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差分信息引导的三分支洪涝水淹道路检测网络

武汉大学学报（信息科学版） 2024年第8期49卷 1456-1465页

作者：冯昊亮苏鑫朱武张双成袁强强李振洪武汉大学测绘学院湖北武汉430079 武汉大学遥感信息工程学院湖北武汉430079 长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054

洪涝灾害是一种极具破坏力的自然灾害,其产生原因主要包括强降水、风暴潮以及水坝溃堤等,当城市、乡镇等居住区域发生洪涝灾害时,洪水会直接威胁到居民的生命财产安全,同时造成陆上及地下交通瘫痪、水电运输中断等。在洪涝灾害的抢险救... 详细信息

洪涝灾害是一种极具破坏力的自然灾害,其产生原因主要包括强降水、风暴潮以及水坝溃堤等,当城市、乡镇等居住区域发生洪涝灾害时,洪水会直接威胁到居民的生命财产安全,同时造成陆上及地下交通瘫痪、水电运输中断等。在洪涝灾害的抢险救灾过程中,快速准确地对洪涝淹没道路进行识别,有利于制定合适的人员转运及物资运送路线,减少洪涝带来的后续损失。针对当前洪涝灾害场景下的道路无法实现准确自动化识别的问题,提出了一种基于差分信息引导的洪涝水淹道路检测方法,该方法采用了三支路的编码器-解码器结构,利用条带卷积提取道路特征,协调双注意力机制引导网络学习多时相差分信息,挖掘水淹道路的时相信息。该方法能有效利用灾前的历史光学遥感影像和灾中的实时光学遥感影像对受灾区域内已被水淹和未被水淹的道路进行检测,并在自建数据集上进行对比实验,所提出网络对灾前道路的识别精确率为0.8381,召回率为0.6668,对灾中道路的识别精确率为0.7966,召回率为0.6074,对受灾区域识别精确率为0.7800,召回率为0.6614。结果表明,所提出方法达成了自动化识别洪涝灾区水淹道路的目标,其识别已被水淹道路及未被水淹道路的能力可为洪涝灾害的抢险救援提供有力支持,减小洪涝灾害带来的生命及财产损失。

关键词：遥感洪涝灾害水淹道路检测深度学习

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面向遥感图像解译的增量深度学习

电子与信息学报 2024年第10期46卷 3979-4001页

作者：翁星星庞超许博文夏桂松武汉大学计算机学院武汉430072 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉430079

深度学习的发展推动了高精度遥感图像智能解译模型的涌现。然而,目前遥感智能解译模型大多基于预先定义的静态数据集独立训练,难以适应环境开放和需求动态的实际应用,严重阻碍了遥感智能解译模型的广域和长期运用。增量学习能使模型持... 详细信息

深度学习的发展推动了高精度遥感图像智能解译模型的涌现。然而,目前遥感智能解译模型大多基于预先定义的静态数据集独立训练,难以适应环境开放和需求动态的实际应用,严重阻碍了遥感智能解译模型的广域和长期运用。增量学习能使模型持续学习新知识,并保持对旧知识的记忆,近年来,被广泛应用于推动遥感智能解译模型演化、提升模型智能解译性能。该文面向多模态遥感数据、不同类型解译任务,全面调研了遥感图像智能解译增量学习方法,从遗忘问题解决思路、解译模型进化应用两个层面梳理了现有研究工作。在此基础上,从促进遥感图像解译模型进化研究的角度,展望和讨论了遥感领域增量学习的未来研究方向。

关键词：遥感图像解译深度模型增量学习模型进化

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融合注意力与序列单元的文本超分辨率

武汉大学学报（信息科学版） 2024年第7期49卷 1120-1129页

作者：韦豪东易尧华余长慧林立宇武汉大学遥感信息工程学院湖北武汉430079 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079

街景影像中的文本信息是感知与理解场景的关键线索,低分辨率街景影像文本区域细节缺乏导致文本识别准确率降低。文本超分辨率通过增强文本区域边缘及纹理细节提高文本识别准确率,提出了融合注意力与序列单元的街景影像文本超分辨率方法... 详细信息

街景影像中的文本信息是感知与理解场景的关键线索,低分辨率街景影像文本区域细节缺乏导致文本识别准确率降低。文本超分辨率通过增强文本区域边缘及纹理细节提高文本识别准确率,提出了融合注意力与序列单元的街景影像文本超分辨率方法。首先,采用混合残差注意力结构提取影像文本区域空间信息、通道信息并融合特征,序列单元通过双向门控循环结构提取影像中文本间的序列先验信息;然后利用梯度先验知识作为约束条件,重构街景影像文本区域。采用TextZoom真实场景影像及合成文本影像进行对比分析,实验结果表明,超分辨率重构的街景影像文本区域边缘清晰、纹理细节丰富,可以提高街景影像文本识别准确率。

关键词：街景影像超分辨率注意力机制序列信息梯度先验损失

融合色差梯度和颜色相关性的Bayer成像插值方法

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第6期49卷 888-898,F0002页

作者：潘俊刘宇晗郭羽萱王密武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079 武汉大学遥感信息工程学院湖北武汉430079

为减轻卫星影像数据星地传输压力,Bayer成像模式被越来越广泛地应用于遥感卫星的成像系统,由于Bayer影像中每个像素只存储一个颜色通道的信息,存在信息缺失,因此必须经过Bayer成像插值重建为全彩色影像才能用于后续应用。现有多数Bayer... 详细信息

为减轻卫星影像数据星地传输压力,Bayer成像模式被越来越广泛地应用于遥感卫星的成像系统,由于Bayer影像中每个像素只存储一个颜色通道的信息,存在信息缺失,因此必须经过Bayer成像插值重建为全彩色影像才能用于后续应用。现有多数Bayer成像插值方法存在地物边缘处细节缺失和色调偏移问题。针对上述问题,提出了一种融合色差梯度和颜色相关性的Bayer成像插值方法。首先提取原始Bayer影像的各通道间色差梯度信息,使用归一化的色差梯度函数赋予各方向色差估计值的相应权重,使插值沿着边缘方向进行,以保护地物边缘处细节信息,然后利用不同颜色通道间的相关性设置色比约束,调整局部滑动窗口内3个通道的相对比例,以改善插值结果中的色调偏移现象,使重建的全彩色影像色调真实、细节完整。通过在模拟影像和珞珈三号01星获取的真实Bayer影像上的实验对比,所提方法与对比方法相比,重建影像在地物边缘处的伪色问题有明显改善,具有最高的峰值信噪比、结构相似性指数和最低的均方误差、自然图像质量评价分数,且与参考影像相比没有空间分辨率损失。所提方法已成功应用于珞珈三号01星数据处理系统中,进行在轨和地面的Bayer成像插值处理,为珞珈三号01星数据的各项应用提供了有效保障。

关键词： Bayer影像颜色相关性色差梯度局部色比珞珈三号01星

地基GNSS-R公路边坡形变监测实验及误差分析

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武汉大学学报（信息科学版） 2024年第1期49卷 100-108页

作者：严颂华梅捷陈永谦陈璨武汉大学遥感信息工程学院湖北武汉430072 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430072

目前,使用全球卫星导航系统反射测量技术进行形变监测存在未进行真实坡面实验、未分析卫星运动影响和未探究接收天线位置偏移对形变监测结果的影响等问题。针对实际公路边坡进行形变监测,分析了卫星运动和反射信号接收天线位置偏移两种... 详细信息

目前,使用全球卫星导航系统反射测量技术进行形变监测存在未进行真实坡面实验、未分析卫星运动影响和未探究接收天线位置偏移对形变监测结果的影响等问题。针对实际公路边坡进行形变监测,分析了卫星运动和反射信号接收天线位置偏移两种因素对形变反演精度的影响,提出一种同时适用于中圆地球轨道(medium earth orbit,MEO)卫星运动和倾斜地球同步轨道(inclined geosynchronous orbit,IGSO)卫星微小位置偏差的校正方法。接收天线位置偏移情况下的形变监测实验结果表明,通过运动卫星校正,利用MEO卫星对28.0 cm和11.7 cm位移的形变反演误差分别低至1.97 cm和0.56 cm,相较于校正前误差分别减小3.03 cm和2.70 cm;通过接收天线位置偏移实验,得出当天线位置偏移镜面反射线分别处于垂直方向约±6°和水平方向约±5°范围内时,不会对形变估测与反演结果造成大的影响。

关键词：全球卫星导航系统反射测量技术形变反演相位误差补偿北斗系统

一种面向卫星在轨自主任务规划的快速精准轨道预报方法

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武汉大学学报(信息科学版) 2024年第6期49卷 879-887页

作者：王密陈俊博皮英冬仵倩玉武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室

卫星在轨自主任务规划需要高精度的轨道预报数据，计算待观测目标的可成像时间窗口、成像姿态需求，结合其他约束条件来完成任务规划过程。针对卫星星上计算资源有限的情况，为了减少轨道预报过程的资源消耗、满足自主任务规划的需求，... 详细信息

卫星在轨自主任务规划需要高精度的轨道预报数据，计算待观测目标的可成像时间窗口、成像姿态需求，结合其他约束条件来完成任务规划过程。针对卫星星上计算资源有限的情况，为了减少轨道预报过程的资源消耗、满足自主任务规划的需求，提出一种在长周期的轨道预报中预报精度高、资源消耗少的轨道预报方法。基于两行根数（two-line element, TLE）及简化普适摄动模型，以多条轨道数据作为输入，迭代计算生成TLE，完成轨道预报，并计算轨道预报误差和模拟观测目标的成像参数初值误差，进行定量评价。实验结果表明，所提方法仅需少量输入数据即可完成72 h的轨道预报，预报精度优于4 km，平均耗时12.76 s，在长周期的轨道预报中预报精度高、运行速度快；使用轨道预报数据计算模拟观测目标的开始成像时间误差优于0.2 s，三轴方向上的成像姿态初值误差均优于0.03°，小于智能遥感卫星珞珈三号01星相机成像过程姿态指向精度指标。所提方法预报精度高，需求的时空资源少，对于星上在轨自主任务规划具有重要意义。

关键词：在轨自主任务规划轨道预报权重定义与调整两行根数成像参数初值

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双边加权组稀疏残差约束的面阵卫星影像去噪

武汉大学学报（信息科学版） 2024年第6期49卷 935-944页

作者：万天真潘俊王密武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079

传统的组稀疏表示模型受到噪声的影响可能无法准确估计每个影像组的稀疏性,从而导致对理想影像的复原失真。提出了双边加权的组稀疏残差约束模型,引入组稀疏残差约束,首先利用稀疏编码系数的非局部自相似性获得理想影像的组稀疏系数估计... 详细信息

传统的组稀疏表示模型受到噪声的影响可能无法准确估计每个影像组的稀疏性,从而导致对理想影像的复原失真。提出了双边加权的组稀疏残差约束模型,引入组稀疏残差约束,首先利用稀疏编码系数的非局部自相似性获得理想影像的组稀疏系数估计,然后约束对应退化影像的组稀疏系数来逼近这一估计。由于面阵卫星影像噪声较为复杂,用简单加性高斯白噪声难以精确建模,将两个权重矩阵分别引入组稀疏残差约束的数据保真项和正则化项中,以表征影像和噪声的统计特性。使用模拟数据和珞珈三号01星获取的真实影像进行实验,在模拟实验中,双边加权组稀疏残差约束模型在去除加性高斯白噪声和空间异质噪声方面表现优于其他对比方法。在真实影像实验中,使用该模型去噪后的影像熵值相较于三维块匹配滤波方法、多波段加权核范数最小化方法、非局部中心化稀疏表示方法、低秩化组稀疏表示方法和三边加权稀疏编码方法,分别提升了2.03%、1.18%、1.26%、1.24%和2.10%。结果表明,双边加权组稀疏残差约束模型在保留影像边缘细节和消除真实影像噪声方面优于对比方法。

关键词：面阵卫星影像影像去噪组稀疏表示组稀疏残差约束非局部自相似性

基于遥感影像的大当量爆炸建筑物毁伤评估模型

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爆炸与冲击 2024年第3期44卷 78-87页

作者：李珩马国锐刘宇迪张海明武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079

为了研究大当量爆炸建筑物毁伤评估问题,基于遥感影像解译和大数据分析构建了大当量爆炸建筑物毁伤评估模型。首先,基于大当量爆炸的具体历史案例构建了毁伤数据集,具体指基于遥感影像提取建筑物毁伤信息,辅助大数据信息补充毁伤细节,... 详细信息

为了研究大当量爆炸建筑物毁伤评估问题,基于遥感影像解译和大数据分析构建了大当量爆炸建筑物毁伤评估模型。首先,基于大当量爆炸的具体历史案例构建了毁伤数据集,具体指基于遥感影像提取建筑物毁伤信息,辅助大数据信息补充毁伤细节,利用地理信息系统空间分析数字化毁伤信息,构成毁伤数据集。然后,基于毁伤数据集中的训练样本修正经验模型参数,构建了适用于大当量爆炸的针对不同类型建筑物的毁伤评估模型,并基于毁伤数据集中的验证样本测试了模型性能。实验证明:所构建模型拟合优度高于96%,检验样本准确度高于84%,整体误差在可接受范围内。所构建模型在一定精度要求下可为大当量爆炸事故评估提供参考。

关键词：大当量爆炸遥感影像毁伤评估大数据分析建筑物

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基于双路细节关注网络的遥感影像建筑物提取

武汉大学学报（信息科学版） 2024年第3期49卷 376-388页

作者：张卓尔潘俊舒奇迪武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079

房屋等建筑物的分布情况是衡量地区发展的重要指标,利用遥感影像实现建筑物的自动高精度提取在指导城乡规划和市镇建设等方面具有重要意义。已有方法大多忽略了像素数较少的小面积建筑和边缘等细节信息的处理,针对此问题,提出了一种双... 详细信息

房屋等建筑物的分布情况是衡量地区发展的重要指标,利用遥感影像实现建筑物的自动高精度提取在指导城乡规划和市镇建设等方面具有重要意义。已有方法大多忽略了像素数较少的小面积建筑和边缘等细节信息的处理,针对此问题,提出了一种双路细节关注网络,将语义特征与细节关注特征双路并行优化,进一步提高了遥感影像中建筑物的提取精度。所提方法首先使用双路特征提取模块获取语义特征与细节关注特征,并在解码过程中进行双向优化,增强语义特征细节的同时提高细节关注特征的连续性与类别准确性,然后对二者进行融合,结合细节关注损失的监督,实现建筑物的高精度提取。在WHU建筑物数据集、ISPRS Vaihingen数据集与某地区国产高分数据集上,将所提方法与多种主流方法进行了对比验证,所提方法的F1分数和交并比均高于对比方法,且提取的建筑物完整性更好,小面积建筑漏检、误检率更低。

关键词：遥感影像建筑物提取全卷积神经网络深度学习特征优化