高光谱图像分类的自适应决策融合方法

目的 目前高光谱图像决策融合方法主要采用以多数票决（majority vote，MV）为代表的硬决策融合和以对数意见池（logarithmic opinion pool，LOGP）为代表的软决策融合策略。由于这些方法均使用统一的权重系数进行决策融合，没有对子分类器各自的分类性能进行评估而优化分配权重系数，势必会影响最终的分类精度。针对该问题，本文对多数票决和对数意见池融合策略进行了改进，提出了面向高光谱图像分类的自适应决策融合方法。方法 根据相关系数矩阵对高光谱图像进行波段分组，对每组波段进行空谱联合特征提取；利用高斯混合模型（Gaussian mixture model，GMM）或支持向量机（support vector machine，SVM）分类器对各组空谱联合特征进行分类；最后，采用本文研究的两种基于权重系数优化分配的自适应融合策略对子分类器的分类结果进行决策融合，使得分类精度低的波段组和异常值对最终分类结果的影响达到最小。结果 对两个公开的高光谱数据集分别采用多种特征和两种分类器组合进行实验验证。实验结果表明，在相同特征和分类器条件下，本文提出的自适应多数票决策融合策略（adjust majority vote，adjustMV）、自适应对数意见池决策融合策略（adjust logarithmic opinion pool，adjustLOGP）比传统的MV决策融合策略、LOGP决策融合策略对两个数据集的分类精度均有大幅度提高。Indian Pines数据集上，adjustMV算法的分类精度比相应的MV算法平均提高了1.2%，adjustLOGP算法的分类精度比相应的LOGP算法平均提高了7.38%；Pavia University数据集上，adjustMV算法的分类精度比相应的MV算法平均提高了2.1%，adjustLOGP算法的分类精度比相应的LOGP算法平均提高了4.5%。结论 本文提出的自适应权重决策融合策略为性能较优的子分类器（即对应于分类精度高的波段组）赋予较大的权重，降低了性能较差的子分类器与噪声波段对决策融合结果的影响，从而大幅度提高分类精度。所研究的决策融合策略的复杂度和计算成本均较低，在噪声环境中具有更强的鲁棒性，同时在一定程度上解决了高光谱图像分类应用中普遍存在的小样本问题。     

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。     

局部信息保持极限学习机的遥感图像分类

极限学习机ELM(Extreme learning machine)以其简单快速和良好的泛化能力在模式识别和机器学习领域得到了广泛的应用。近年来,研究人员将其应用到高光谱遥感图像分类问题中。然而,由于数据样本有限,极限学习机及其相关技术在遥感图像中存在数据学习不充分的问题。流形学习算法揭示了数据内在的几何结构信息。根据遥感图像的特点,基于流形学习的思想,将遥感图像数据样本的流行结构引入到ELM模型中,提出一种基于局部信息保持极限学习机LPKELM(locality information preserving extreme learning machine)。为了验证所提算法的有效性,使用两个高光谱遥感图像数据集进行实验。实验结果表明,LPKELM的分类性能优于SVM、KELM、KCRT-CK和MLR算法。     

结合超像元和子空间投影支持向量机的高光谱图像分类

目的 高光谱图像包含了丰富的空间、光谱和辐射信息,能够用于精细的地物分类,但是要达到较高的分类精度,需要解决高维数据与有限样本之间存在矛盾的问题,并且降低因噪声和混合像元引起的同物异谱的影响。为有效解决上述问题,提出结合超像元和子空间投影支持向量机的高光谱图像分类方法。方法 首先采用简单线性迭代聚类算法将高光谱图像分割成许多无重叠的同质性区域,将每一个区域作为一个超像元,以超像元作为图像分类的最小单元,利用子空间投影算法对超像元构成的图像进行降维处理,在低维特征空间中执行支持向量机分类。本文高光谱图像空谱综合分类模型,对几何特征空间下的超像元分割与光谱特征空间下的子空间投影支持向量机（SVMsub）,采用分割后进行特征融合的处理方式,将像元级别转换为面向对象的超像元级别,实现高光谱图像空谱综合分类。结果 在AVIRIS（airbone visible/infrared imaging spectrometer）获取的Indian Pines数据和Reflective ROSIS（optics system spectrographic imaging system）传感器获取的University of Pavia数据实验中,子空间投影算法比对应的非子空间投影算法的分类精度高,特别是在样本数较少的情况下,分类效果提升明显;利用马尔可夫随机场或超像元融合空间信息的算法比对应的没有融合空间信息的算法的分类精度高;在两组数据均使用少于1%的训练样本情况下,同时融合了超像元和子空间投影的支持向量机算法在两组实验中分类精度均为最高,整体分类精度高出其他相关算法4%左右。结论 利用超像元处理可以有效融合空间信息,降低同物异谱对分类结果的不利影响;采用子空间投影能够将高光谱数据变换到低维空间中,实现有限训练样本条件下的高精度分类;结合超像元和子空间投影支持向量机的算法能够得到较高的高光谱图像分类精度。     

应用级联多分类器的高光谱图像分类

目的 高光谱分类任务中,由于波段数量较多,图像中存在包含噪声以及各类地物样本分布不均匀等问题,导致分类精度与训练效率不能平衡,在小样本上分类精度低。因此,提出一种基于级联多分类器的高光谱图像分类方法。方法 首先采用主成分分析方法将高度相关的高维特征合成无关的低维特征,以加快Gabor滤波器提取纹理特征的速度;然后使用Gabor滤波器提取图像在各个尺寸、方向上的纹理信息,每一个滤波器会生成一张特征图,在特征图中以待分类样本为中心取一个d×d的邻域,计算该邻域内数据的均值和方差来作为待分类样本的空间信息,再将空间信息和光谱信息融合,以降低光线与噪声的影响;最后将谱—空联合特征输入级联多分类器中,得到预测样本关于类别的概率分布的平均值。结果 实验采用Indian Pines、Pavia University和Salinas 3个数据集,与经典算法如支持向量机和卷积神经网络进行比较,并利用总体分类精度、平均分类精度和Kappa系数作为评价标准进行分析。本文方法总体分类精度在3个数据集上分别达到97.24%、99.57%和99.46%,相对于基于径向基神经网络（RBF）核函数的支持向量机方法提高了13.2%、4.8%和5.68%,相对于加入谱—空联合特征的RBF-SVM （radial basis function-support vector machine）方法提高了2.18%、0.36%和0.83%,相对于卷积神经网络方法提高了3.27%、3.2%和0.3%;Kappa系数分别是0.968 6、0.994 3和0.995 6,亦有提高。结论 实验结果表明,本文方法应用于高光谱图像分类具有较优的分类效果,训练效率较高,无需依赖GPU,而且在小样本上也具有较高的分类精度。     

感知器残差网络和超限学习机融合的3D物体识别

目的 随着3D扫描技术和虚拟现实技术的发展,真实物体的3D识别方法已经成为研究的热点之一。针对现有基于深度学习的方法训练时间长,识别效果不理想等问题,提出了一种结合感知器残差网络和超限学习机（ELM）的3D物体识别方法。方法 以超限学习机的框架为基础,使用多层感知器残差网络学习3D物体的多视角投影特征,并利用提取的特征数据和已知的标签数据同时训练了ELM分类层、K最近邻（KNN）分类层和支持向量机（SVM）分类层识别3D物体。网络使用增加了多层感知器的卷积层替代传统的卷积层。卷积网络由改进的残差单元组成,包含多个卷积核个数恒定的并行残差通道,用于拟合不同数学形式的残差项函数。网络中半数卷积核参数和感知器参数以高斯分布随机产生,其余通过训练寻优得到。结果 提出的方法在普林斯顿3D模型数据集上达到了94.18%的准确率,在2D的NORB数据集上达到了97.46%的准确率。该算法在两个国际标准数据集中均取得了当前最好的效果。同时,使用超限学习机框架使得本文算法的训练时间比基于深度学习的方法减少了3个数量级。结论 本文提出了一种使用多视角图识别3D物体的方法,实验表明该方法比现有的ELM方法和深度学习等最新方法的识别率更高,抗干扰性更强,并且其调节参数少,收敛速度快。     

高光谱图像低秩表达与噪声水平估计

目的 高光谱遥感图像常存在多种不同程度的退化,进而影响到后续的应用,因此,对高光谱图像进行噪声水平估计具有重要意义。在实际情况中,不同波段的图像噪声水平常有所差异,需要针对不同谱通道的特性差异进行噪声估计。因此,本文提出一种基于低秩表达的噪声水平估计算法。方法 该算法首先利用多波段图像间的光谱相关性,建立高光谱数据的低秩表达模型;再通过该模型对各波段的噪声及其水平进行估计,并根据需要检测并剔除被噪声淹没的无效波段。结果 在多组高光谱数据上进行模拟和真实实验,证明本文算法能够准确估计高光谱图像的谱通道噪声水平。结论 本文算法挖掘了低秩表达在高光谱应用中的特性,在利用波段间相关性进行全局处理的同时,也能保留波段间的差异,具有较强的鲁棒性;在合适的阈值范围内,无效波段的漏检率低至0,准确率高于80%。     

波段自适应细节注入的高分五号与Sentinel-2遥感影像空谱融合

目的 针对当前空谱融合方法应用到高光谱图像融合时,出现的空间细节信息提升明显但光谱失真,或者光谱保真度高但空间细节信息提升不足的问题,本文提出一种波段自适应细节注入的高分五号（GF-5）高光谱图像（30 m）与Sentinel-2多光谱图像（10 m）的遥感影像空谱融合方法。方法 首先,为了解决两个多波段图像不便于直接融合的问题,提出一种波段自适应的融合策略,对多光谱图像波谱范围以外的高光谱图像波段,以相关系数为标准将待融合图像进行分组。其次,针对传统Gram-Schmidt （GS）融合方法用平均权重系数模拟低分辨率图像造成的光谱失真问题,使用最小均方误差估计计算线性拟合系数,再将拟合图像作为第1分量进行GS正变换,提升融合图像的光谱保真度。最后,为了能同时注入更多的空间细节信息,通过非下采样轮廓波变换将拟合图像、空间细节信息图像和多光谱图像的空间、光谱信息融入到重构的高空间分辨率图像中,再将其与其他GS分量一起进行逆变换,最终得到10 m分辨率的GF-5融合图像。结果 通过与当前用于高光谱图像空谱融合的典型方法比较,本文方法对于受时相影响较小的城镇区域,在提升空间分辨率的同时有较好的光谱保真度,且不会出现噪点;对于受时相变化影响大的植被密集区域,本文方法融合图像有较好的清晰度和地物细节信息,且没有噪点出现。本文方法的CC （correlation coefficient）、ERGAS （erreur relative globale adimensionnelle de synthèse）和SAM （spectral angle mapper）相比于传统GS方法分别提升8%、26%和28%,表明本文方法的光谱保真度大大提高。结论 本文方法的结果空间上没有噪点且光谱曲线与原始光谱曲线基本保持一致,是一种兼具高空间分辨率和高光谱保真度的高光谱图像融合方法。     

基于熵加权K-means全局信息聚类的高光谱图像分类

目的 高光谱图像波段数目巨大，导致在解译及分类过程中出现“维数灾难”的现象。针对该问题，在K-means聚类算法基础上，考虑各个波段对不同聚类的重要程度，同时顾及类间信息，提出一种基于熵加权K-means全局信息聚类的高光谱图像分类算法。方法 首先，引入波段权重，用来刻画各个波段对不同聚类的重要程度，并定义熵信息测度表达该权重。其次，为避免局部最优聚类，引入类间距离测度实现全局最优聚类。最后，将上述两类测度引入K-means聚类目标函数，通过最小化目标函数得到最优分类结果。结果 为了验证提出的高光谱图像分类方法的有效性，对Salinas高光谱图像和Pavia University高光谱图像标准图中的地物类别根据其光谱反射率差异程度进行合并，将合并后的标准图作为新的标准分类图。分别采用本文算法和传统K-means算法对Salinas高光谱图像和Pavia University高光谱图像进行实验，并定性、定量地评价和分析了实验结果。对于图像中合并后的地物类别，光谱反射率差异程度大，从视觉上看，本文算法较传统K-means算法有更好的分类结果；从分类精度看，本文算法的总精度分别为92.20%和82.96%， K-means算法的总精度分别为83.39%和67.06%，较K-means算法增长8.81%和15.9%。结论 提出一种基于熵加权K-means全局信息聚类的高光谱图像分类算法，实验结果表明，本文算法对高光谱图像中具有不同光谱反射率差异程度的各类地物目标均能取得很好的分类结果。     

增强类可分性的高光谱图像分类

目的 在高光谱图像分类中,由于成像空间分辨率较低,混合像元大量存在。混合像元使得不同类别的光谱特征发生改变,失去原有的独特性,类内差异变大,类间差异变小。针对这一问题,本文提出基于分组滚动引导滤波的策略。同时针对高光谱图像中存在的“维数灾难”问题,提出了弹性网逻辑回归分类器的框架。方法 通过线性判别分析（linear discriminant analysis,LDA）算法生成具有判别性的引导图,对高光谱图像的每个波段执行滚动引导,从而让光谱曲线呈现类内凝聚、类间距离增大的趋势。通过构造逻辑回归目标函数的L1&L2范数正则项约束进行嵌入式波段选择,为每个类别选择出各自可分性强的波段,同时可以使高度相关性的波段保留下来作为分类依据。最后使用邻域优化策略对分类后结果进一步优化,提升分类精度。结果 分别在3个实验数据集上与其他分类算法进行对比,实验结果表明,本文算法的分类结果取得明显提升。本文算法的总体分类精度（overall accuracy,OA）在Indian Pines、Salinas和KSC （Kennedy Space Center）数据集上分别为96.61%、98.66%和99.04%,比其他算法平均分别高出4.8%、3%和1%,同时也在Indina Pines数据集中进行了对比实验以验证增强混合像元光谱可分性和波段可分性算法的有效性,对比实验结果表明本文算法改善了分类效果。结论 分别在光谱特性和波段选择两个环节增强类可分性,分类精度取得明显提升;同时,本文算法适合不同的数据集,并且在不同数量的训练样本下OA均表现较优,算法具有一定的鲁棒性。     

Only connect: teaching, technology and telesis

Abstract This paper describes an approach to the design of interactive multimedia materials being developed in a European Community project. The developmental process is seen as a dialogue between technologists and teachers. This dialogue is often problematic because of the differences in training, experience and culture between them. Conditions needed for fruitful dialogue are described and the generic model for learning design used in the project is explained.     

European Community policy and the market

Abstract This paper starts with some reflections on the policy considerations and priorities which are shaping European Commission (EC) research programmes. Then it attempts to position the current projects which seek to capitalise on information and communications technologies for learning in relation to these priorities and the apparent realities of the marketplace. It concludes that while there are grounds to be optimistic about the contribution EC programmes can make to the efficiency and standard of education and training, they are still too technology driven.     

一种自适应子融合集成多分类器方法

融合集成方法已经广泛应用在模式识别领域,然而一些基分类器实时性能稳定性较差,导致多分类器融合性能差,针对上述问题本文提出了一种新的基于多分类器的子融合集成分类器系统。该方法考虑在度量层融合层次之上通过对各类基多分类器进行动态选择,票数最多的类别作为融合系统中对特征向量识别的类别,构成一种新的自适应子融合集成分类器方法。实验表明,该方法比传统的分类器以及分类融合方法识别准确率明显更高,具有更好的鲁棒性。     

Avoiding semantic and temporal gaps in developing software intensive systems

Development of software intensive systems (systems) in practice involves a series of self-contained phases for the lifecycle of a system. Semantic and temporal gaps, which occur among phases and among developer disciplines within and across phases, hinder the ongoing development of a system because of the interdependencies among phases and among disciplines. Such gaps are magnified among systems that are developed at different times by different development teams, which may limit reuse of artifacts of systems development and interoperability among the systems. This article discusses such gaps and a systems development process for avoiding them.     

Designing economic np control charts: A programmed simulation approach

This paper presents control charts models and the necessary simulation software for the location of economic values of the control parameters. The simulation program is written in FORTRAN, requires only 10K of main storage, and can run on most mini and micro computers. Two models are presented - one describes the process when it is operating at full capacity and the other when the process is operating under capacity. The models allow the product quality to deteriorate to a further level before an existing out-of-control state is detected, and they can also be used in situations where no prior knowledge exists of the out-of-control causes and the resulting proportion defectives.     

The development of robot art

Going through a few examples of robot artists who are recognized worldwide, we try to analyze the deepest meaning of what is called “robot art” and the related art field definition. We also try to highlight its well-marked borders, such as kinetic sculptures, kinetic art, cyber art, and cyberpunk. A brief excursion into the importance of the context, the message, and its semiotics is also provided, case by case, together with a few hints on the history of this discipline in the light of an artistic perspective. Therefore, the aim of this article is to try to summarize the main characteristics that might classify robot art as a unique and innovative discipline, and to track down some of the principles by which a robotic artifact can or cannot be considered an art piece in terms of social, cultural, and strictly artistic interest. This work was presented in part at the 13th International Symposium on Artificial Life and Robotics, Oita, Japan, January 31–February 2, 2008     

Explanation and prediction: an architecture for default and abductive reasoning

Although there are many arguments that logic is an appropriate tool for artificial intelligence, there has been a perceived problem with the monotonicity of classical logic. This paper elaborates on the idea that reasoning should be viewed as theory formation where logic tells us the consequences of our assumptions. The two activities of predicting what is expected to be true and explaining observations are considered in a simple theory formation framework. Properties of each activity are discussed, along with a number of proposals as to what should be predicted or accepted as reasonable explanations. An architecture is proposed to combine explanation and prediction into one coherent framework. Algorithms used to implement the system as well as examples from a running implementation are given.     

Three Process Perspectives: Organizations, Teams, and People

This paper provides the author's personal views and perspectives on software process improvement. Starting with his first work on technology assessment in IBM over 20 years ago, Watts Humphrey describes the process improvement work he has been directly involved in. This includes the development of the early process assessment methods, the original design of the CMM, and the introduction of the Personal Software Process (PSP)^SM and Team Software Process (TSP){^SM}. In addition to describing the original motivation for this work, the author also reviews many of the problems he and his associates encountered and why they solved them the way they did. He also comments on the outstanding issues and likely directions for future work. Finally, this work has built on the experiences and contributions of many people. Mr. Humphrey only describes work that he was personally involved in and he names many of the key contributors. However, so many people have been involved in this work that a full list of the important participants would be impractical.     

基于复小波噪声方差显著修正的SAR图像去噪

提出了一种基于复小波域统计建模与噪声方差估计显著性修正相结合的合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)图像斑点噪声滤波方法。该方法首先通过对数变换将乘性噪声模型转化为加性噪声模型,然后对变换后的图像进行双树复小波变换(Dualtree Complex Wavelet Transform,DCWT),并对复数小波系数的统计分布进行建模。在此先验分布的基础上,通过运用贝叶斯估计方法从含噪系数中恢复原始系数,达到滤除噪声的目的。实验结果表明该方法在去除噪声的同时保留了图像的细节信息,取得了很好的降噪效果。     

How do children do mathematics with LOGO?

Abstract  This paper considers some results of a study designed to investigate the kinds of mathematical activity undertaken by children (aged between 8 and 11) as they learned to program in LOGO. A model of learning modes is proposed, which attempts to describe the ways in which children used and acquired understanding of the programming/mathematical concepts involved. The remainder of the paper is concerned with discussing the validity and limitations of the model, and its implications for further research and curriculum development.