一种基于LDA的高分辨率遥感影像检索方法.pdf

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1、第31卷第8期长江科学院院报Vo1．31No．82014年8月JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstituteAug．2014DOI：10．3969／j．issn．1001—5485．2014．08．019一种基于LDA的高分辨率遥感影像检索方法沈盛或，刘哲。张平仓，张彤，吴华意，陈小平(1．长江科学院水土保持研究所，武汉430010；2．长江水利委员会网络与信息中心，武汉4300103．武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，武汉430079)摘要：传统遥感影像检索存在时间和人工成本高、内容信息描述太粗略等问题，更未充分考虑语义信息，难以

2、应对高分辨率遥感影像的海量地物类型及其复杂关系。借鉴信息检索的思想，引入计算机视觉领域的视觉特征和自然语言处理领域的概率主题模型，提出了一种基于LDA(LatentDirichletAllocation)的高分辨率遥感影像检索方法通过一组多主题个数的高分辨率遥感影像检索实验证明，该方法在主题个数较少时，能达到较好的检索效果，较高的查准率，而且在主题个数继续增加时，能使查准率保持在0．9左右。关键词：LDA；高分辨率遥感影像；遥感影像检索；视觉特征中图分类号：P237文献标志码：A文章编号：1001—5485(2014)05—0098—051研究背景2LDA模型随着航空航天和传感器技术的高

3、速发展，高分在自然语言处理领域中，有2个经典问题：一义辨率遥感影像的数量正呈现几何级数增长。但实际多词(synonymy)和一词多义(polysemy)问题。为上，在这个遥感数据泛滥的时代，多源海量遥感数据了解决这2个问题，研究者们先后提出了潜在语义的利用率极其低下，从中获得并使用的信息更分析(LatentSemanticAnalysis，LSA)』、概率潜在语少¨。美国议会曾指责NASA：“迄今积累的遥感数义分析(ProbabilisticLatentSematicAnalysis，PL．据，有95％就从来没有人看过”。通过分析遥感SA)和LatentDirichletAllocati

4、on(LDA)L6j等多种数据的应用现状，不难发现其中的2个关键原因：模型，并探索性地开创了一个新的语义学分支——①对高分辨率遥感数据的信息提取不足；②对高分概率主题模型(ProbabilisticTopicModels)。辨率遥感数据的检索能力不足。LDA是当前概率主题模型领域理论基础最扎传统遥感影像一般基于人工标注、遥感影像元实和研究最广泛的模型。它不仅能很好地解决一一义数据或基本内容(如颜色、形状、纹理等)进行检索多词和一词多义的问题，具有稳实的统计学基础，更的。其中，人工标注非常耗费时间和人力，遥感影像重要的是它引入最符合自然规律的概率分布——狄元数据对内容信息描述太粗略，基于基

5、本内容多以里克雷分布(DirichletDistribution)，来描述文档集统计方式为主，对遥感影像的细节信息考虑不足。的生成概率，具备较好的扩展性。同时，以上方法都没考虑语义信息，无法应对高分辨LDA本质上是一个3层贝I1-卜斯模型。它通过率遥感影像的海量地物类型及其复杂关系。为了在基于概率的有限混合组织词项、主题和文档3个层一定程度上解决以上问题，本文拟借鉴文本信息检次。每个文档可以表示为多个主题的有限概率混索思想，引入计算机视觉领域的视觉特征和自然语合，而每个主题对应于词汇表上的一个多项式分布，言处理领域的概率主题模型，提出一种基于LDA的主题被文档集中的所有文档所共享。基于L

6、DA的高分辨率遥感影像检索方法。文档集生成过程如下。收稿日期：2013—06—13：修回日期2013—10—14基金项目：国家自然科学基金资助项目(41271400)；国家973计划资助项目(2012CB719906)；中央级公益性科研院所基小科研、I务费(CKSF2014024／TB，CKSF2012055／TB，CKSF2012044／TB)作者简介：沈盛或(1984一)，男，湖北武汉人，工程师，博士，主要从事高分辨遥感影像处理与水土保持研究，(电话)027—82926365(电子信箱)shshy．whu@gmail．corn。100长江科学院院报有一定的鲁棒性，是一种公认的稳定可靠

7、的图像局部式中：，表示主题中视觉词项出现的概率；特征描述器，故在此选用SIFT特征描述器来对仿射0(d表示遥感影像d中主题出现的概率；n表示协变区域进行描述。主题．中视觉词项W出现的次数；n：，表示遥感影像本文借鉴计算机视觉中图像视觉词汇，引入遥d中主题．7出现的次数。感影像视觉词汇的概念。通过聚类分析(如Kmeans然后，对主题数K进行求解。一般情况下，LDA聚类)，海量遥感影像视觉特征被划分为可接受数的主题数K是依赖于人工设置的