多模态湿地生态生境场景核空间溯源方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种多模态湿地生态生境场景核空间溯源方法及装置，所述方法包括特征提取：分别使用空间网罗法和尺度不变特征变换法抽取湿地生态系统生境影像中的全局和局部特征；特征预处理：对抽取的特征进行归一化处理和中心化处理；特征耦合：使用核主成分分析法将异质特征投影到核空间进行耦合；溯源阶段：使用大间隔最邻近算法确定核空间中湿地生态生境场景耦合成分特征的归属。所述装置包括成像装置、移动闪存装置、CF读卡器和PC机。本发明专利技术与现有的方法相比，它的显著优势在于在核空间中有效融合异构模态湿地生态生境特征信息并确定湿地生态生境场景的归属，提高了溯源方法的精度，具有良好的应用前景和可观的市场价值。

Method and device for tracing ecological space of multi mode wetland ecological environment

And the device of the invention discloses a multi modal wetland habitat space scene nuclear tracing method, the method includes feature extraction: using spatial nets method and scale invariant feature transform method to extract the global ecological system of wetland habitat in the image and local features; feature preprocessing: the extracted features are normalized and center processing; feature coupling: analysis of heterogeneous feature projection to kernel space coupling using kernel principal component analysis; traceability stage: the composition characteristics of wetland habitat use between the adjacent scene coupling algorithm to determine the kernel space of belonging. The device comprises an imaging device, a mobile flash memory device, a CF card reader and a PC machine. Compared with the existing method of the invention, it is a significant advantage lies in the kernel space and effective integration of heterogeneous modal information and determine the habitat characteristics of wetland ecological wetland ecological habitat scene attribution, improve the traceability of the precision of the method, and has good application prospects and considerable market value.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生态计算领域，特别涉及一种多模态湿地生态生境场景核空间溯源方法及装置。
技术介绍
中国是世界上湿地生物多样性最丰富的国家之一，也是亚洲湿地类型最齐全、数量最多、面积最大的国家。中国湿地生态系统保护的研究工作对于保护亚洲地区乃至全球范围湿地生态系统和维持区域湿地生态系统平衡将起着重要的作用和意义。目前国际相关学术社会已经开展了大量的相关的研究工作，但是由于湿地生态系统生境多样性、复杂性等的特点，造成部分研究工作尚未很好地开展，其中湿地生态系统生境场景溯源研究就一直相对滞后。传统的湿地生态系统生境溯源研究多数基于单模态影像特征，一般多考虑生境影像中的植物、生物、水文、地理等综合因素的作用，却忽视了局部因素的作用，导致湿地生态系统生境类型溯源精度较低；另外，由于湿地生态系统生境场景信息随观察位置和角度的变化相对较大，导致湿地生态场景全局与局部信息结构易于发生转变，简单多特征的组合的方法往往会使得这些异构的模态特征在原始空间中表现出相对较大的非关联特性，进而导致传统的线性聚类算法无法准确定位异构特征的归属，从而减低了湿地生态系统生境信息的溯源精度。本研究提出利用多模态湿地生态系统生态生境场景核空间溯源方法来构建全局与局部信息有效耦合机制，在核空间中利用湿地生态系统生境全局信息的同时充分考虑其细节信息，再将待溯源的特征输入到大间隔最邻近算法并与数据库中先验生态特征进行比对，大间隔最邻近分类器将湿地生态生境非线性特征在核空间线性化后进行分类，保证最终识别的效果，根据分类器输出的结果确定溯源的湿地生态影像的生态生境归属。本研究以我国3类有代表性的湿地生态系统对象，包括：江苏盐城 滨海滩涂湿地、四川若尔盖高原高寒湿地和海南东寨港海岸红树林湿地为实例，对提出的方法进行验证。本专利技术与现有的方法相比，显著优势在于在核空间中有效融合异构模态湿地生态生境特征信息并确定湿地生态场景的归属，使用大间隔最邻近算法将所提取到的湿地生态系统生境场景耦合特征映射到高维核特征空间中，在高维核特征空间中划分样本的语义场景归属，提高了湿地生态系统生境场景的溯源精度，具有良好的应用前景和可观的市场价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有湿地生态系统生境场景溯源技术存在的问题，特别是为了解决现阶段异构模态湿地生态系统生境特征信息耦合的有效性和非线性特征分类精度问题，提供一种多模态湿地生态生境场景核空间溯源方法及装置。本专利技术多模态湿地生态生境场景核空间溯源方法，该方法包括如下步骤：步骤1，采用成像装置获取不同类别的湿地生态系统生境场景影像样本，将影像样本存储到移动闪存装置中；步骤2，通过CF读卡器，将步骤1移动闪存装置中存储的湿地生态系统生境场景影像样本导入到PC机的磁盘介质中，建立湿地生态系统生境场景数据库；步骤3，采用空频域中最优分辨率配置下空间网罗法提取湿地生态系统生境场景全局空间网罗特征；步骤4，采用尺度不变特征变换法提取湿地生态系统生境场景局部尺度不变特征变换特征；步骤5，将步骤3和4中提取到的湿地生态系统生境场景全局空间网罗特征和局部尺度不变特征变换特征分别进行归一化和中心化处理；步骤6，使用核主成分分析法将步骤5处理后的全局空间网罗特征和局部尺度不变特征变换特征投影到高维核特征空间线性化，并对这两类不同模态的特征进行线性耦合；步骤7，使用大间隔最邻近算法将步骤6所述高维核特征空间中 线性耦合的湿地生态系统生境场景特征映射到高维核特征空间中，在高维核特征空间中划分数据库样本的语义场景归属；步骤8，对于待溯源的湿地生态系统生境场景，依次使用步骤3—7对待溯源样本进行特征提取、特征预处理和特征耦合，然后映射到先验场景的高维核特征空间中，在高维核特征空间中计算待溯源的湿地生态系统生境场景耦合特征与步骤7所述湿地生态系统生境场景数据库中先验场景耦合特征之间的语义相似度，进而推断出湿地生态系统生境场景影像的语义归属信息。所述步骤1中，湿地生态系统生境场景的对象指：江苏盐城滨海滩涂湿地、四川若尔盖高原高寒湿地和海南东寨港海岸红树林湿地。所述步骤2中，建立湿地生态系统生境场景数据库包括3类湿地生态生境场景影像集：江苏盐城滨海滩涂湿地影像集、四川若尔盖高原高寒湿地影像集和海南东寨港海岸红树林湿地影像集。所述步骤3中，使用空频域中最优分辨率配置下空间网罗方法提取湿地生态系统生境场景的语义特征；所述空频域中最优分辨率配置下的空间网罗方法的滤波器采用“菊花状”的空间频率域近似正交的多分辨率2D-Gabor滤波器组。所述步骤4中，尺度不变特征变换方法采用Gaussian差分尺度空间法进行检测和定位稳定的湿地生态生境场景影像中特征极值点，根据指定特征点方向参数生成湿地生态生境场景局部特征描述子。所述步骤5中，通过归一化处理，把数据映射到[-1,1]范围内处理，归一化处理算法为： x ^ i = 2 · ( x i - x min x max - x min ) - 1 ]]>其中，xi表示第i列待归一化特征向量，xmin表示列向量中最小值，xmax表示列向量中最大值，表示第i行归一化后的列向量。如果列向量中最大值等于最小值xmax＝xmin，则列向量值不变所述步骤5中中心化处理，是指变量减去其数学期望值：对于样本 数据，是指将样本变量的每个观测值减去该样本变量的样本的平均值，具体算法如下： x ‾ ij = x ^ ij - 1 M Σ i = 1 M x ^ ij ]]>其中，i对应样本，j对应变量，M表示样本总数。所述步骤6中，在建模阶段利用k-fold交叉验证法获得最高识别精度来确定湿地生态系统生境场景核主成分数。所述步骤7中，在推断湿地生态系统生境场景的语义归属信息时，采用马哈拉诺比斯度量法估计样本在高维空间中的相似度。所述步骤7中，在推断湿地生态系统生境场景的语义归属信息时，大间隔最邻近算法特征语义相似个数的参数由用户自行选择设定或者由系统推荐。多模态湿地生态生境场景核空间溯源方法的溯源装置，包括成像装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多模态湿地生态生境场景核空间溯源方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1，采用成像装置获取不同类别的湿地生态系统生境场景影像样本，将影像样本存储到移动闪存装置中；步骤2，通过CF读卡器，将步骤1移动闪存装置中存储的湿地生态系统生境场景影像样本导入到PC机的磁盘介质中，建立湿地生态系统生境场景数据库；步骤3，采用空频域中最优分辨率配置下空间网罗法提取湿地生态系统生境场景全局空间网罗特征；步骤4，采用尺度不变特征变换法提取湿地生态系统生境场景局部尺度不变特征变换特征；步骤5，将步骤3和4中提取到的湿地生态系统生境场景全局空间网罗特征和局部尺度不变特征变换特征分别进行归一化和中心化处理；步骤6，使用核主成分分析法将步骤5处理后的全局空间网罗特征和局部尺度不变特征变换特征投影到高维核特征空间线性化，并对这两类不同模态的特征进行线性耦合；步骤7，使用大间隔最邻近算法将步骤6所述高维核特征空间中线性耦合的湿地生态系统生境场景特征映射到高维核特征空间中，在高维核特征空间中划分数据库样本的语义场景归属；步骤8，对于待溯源的湿地生态系统生境场景，依次使用步骤3—7对待溯源样本进行特征提取、特征预处理和核空间中生态信息耦合，然后映射到先验场景的高维核特征空间中，在高维核特征空间中计算待溯源的湿地生态系统生境场景与步骤7所述湿地生态系统生境场景数据库中先验场景特征之间耦合的语义相似度，进而推断出湿地生态系统生境场景影像的语义归属信息。...

【技术特征摘要】
1.一种多模态湿地生态生境场景核空间溯源方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1，采用成像装置获取不同类别的湿地生态系统生境场景影像样本，将影像样本存储到移动闪存装置中；步骤2，通过CF读卡器，将步骤1移动闪存装置中存储的湿地生态系统生境场景影像样本导入到PC机的磁盘介质中，建立湿地生态系统生境场景数据库；步骤3，采用空频域中最优分辨率配置下空间网罗法提取湿地生态系统生境场景全局空间网罗特征；步骤4，采用尺度不变特征变换法提取湿地生态系统生境场景局部尺度不变特征变换特征；步骤5，将步骤3和4中提取到的湿地生态系统生境场景全局空间网罗特征和局部尺度不变特征变换特征分别进行归一化和中心化处理；步骤6，使用核主成分分析法将步骤5处理后的全局空间网罗特征和局部尺度不变特征变换特征投影到高维核特征空间线性化，并对这两类不同模态的特征进行线性耦合；步骤7，使用大间隔最邻近算法将步骤6所述高维核特征空间中线性耦合的湿地生态系统生境场景特征映射到高维核特征空间中，在高维核特征空间中划分数据库样本的语义场景归属；步骤8，对于待溯源的湿地生态系统生境场景，依次使用步骤3—7对待溯源样本进行特征提取、特征预处理和核空间中生态信息耦合，然后映射到先验场景的高维核特征空间中，在高维核特征空间中计算待溯源的湿地生态系统生境场景与步骤7所述湿地生态系统生境场景数据库中先验场景特征之间耦合的语义相似度，进而推断出湿地生态系统生境场景影像的语义归属信息。2.根据权利要求1所述的最优分辨率配置下湿地生态生境场景溯
\t源方法，其特征在于，所述步骤1中，湿地生态系统生境场景的对象指：江苏盐城滨海滩涂湿地、四川若尔盖高原高寒湿地和海南东寨港海岸红树林湿地。3.根据权利要求1所述的多模态湿地生态生境场景核空间溯源方法，其特征在于，所述步骤2中，建立湿地生态系统生境场景数据库包括3类湿地生态生境场景影像集：江苏盐城滨海滩涂湿地影像集、四川若尔盖高原高寒湿地影像集和海南东寨港海岸红树林湿地影像集。4.根据权利要求1所述的多模态湿地生态生境场景核空间溯源方法，其特征在于，所述步骤3中，使用空频域中最优分辨率配置下空间网罗方法提取湿地生态系统生境场景的语义特征；所述空频域中最优分辨率配置下的空间网罗方法的滤波器采用“菊花状”的空间频率域近似正交的多分辨率2D-Gabor滤波器组。5.根据权利要求1所述的多模态湿地生态生境场景核空间溯源方法，其特征在于，所述步骤4中，尺度不变特征变换方法采用Gaussian差分尺度空间法进行检测和定位稳定的湿地生态生境场景影像中特征极值点，根据指定特征点方向参数生成湿地生态生境场景局部特征描述子。6.根据权利要求1所述的多模态湿地生态生境场景核空间溯源方法，其特征在于，所述步骤5中，通过归一化处理，把数据映射到[-1,1]范围内处理，归一化处理算法为： x ^ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永明，林萍，何坚强，冯俊青，朱家骥，王东洋，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32