基于稀疏表示分类的滑坡泥石流区域检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及滑坡泥石流区域检测技术领域，尤其涉及一种基于稀疏表示分类 (sparserepresentation-basedclassifier，简称SRC)的滑坡泥石流区域检测方法。
【背景技术】
[0002] 根据灾害学定义，滑坡是指斜坡上某一部分岩土在重力（包括岩土本身重力及地 下水的动静压力）作用下，沿着一定的软弱结构面（带）产生剪切位移而整体地向斜坡下 方移动的作用和现象；而泥石流是指在山区或者其他沟谷深壑、地形险峻的地区，因为暴 雨、暴雪或其他自然灾害引发的山体滑坡并携带有大量泥沙以及石块的特殊洪流。滑坡和 泥石流的形成机制使得其区域在遥感图像上既没有统一的轮廓、形状等整体特征，也没有 均匀的纹理、梯度等局部特征，现有的检测方法大多适用于滑坡泥石流生成位置与其周边 地貌特征有较明显区别的情形或借助DEM等信息辅助进行区域、范围判读，存在对数据来 源要求苛刻及缺乏广泛适用性等问题，不适合利用xx数据进行灾情评估的应用要求。
[0003] 鉴于此，如何对滑坡泥石流区域进行高效、高正确率且低虚警率的检测成为当前 需要解决的技术问题。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于稀疏表示分类的滑坡泥石流区域检 测方法，能够对目标区域航拍图像的滑坡泥石流区域进行高效检测，正确率高，虚警率低。
[0005] 第一方面，本发明提供一种基于稀疏表示分类的滑坡泥石流区域检测方法，包 括：
[0006] 将目标区域待测图像划分为大小相同的M个待测图像块，M为大于1的整数；
[0007] 利用稀疏表示分类的方法对所述待测图像块红、绿、蓝三通道的亮度进行分析和 判别，以获取待测图像块中的疑似滑坡泥石流图像块的集合，并获取预设第一阈值与稀疏 表示误差之差的均值；
[0008] 利用连通区域检测方法，在所述疑似滑坡泥石流图像块的集合中获取滑坡泥石流 严重损毁区域及其区域边界；
[0009] 根据所述区域边界上各点的位置，获取各点在灾前图像中的土地类型；
[0010] 根据所述各点在灾前图像中的土地类型以及预设的土地类型对应的受灾损失权 重，获取各点对应的扩展程度的影响系数；
[0011] 根据所述预设第一阈值与稀疏表示误差之差的均值以及各点对应的扩展程度的 影响系数，获取滑坡泥石流区域的扩展距离，并利用该扩展距离对滑坡泥石流严重损毁区 域进行扩展，获取滑坡泥石流一般损毁区域。
[0012] 可选地，所述利用稀疏表示分类的方法对所述待测图像块红、绿、蓝三通道的亮度 分析和判别，以获取待测图像块中的疑似滑坡泥石流图像块的集合，并获取预设第一阈值 与稀疏表示误差之差的均值，包括：
[0013] 将待测图像块< = 依次进行向量化、归一化；
[0014] 根据红、绿、蓝三通道分量的典型样本构建过完备字典八11^ =R，G，B)，其中，R、G、 B分别为红、绿、蓝三通道分量；
[0015] 获取向量化和归一化后的待测图像块％的稀疏表示系数# ;
[0016] 根据所述稀疏表示系数对所述待测图像块％进行重构，得到稀疏表示误差
[0017] 根据所述稀疏表示误差<(%)，获取预设第一阈值#与稀疏表示误差<(<)的差 值
[0018] 将4与预设第二阈值进行比较，在％彡预设第二阈值时，确定待测图像块 <(V=R.G.B)的红/绿/蓝通道分量图像块为疑似滑坡泥石流图像块；
[0019] 在待测图像块)《的红、绿、蓝三通道分量图像块均为疑似滑坡泥石流图像块时，确 定该待测图像块为滑坡泥石流疑似图像块，进而得到疑似滑坡泥石流图像块的集合；
[0020] 获取待测图像块为滑坡泥石流疑似图像块时所述预设第一阈值妒与稀疏表示误 差r;K)的差值％的均值I。
[0021] 可选地，所述获取向量化和归一化后的待测图像块％的稀疏表示系数P，包括：
[0022] 利用正交匹配追踪OMP算法获取向量化和归一化后的待测图像块％的稀疏表示 系数P。
[0023] 可选地，所述利用正交匹配追踪算法OMP算法获取向量化和归一化后的待测图像 ±夬％的稀疏表示系数P，包括：
[0024] 根据向量化和归一化后的待测图像块％和红、绿、蓝三通道彩色分量字典A9(q= R，G,B)，构建目标函数：
【主权项】
1. 一种基于稀疏表示分类的滑坡泥石流区域检测方法，其特征在于，包括： 将目标区域待测图像划分为大小相同的M个待测图像块，M为大于1的整数； 利用稀疏表示分类的方法对所述待测图像块红、绿、蓝三通道的亮度进行分析和判别， 以获取待测图像块中的疑似滑坡泥石流图像块的集合，并获取预设第一阈值与稀疏表示误 差之差的均值； 利用连通区域检测方法，在所述疑似滑坡泥石流图像块的集合中获取滑坡泥石流严重 损毁区域及其区域边界； 根据所述区域边界上各点的位置，获取各点在灾前图像中的土地类型； 根据所述各点在灾前图像中的土地类型以及预设的土地类型对应的受灾损失权重，获 取各点对应的扩展程度的影响系数； 根据所述预设第一阈值与稀疏表示误差之差的均值以及各点对应的扩展程度的影响 系数，获取滑坡泥石流区域的扩展距离，并利用该扩展距离对滑坡泥石流严重损毁区域进 行扩展，获取滑坡泥石流一般损毁区域。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用稀疏表示分类的方法对所述待 测图像块红、绿、蓝三通道的亮度分析和判别，以获取待测图像块中的疑似滑坡泥石流图像 块的集合，并获取预设第一阈值与稀疏表示误差之差的均值，包括： 将待测图像块<W=k，g，b)依次进行向量化、归一化； 根据红、绿、蓝三通道分量的典型样本构建过完备字典Aq(q=R，G，B)，其中，R、G、B分 别为红、绿、蓝三通道分量； 获取向量化和归一化后的待测图像块％的稀疏表示系数P; 根据所述稀疏表示系数对所述待测图像块％进行重构，得到稀疏表示误差 rli.yqP). 根据所述稀疏表示误差<(%)，获取预设第一阈值f与稀疏表示误差<(义）的差值 义;； 将4与预设第二阈值进行比较，在％ >预设第二阈值时，确定待测图像块 <⑷=R.G.B)的红/绿/蓝通道分量图像块为疑似滑坡泥石流图像块； 在待测图像块％的红、绿、蓝三通道分量图像块均为疑似滑坡泥石流图像块时，确定该 待测图像块为滑坡泥石流疑似图像块，进而得到疑似滑坡泥石流图像块的集合； 获取待测图像块为滑坡泥石流疑似图像块时所述预设第一阈值f与稀疏表示误差 <(%)的差值％的均值I。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取向量化和归一化后的待测图像 块W的稀疏表示系数P，包括： 利用正交匹配追踪OMP算法获取向量化和归一化后的待测图像块％的稀疏表示系数 F 〇
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用正交匹配追踪算法OMP算法获取 向量化和归一化后的待测图像块^的稀疏表示系数F，包括： 根据向量化和归一化后的待测图像块< 和红、绿、蓝三通道彩色分量字典A9(q=R，G,B)，构建目标函数：
求解目标函数，获取向量化和归一化后的待测图像块％的稀疏表示系数F。
5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述稀疏表示系数F，对所述 待测图像块％进行重构，得到稀疏表示误差，包括： 根据所述稀疏表示系数P，通过第一公式对所述待测图像块％进行重构，得到稀疏表 示误差俱); 所述第一公式为：
6. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将％与预设第二阈值进行比较，还包 括： 在％〈预设第二阈值时，确定待测图像块 >'〗化=民&：8)的红/绿/蓝通道分量图 像块为非滑坡泥石流图像块。
7. 根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述预设第二阈值为0。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用连通区域检测方法，在所述疑似 滑坡泥石流图像块的集合中获取滑坡泥石流严重损毁区域及其区域边界，包括： 利用八邻域方法的连通区域检测方法，在所述疑似滑坡泥石流图像块的集合中获取滑 坡泥石流严重损毁区域及其区域边界。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述利用八邻域方法的连通区域检测方 法，在所述疑似滑坡泥石流图像块的集合中获取滑坡泥石流严重损毁区域及其区域边界， 包括： 将每个疑似滑坡泥石流图像块的中心点作为一个标记点（i，j); 从每个标记点出发，沿八邻域的每个方向搜索s次，若发现其他标记点，则将该方向上 原始标记点与新发现的标记点之间均记为标记点； 对所有得到的标记点进行连通检测，在疑似滑坡泥石流图像块中获取滑坡泥石流严重 损毁区域； 其中，s的取值取决于标记点位置、目标区域图像尺寸和疑似滑坡泥石流图像块的大 小。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述预设第一阈值与稀疏表示 误差之差的均值以及各点对应的扩展程度的影响系数，获取滑坡泥石流区域的扩展距离， 并利用该扩展距离对滑坡泥石流严重损毁区域进行扩展，获取滑坡泥石流一般损毁区域， 包括： 根据所述预设第一阈值与稀疏表示误差之差的均值以及各点对应的扩展程度的影响 系数，通过第五公式获取滑坡泥石流区域的扩展距离1 (i，j)，并利用该扩展距离对滑坡泥 石流严重损毁区域进行扩展，获取滑坡泥石流一般损毁区域； 其中，所述第五公式为：
为预设第一阈值与稀疏表示误差的差值的均值，0 "为所述区域边界上各点对应的 第n种土地类型对扩展程度的影响系数。
【专利摘要】本发明提供一种基于稀疏表示分类的滑坡泥石流区域检测方法，包括：将目标区域待测图像分为大小相同M个待测图像块，利用稀疏表示分类方法对其红绿蓝三通道亮度分析判别获取疑似滑坡泥石流图像块集合及预设第一阈值与稀疏表示误差之差的均值；利用连通区域检测方法在疑似滑坡泥石流图像块集合中获取滑坡泥石流严重损毁区域及其区域边界；根据区域边界各点位置获取各点在灾前图像的土地类型，根据其及预设土地类型对应受灾损失权重获取各点扩展程度影响系数，根据其及预设第一阈值与稀疏表示误差之差的均值获取滑坡泥石流区域扩展距离，利用其对滑坡泥石流严重损毁区域扩展获取滑坡泥石流一般损毁区域。上述方法检测效率高，正确率高，虚警率低。
【IPC分类】G06K9-00, G06K9-62
【公开号】CN104615999
【申请号】CN201510081296
【发明人】孙波, 何珺, 刘臻, 葛凤翔, 郝卓, 徐其华
【申请人】北京师范大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月15日