基于多方向自适应感知网络的高光谱遥感图像分类

作     者：刘倩 吴泽彬 徐洋 郑鹏 郑尚东 韦志辉 LIU Qian;WU Zebin;XU Yang;ZHENG Peng;ZHENG Shangdong;WEI Zhihui

作者机构：南京理工大学计算机科学与工程学院南京210014 

出 版 物：《遥感学报》 (NATIONAL REMOTE SENSING BULLETIN)

年 卷 期：2024年第28卷第1期

页      面：168-186页

核心收录：

学科分类：07[理学] 08[工学] 09[农学] 083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 070801[理学-固体地球物理学] 0708[理学-地球物理学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0903[农学-农业资源与环境] 0816[工学-测绘科学与技术] 081602[工学-摄影测量与遥感] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家自然科学基金(编号:61772274,61701238,61671243) 江苏省自然科学基金(编号:BK20180018,BK20170858) 中央高校基本科研基金(编号:30917015104,30919011103,30919011402) 中国博士后科学基金(编号:2017M611814) 

主　　题：遥感 高光谱图像 深度学习 多方向自适应感知 空谱结构建模 空谱联合分类 

摘      要：高光谱遥感能够同步获取目标场景的光谱数据和空间图像,满足对目标物体成分组成和形貌特征的探测需求,已被广泛应用于精准农业、地质勘察、环境监测和生物医学等领域。近几年,得益于优秀的空谱信息表征能力,基于卷积神经网络的高光谱图像分类方法取得了优于传统方法的分类精度。然而,基于一定规则和固定方形窗口的卷积运算无法满足不同对象、不同分布的空谱特征提取需求,当像素位于类别边缘时该模式无法避免其他类别的无关信息,导致类别间的信息扩散以及跨类别像素的误分和错分。针对上述问题,本文提出了一种基于多方向自适应感知的高光谱图像空谱联合分类方法,并通过联合不同邻域范围的空谱上下文信息来改善模型的局部空谱建模能力。具体研究过程如下:首先,将常规卷积网络的全窗口滤波器拆分为不同方向的半窗滤波器,从而设计出侧窗卷积以捕捉具有方向性的空谱特征;然后,在此基础上进一步将不同方向的侧窗滤波核整合到统一的卷积架构中构造空谱分离多方向卷积,并设计方向自适应感知模块,以密集连接构建基于高光谱图像的多方向自适应感知分类网络,赋予模型自适应学习多种空谱结构特征的能力,弥补常规卷积和侧窗卷积只能建模单一方向空谱关系的不足,提升模型对复杂空谱结构的刻画能力。在3个公开数据集上的实验结果表明,本文提出的多方向自适应感知分类方法较常规卷积方法具有更优的分类性能,能增强边缘样本的表征准确性,改善分类中的边缘混淆现象。