高光谱图像分类的自适应决策融合方法

作     者：叶珍 董睿 陈浩鑫 白璘 Ye Zhen;Dong Rui;Chen Haoxin;Bai Lin

作者机构：长安大学电子与控制工程学院西安710064 

出 版 物：《中国图象图形学报》 (Journal of Image and Graphics)

年 卷 期：2021年第26卷第8期

页      面：1952-1968页

核心收录：

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081002[工学-信号与信息处理] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2020YFC1512000) 国家自然科学基金项目(41601344,61601059) 中央高校基本科研业务费专项资金资助(300102320107) 陕西省重点研发计划一般项目(2020GY-060) 

主　　题：高光谱图像分类 空谱特征提取 决策融合 多数票决 自适应权重 

摘      要：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。