联合空谱特征的多视图主动学习的高光谱图像分类

针对高光谱遥感影像监督分类训练样本少,训练分类器迭代速度慢的问题,提出一种联合空谱特征的多视图主动学习算法。首先,将原始影像的光谱波段分割为多个互不相交的子集合;然后,在每个子集合滤波提取空间结构特征,建立多视图。其次,提出了一种新的基于多视图后验概率差异最小的主动学习查询策略。实验结果表明,与已有的多视图构建方法和查询策略相比,所提出的联合空谱特征的多视图构建方法可以建立更具多样性、互补性的多个视图;同时,结合所提出的查询策略可以在每次训练迭代中更准确地查询信息量最大的样本,从而减少迭代次数,加快学习函数的收敛速度。     

基于异质多视图主动学习的高光谱地物分类

高光谱遥感影像具有多源异质的属性特征,也面临着训练样本少、标记代价大的困难。拟提取空间形状、纹理等多种属性特征来构建多视图,开展基于异质多视图主动学习的高光谱地物分类研究。主要解决两个问题:1)提出一种新的基于多视图后验概率差异最小(MPPD)的样本查询策略。每个视图根据多元逻辑回归分类器预测样本的类别条件概率;根据全概率公式计算多视图下每个样本的后验概率;挑选后验概率差异最小的样本作为信息含量最大的样本。2)提出一种基于空间多尺度形状结构、以及纹理特征的异质多视图的构建方式。实验结果表明,提出的算法能够加快学习函数的收敛速度,以少量的信息含量大的标记样本来提高学习器的预测性能。     

联合空谱特征的多视图主动学习的高光谱图像分类

针对高光谱遥感影像监督分类训练样本少,训练分类器迭代速度慢的问题,提出一种联合空谱特征的多视图主动学习算法。首先,将原始影像的光谱波段分割为多个互不相交的子集合;然后,在每个子集合滤波提取空间结构特征,建立多视图。其次,提出了一种新的基于多视图后验概率差异最小的主动学习查询策略。实验结果表明,与已有的多视图构建方法和查询策略相比,所提出的联合空谱特征的多视图构建方法可以建立更具多样性、互补性的多个视图;同时,结合所提出的查询策略可以在每次训练迭代中更准确地查询信息量最大的样本,从而减少迭代次数,加快学习函数的收敛速度。     

基于多视图边界判别投影的高光谱图像分类

高光谱图像分类是遥感领域研究的热点问题,其关键在于利用高光谱图谱合一的 优势,同时融合高光谱图像中各个像元位置的光谱信息和空间信息,提高光谱图像分类精度。 针对高光谱图像特征维数高和冗余信息多等问题,采用多视图子空间学习方法进行特征降维, 提出了图正则化的多视图边界判别投影算法。将每个像元处的光谱特征看作一个视图,该像元 处的空间特征看作另一个视图,通过同时优化每个视图上的投影方向来寻找最优判别公共子空 间。公开测试数据集上的分类实验表明,多视图学习在高光谱图像空谱融合分类方面具有显著 的优越性,在多视图降维算法中,该算法具有最高的分类准确性。     

利用提升树模型综合Gabor和LPQ特征进行遥感地物识别

为充分融合高光谱遥感图像空间域和频率域的特征信息,提出了一种综合多尺度Gabor和LPQ特征的空谱融合遥感地物识别模型（Ms＿GLPQ）。首先,在空间域上利用Gabor滤波器组,提取出遥感图像各类地物多尺度、多方向的空间邻域特征信息,以描述图像的边缘和纹理等空间结构信息;其次,在频率域上将局部相位量化（Local Phase Quantization,LPQ）算子应用于高光谱遥感图像,提取出高光谱图像的多尺度频域纹理特征,获得图像的相位不变特征描述;然后针对其中特征冗余的问题采用主成分分析（PCA）算法进行降维,再将空间域、频率域的特征进行特征融合,获得了能充分描述图像信息的特征向量;最后采用基于提升树的机器学习分类器（XGBoost、CatBoost等）进行识别。在Indian Pines、Salinas和茶树等高光谱遥感数据集上进行学习与分类测试,准确率分别为85.88%、94.42%和92.61%。实验结果表明：与传统方法相比,Ms＿GLPQ模型能够提取小比例样本图像中的有效特征,取得了区分性更强的多特征区域描述子,且在采用提升树模型进行分类时效果更优,得到了比常用分类器更高的识...     

一种新的空谱联合高光谱图像分类方法

为了充分利用高光谱遥感图像的空间信息和光谱信息,以提高分类精度,文章研究了分别采用二维和三维Gabor滤波对高光谱遥感图像进行特征提取,然后与高光谱遥感图像的光谱信息进行融合,并基于堆栈式稀疏自编码器的深度学习网络对融合图像进行分类的方法.研究结果表明,所提出的空谱联合分类器与传统的光谱信息分类器相比,分类性能得到了显...     

混合深度CNN联合注意力的高光谱图像分类

深度学习中的卷积神经网络（CNN）能充分利用计算机的计算能力,高效地提取遥感图像的特征,取得很好的成果,特别是在高光谱图像分类方面取得了很大的进展。为了在有限的高光谱样本上充分提取光谱和空间特征,提高高光谱图像分类的精度,提出了混合深度卷积联合注意力（HDC-Attention）的模型。首先利用核主成分分析（KPCA）和小批量K均值（MBK-means）对高光谱图像进行组合降维,有效地消除数据冗余并保留主要信息量,使得降维后的数据具有最佳区分度。然后将降维后的数据输入HDC网络进行充分的光谱-空间特征提取。最后利用光谱-空间注意力,重新分配光谱-空间特征的权重,增强有用的空谱特征,抑制无用的特征。提出的模型在三个公开数据集上进行了多次实验,在有限的标记样本下,三个数据集的OA、AA、Kappa分类指标均超过99%。     

结合未标签样本和CNN的高光谱遥感图像分类

针对卷积神经网络(convolutional neural networks,CNNs)需求的训练样本量多,而高光谱图像中存在大量的未标签样本未得到充分利用的问题,文章充分挖掘标签样本及其近邻的未标签样本的空谱信息,提出了一种基于灰度共生矩阵(gray-level co-occurrence matrix,GLCM)和三维卷积神经网络的空谱特征联合训练的高光谱图像分类方法。首先,通过灰度共生矩阵提取高光谱图像的纹理特征;然后,利用相关性分析剔除近邻未标签样本中的冗余信息,将标签样本与未标签样本的信息融合;最后,利用三维卷积神经网络提取深空谱特征进行分类。该方法不但充分挖掘了高光谱图像的深度空谱联合特征,而且利用近邻未标签样本的信息实现对样本信息的增强,降低了对训练样本数量的要求,具有较好的分类性能。在3个公共数据集上的实验结果表明,相比其他方法,该方法可以利用较少的训练样本获得较高的分类精度。     

融合累积变异比和集成超限学习机的高光谱图像分类

目的 高光谱图像具有高维度的光谱结构,而且邻近波段之间往往存在大量冗余信息,导致在随机样本选择策略和图像分类过程中出现选择波段算法复杂度较高和不适合小样本的现象。针对该问题,在集成学习算法的基础上,考虑不同波段在高光谱图像分类过程中的作用不同,提出一种融合累积变异比和超限学习机的高光谱图像分类算法。方法 定义波段的累积变异比函数来确定各波段在分类算法的贡献程度。基于累积变异比函数剔除低效波段,并结合空谱特征进行平均分组加权随机选择策略进行数据降维。为了进一步提高算法的泛化能力,对降维后提取的空谱特征进行多次样本重采样,训练得到多个超限学习机弱分类器,再将多个弱分类器的结果通过投票表决法得到最后的分类结果。结果 实验使用Indian Pines、Pavia University scene和Salinas这3种典型的高光谱图像作为实验标准数据集,采用支持向量机（support vector machine,SVM）,超限学习机（extreme learning machine,ELM）,基于二进制多层Gabor超限学习机（ELM with Gabor,GELM）,核函数超限学习机（ELM with kernel,KELM）,GELM-CK（GELM with composite kernel）,KELM-CK（KELM with composite kernel）和SS-EELM（spatial-spectral and ensemble ELM）为标准检测算法验证本文算法的有效性,在样本比例较小的实验中,本文算法的总体分类精度在3种数据集中分别为98.0%、98.9%和97.9%,比其他算法平均分别高出9.6%和4.7%和4.1%。本文算法耗时在3种数据集中分别为15.2 s、60.4 s和169.4 s。在同类目标空谱特性差异较大的情况下,相比于分类精度较高的KELM-CK和SS-EELM算法减少了算法耗时,提高了总体分类精度;在同类目标空谱特性相近的情况下,相比于其他算法,样本数量的增加对本文算法的耗时影响较小。结论 本文算法通过波段的累积变异比函数优化了平均分组波段选择策略,针对各类地物目标分布较广泛并且同类目标空谱特性差异较大的高光谱数据集,能够有效提取特征光谱维度的差异性,确定参数较少,总体分类效果较好。     

CNN和三维Gabor滤波器的高光谱图像分类

卷积神经网络(CNN)具有强大的特征提取能力,能够有效地提高高光谱图像的分类精度.然而CNN模型训练需要大量的训练样本参与,以防止过拟合,Gabor滤波器以非监督的方式提取图像的边缘和纹理等空间信息,能够减轻CNN模型对训练样本的依赖度及特征提取的压力.为了充分利用CNN和Gabor滤波器的优势,提出了一种双通道CNN和三维Gabor滤波器相结合的高光谱图像分类方法Gabor-DC-CNN.首先利用二维卷积神经网络(2D-CNN)模型处理原始高光谱图像数据,提取图像的深层空间特征;同时利用一维卷积神经网络(1D-CNN)模型处理三维Gabor特征数据,进一步提取图像的深层光谱-纹理特征.连接2个CNN模型的全连接层实现特征融合,并将融合特征输入到分类层中完成分类.实验结果表明,该方法能够有效地提高分类精度,在Indian Pines,Pavia University和Kennedy Space Center 3组数据上分别达到98.95%,99.56%和99.67%.     

基于主动深度学习的高光谱影像分类

针对当前高光谱遥感影像分类人工标注样本费时费力,大量未标注样本未得到有效利用以及主要利用光谱信息而忽视空间信息等问题,提出了一种空-谱信息与主动深度学习相结合的高光谱影像分类方法。首先利用主成分分析对原始影像进行降维,在此基础上提取像素的一正方形小邻域作为该像素的空间信息并结合其原始光谱信息得到空谱特征。然后,通过稀疏自编码器得到原始数据的稀疏特征表达,并通过逐层无监督学习稀疏自编码器构建深度神经网络,输出原始数据的深度特征,将其连接到softmax分类器,利用少量标记样本以监督学习的方式完成模型的精调。最后,利用主动学习算法选择最不确定性样本对其进行标注,并加入至训练样本以提高分类器的分类效果。分别对PaviaU影像和PaviaC影像进行分类实验的结果表明,该方法在少量标记样本情况下,相对于传统方法能有效地提高分类精度。     

提高小样本高光谱图像分类性能的变维卷积神经网络

目的 为了解决基于卷积神经网络的算法对高光谱图像小样本分类精度较低、模型结构复杂和计算量大的问题,提出了一种变维卷积神经网络。方法 变维卷积神经网络对高光谱分类过程可根据内部特征图维度的变化分为空—谱信息融合、降维、混合特征提取与空—谱联合分类的过程。这种变维结构通过改变特征映射的维度,简化了网络结构并减少了计算量,并通过对空—谱信息的充分提取提高了卷积神经网络对小样本高光谱图像分类的精度。结果 实验分为变维卷积神经网络的性能分析实验与分类性能对比实验,所用的数据集为Indian Pines和Pavia University Scene数据集。通过实验可知,变维卷积神经网络对高光谱小样本可取得较高的分类精度,在Indian Pines和Pavia University Scene数据集上的总体分类精度分别为87.87%和98.18%,与其他分类算法对比有较明显的性能优势。结论 实验结果表明,合理的参数优化可有效提高变维卷积神经网络的分类精度,这种变维模型可较大程度提高对高光谱图像中小样本数据的分类性能,并可进一步推广到其他与高光谱图像相关的深度学习分类模型中。     

标准分数降维的3D-CNN高光谱遥感图像分类

针对高光谱图像存在Hughes现象,以及空间和光谱特征利用效率低的问题,提出了一种结合标准分数降维和深度学习的高光谱图像分类算法.利用标准分数对高光谱数据的波段质量进行评价以剔除高光谱遥感图像中的冗余波段,结合优化过的3D-CNN(3D Convolutional Neural Network)分类方法,通过使用大步距...     

基于增强空谱特征网络的空间感知协同表示算法

高光谱图像具有高维度、带间相关性较高、样本数量较少等诸多问题,直接利用表示学习算法对高光谱图像进行分类会导致严重的维数灾难.对于高光谱图像,不是所有的光谱带都可用于特定的分类任务.因此,文中提出基于增强空谱特征网络的空间感知协同表示算法.依据高光谱图像内在的低维流形构建基于空谱特征的分层网络.利用训练的网络对高维数据进...     

3D卷积自编码器高光谱图像分类模型

目的 高光谱图像分类是遥感领域的基础问题，高光谱图像同时包含丰富的光谱信息和空间信息，传统模型难以充分利用两种信息之间的关联性，而以卷积神经网络为主的有监督深度学习模型需要大量标注数据，但标注数据难度大且成本高。针对现有模型的不足，本文提出了一种无监督范式下的高光谱图像空谱融合方法，建立了3D卷积自编码器（3D convolutional auto-encoder，3D-CAE）高光谱图像分类模型。方法 3D卷积自编码器由编码器、解码器和分类器构成。将高光谱数据预处理后，输入到编码器中进行无监督特征提取，得到一组特征图。编码器的网络结构为3个卷积块构成的3D卷积神经网络，卷积块中加入批归一化技术防止过拟合。解码器为逆向的编码器，将提取到的特征图重构为原始数据，用均方误差函数作为损失函数判断重构误差并使用Adam算法进行参数优化。分类器由3层全连接层组成，用于判别编码器提取到的特征。以3D-CNN （three dimensional convolutional neural network）为自编码器的主干网络可以充分利用高光谱图像的空间信息和光谱信息，做到空谱融合。以端到端的方式对模型进行训练可以省去复杂的特征工程和数据预处理，模型的鲁棒性和稳定性更强。结果 在Indian Pines、Salinas、Pavia University和Botswana等4个数据集上与7种传统单特征方法及深度学习方法进行了比较，本文方法均取得最优结果，总体分类精度分别为0.948 7、0.986 6、0.986 2和0.964 9。对比实验结果表明了空谱融合和无监督学习对于高光谱遥感图像分类的有效性。结论 本文模型充分利用了高光谱图像的光谱特征和空间特征，可以做到无监督特征提取，无需大量标注数据的同时分类精度高，是一种有效的高光谱图像分类方法。     

高光谱图像小样本分类的卷积神经网络方法

目的 与传统分类方法相比,基于深度学习的高光谱图像分类方法能够提取出高光谱图像更深层次的特征。针对现有深度学习的分类方法网络结构简单、特征提取不够充分的问题,提出一种堆叠像元空间变换信息的数据扩充方法,用于解决训练样本不足的问题,并提出一种基于不同尺度的双通道3维卷积神经网络的高光谱图像分类模型,来提取高光谱图像的本质空谱特征。方法 通过对高光谱图像的每一像元及其邻域像元进行旋转、行列变换等操作,丰富中心像元的潜在空间信息,达到数据集扩充的作用。将扩充之后的像素块输入到不同尺度的双通道3维卷积神经网络学习训练集的深层特征,实现更高精度的分类。结果 5次重复实验后取平均的结果表明,在随机选取了10%训练样本并通过8倍数据扩充的情况下,Indian Pines数据集实现了98.34%的总体分类精度,Pavia University数据集总体分类精度达到99.63%,同时对比了不同算法的运行时间,在保证分类精度的前提下,本文算法的运行时间短于对比算法,保证了分类模型的稳定性、高效性。结论 本文提出的基于双通道卷积神经网络的高光谱图像分类模型,既解决了训练样本不足的问题,又综合了高光谱图像的光谱特征和空间特征,提高了高光谱图像的分类精度。     

基于双通道变分自编码器的高光谱图像分类

针对现有高光谱图像变分自编码器（variational autoencoder,VAE）分类算法存在空间和光谱特征利用效率低的问题,提出一种基于双通道变分自编码器的高光谱图像深度学习分类算法。通过构建一维条件变分自编码器（conditional variational autoencoder,CVAE）特征提取框架和二维循环通道条件变分自编码（channel-recurrent conditional variational autoencoders,CRCVAE）特征提取框架分别提取高光谱图像的光谱特征和空间特征,将光谱特征向量和空间特征向量叠加形成空谱联合特征向量,将联合特征送入Softmax分类器中进行分类。在Indian pines和Pavia University两种高光谱数据集上进行了分析验证,实验结果显示,与其他算法相比,提出的算法在总分类精度、平均分类精度和Kappa系数等评价指标上至少提高了3.40、2.75和3.57个百分点,结果显示提出的算法得到了最高的分类精度和更好的可视化效果。     

Comparative Study of ELM and SVM in Hyperspectral Image Supervision Classification

Combining the spatial features and spectral feature of hyperspectral remote sensing image in supervised classification can effectively improve the classification time and accuracy.In this study,the spatial information extraction method,named watershed transform,was combined with the Extreme Learning Machine(ELM)and Support Vector Machine(SVM)methods.The classification results of the datasets with the spatial features and without the spatial features were synthetically evaluated and compared.Two hyperspectral datasets,the ROSIS data of Pavia university and the Hyperion data of Okavango Delta(Botswana),were selected to test the methods.After preprocessing,the training samples were selected from the images as the reference areas for each type,and the spectral features of each type were analyzed.The two classification methods were utilized to classify the hyperspectral datasets and relevant classification results were obtained.based on the validation samples selected from the images,the classification results were evaluated using the confusion matrix and the execution times.After that,the spectral features and spatial features were combined to classify the data.The results show that the Extreme Learning Machine(ELM) is superior to the Support Vector Machine(SVM)in the classification time and precision,and the spatial features are introduced in the classification process,which can effectively improve the classification accuracy.     

双卷积池化结构的3D-CNN高光谱遥感影像分类方法

目的 高光谱遥感影像数据包含丰富的空间和光谱信息,但由于信号的高维特性、信息冗余、多种不确定性和地表覆盖的同物异谱及同谱异物现象,导致高光谱数据结构呈高度非线性。3D-CNN（3D convolutional neural network）能够利用高光谱遥感影像数据立方体的特性,实现光谱和空间信息融合,提取影像分类中重要的有判别力的特征。为此,提出了基于双卷积池化结构的3D-CNN高光谱遥感影像分类方法。方法 双卷积池化结构包括两个卷积层、两个BN（batch normalization）层和一个池化层,既考虑到高光谱遥感影像标签数据缺乏的问题,也考虑到高光谱影像高维特性和模型深度之间的平衡问题,模型充分利用空谱联合提供的语义信息,有利于提取小样本和高维特性的高光谱影像特征。基于双卷积池化结构的3D-CNN网络将没有经过特征处理的3D遥感影像作为输入数据,产生的深度学习分类器模型以端到端的方式训练,不需要做复杂的预处理,此外模型使用了BN和Dropout等正则化策略以避免过拟合现象。结果 实验对比了SVM（support vector machine）、SAE（stack autoencoder）以及目前主流的CNN方法,该模型在Indian Pines和Pavia University数据集上最高分别取得了99.65%和99.82%的总体分类精度,有效提高了高光谱遥感影像地物分类精度。结论 讨论了双卷积池化结构的数目、正则化策略、高光谱首层卷积的光谱采样步长、卷积核大小、相邻像素块大小和学习率等6个因素对实验结果的影响,本文提出的双卷积池化结构可以根据数据集特点进行组合复用,与其他深度学习模型相比,需要更少的参数,计算效率更高。