第i个像元，t＝1,2，b＝1，2，…，B，B为波段数；

所述的Step4中，对和三种空间尺度的差分影像分别进行模糊C均值聚类，得到三种空间尺度差分影像的模糊隶属度函数，得到的像元级、超像元级和对象级三种空间尺度差分影像的模糊隶属度函数分别记作和其中k∈{w_c,w_u},w_c和w_u分别表示变化类和未变化类,表示像元级影像第i个像元属于第k类的隶属度，表示超像元级影像第i个像元属于第k类的隶属度，表示对象级影像第i个像元属于第k类的隶属度；

所述的Step5中，将三种空间尺度差分影像的模糊隶属度函数视作三组证据，采用证据理论对三组证据进行决策级融合，像元级证据m₁由像元级模糊隶属度函数得到：其中k∈{w_c,w_u},w_c和w_u分别表示变化类和未变化类,表示像元级证据中第i个像元的质量函数；

超像元级证据m₂由超像元级模糊隶属度函数得到：其中表示超像元级证据中第i个像元的质量函数；

对象级证据m₃由对象级模糊隶属度函数得到：其中表示对象级证据中第i个像元的质量函数,三组证据的融合证据用m表示,在证据理论的融合框架下，第i个像元的归一化常数K_i可由下式计算得到：

融合证据m在第i个像元处关于变化类w_c的置信度可由下式计算得到：

融合证据m在第i个像元处关于未变化类w_u的置信度可由下式得到：

利用最大置信度原则获取初步融合结果，具体的，用l_i表示第i个像元在初步融合结果中的类别，l_i可通过下式得到：

w_c和w_u分别表示变化类和未变化类；

所述的Step6中，条件随机场将初步融合结果视作场模型，利用空间上下文信息对初步融合结果进行优化，具体的，引力模型优化的条件随机场通过下式(8)给出的改进能量函数来优化初步融合结果：

其中ψ₁表示一元势函数，其考虑单个像元的观测信息，ψ₂表示二元势函数，二元势函数是考虑像元与其邻域像元之间的相互关系，λ是调节ψ₁和ψ₂平衡的参数，n表示研究区的像元总数，N_i表示像元i的邻域，l_i和l_j分别表示像元i和其邻域像元j的类别标签；

所述一元势详细定义如下：

其中ψ₁(l_i)表示将像元i分配给类别w_u或w_c的惩罚系数，ln表示自然对数比算子，表示融合证据m在第i个像元处关于未变化类w_u的置信度，通过式(6)计算得到，表示融合证据m在第i个像元处关于变化类w_c的置信度，通过式(5)计算得到，l_i表示像元i的类别标签；

所述二元势函数详细定义如下：

其中ψ₂(l_i,l_j)表示像元i与其邻域像元j之间的相互作用，θ是调节s_ij与1－v_ij两项之间的平衡因子，l_i和l_j分别表示像元i和其邻域像元j的类别标签，s_ij表示经典条件随机场中的二元势函数项，通过下式计算：

其中d(i，j)表示像元i和其邻域像元j在空间域的欧氏距离，x_i表示由三组差分影像和在像元i处灰度值构成的光谱矢量，即x_i＝x_j表示由三组差分影像和在像元j处灰度值构成的光谱矢量，即||x_i-x_j||²表示矢量x_i和x_j的欧式距离的平方，运算符用于计算像元i及其所有邻域像元j的||x_i-x_j||²的平均值，v_ij表示空间引力模型，用于优化传统条件随机场的二元势函数项s_ij，通过下式定义：

其中l_i和l_j分别表示像元i和其邻域像元j的类别标签，d(i,j)表示像元i和邻域像元j在空间域的欧氏距离，表示融合证据m在第i个像元处关于未变化类w_u的置信度，通过式(6)计算得到，表示融合证据m在第i个像元处关于变化类w_c的置信度，通过式(5)计算得到，表示融合证据m在第j个像元处关于未变化类w_u的置信度，通过式(6)计算得到，表示融合证据m在第j个像元处关于变化类w_c的置信度，通过式(5)计算得到。