卷积神经网络在高分遥感影像分类中的应用

针对目前应用于高分辨率遥感影像分类的常用算法,其精度已无法满足大数据环境下的分类要求的问题,该文提出了卷积神经网络分类算法。卷积神经网络模型降低了因图像平移、比例缩放、倾斜或者共他形式的变形而引起的误差。在大数据环境下,采用卷积神经网络算法对高分辨率遥感影像进行分类,避免了特征提取和分类过程中数据重建的复杂度,提高了分类精度。通过实验比对分析,证明了卷积神经网络在高分辨率遥感影像分类中的可行性及精度优势,对遥感图像处理领域等相关工作提供了参考价值。     

高分影像场景分类的半监督深度卷积神经网络学习方法

传统基于深度卷积神经网络的场景分类方法往往需要大量标记样本用于模型的参数训练,在标记训练集数量有限的情况下,学习得到的特征泛化能力降低.针对这一问题,本文提出了高分影像分类的半监督深度卷积神经网络学习方法(3sCNN),采用自学习半监督策略,训练阶段不断增加训练样本:首先,通过有限的标记数据对深度网络进行初步训练;然后...     

结合面向对象和深度特征的高分影像树种分类

针对传统手工提取特征方法需要专业领域知识,提取高质量特征困难的问题,将深度迁移学习技术引入到高分影像树种分类中,提出一种结合面向对象和深度特征的高分影像树种分类方法。为了获取树种的精确边界,该方法首先利用多尺度分割技术分割整幅遥感影像,并选择训练样本作为深度卷积神经网络的输入。为了避免样本数量少导致过拟合问题,采用迁移学习方法,使用ImageNet上训练的VGG16模型参数初始化深度卷积神经网络,并利用全局平局池化压缩参数,在网络最后添加1024个节点的全连接层和7个节点的Softmax分类器,利用反向传播和Adam优化算法训练网络。最后分类整幅遥感影像,生成树种专题地图。以安徽省滁州市的皇甫山国家森林公园为研究区,QuickBird高分影像作为数据源,采用本文方法进行树种分类。试验结果表明,本文方法树种分类总体精度和Kappa系数分别为78.98%和0.685 0,在保证树种精度的同时实现了端到端的树种分类。     

卷积神经网络迁移的高分影像场景分类学习

针对基于人工提取特征的传统分类方法无法有效表达高空间分辨率遥感影像高层语义信息,且需要大量高质量训练数据,而带标签样本数据匮乏的问题。迁移学习运用已有知识对不同但相关领域问题进行求解,可有效解决目标领域中仅有少量标签样本数据的学习问题。该文提出利用迁移学习,基于卷积神经网络的深度学习模型进行高分影像场景分类。首先,基于ImageNet预训练的卷积神经网络Inception-v3模型提取高分影像数据的特征向量;然后,将特征向量作为输入数据训练一个新的单层全连接神经网络,经少量带标签影像场景数据训练后得到最终分类结果。该方法在UC Merced、AID和Wuhan 7类场景影像数据集上分别取得99%、93.3%和96.6%的准确率,相比已有方法,有效提高高分影像场景分类精度,同时说明知识迁移在高分影像场景分类领域的可行性。     

基于卷积神经网络的高分遥感影像内陆盐沼湿地信息提取

本文以宁夏盐池Landsat 8影像、高分二号影像、LiDAR数据插值生成的DEM数据、地理国情普查数据等为数据源,首先利用一年多期的Landsat 8影像确定提取内陆盐沼湿地的最佳时相;然后对最佳时相的高分二号(GF-2)融合影像等数据进行多尺度叠置分割,获取NDVI、DEM、穗帽变换等特征,采用最邻近分类器提取内陆...     

注意力密集卷积网络遥感影像多目标检测

针对遥感影像目标检测中背景复杂、正负样本严重不均衡问题,提出一种基于注意力与密集连接的遥感影像目标检测模型。在特征提取层使用卷积注意力模块分别沿通道、空间域聚合特征图正样本特征,同时通过密集连接加强层间交流;利用上下层特征融合与连续上采样构建3个尺度的特征增强金字塔。实验结果表明,本文模型对不同复杂程度场景下的各类别目标均能够实现稳定检出,且精度优于现有主流目标检测模型,具有良好的泛化能力与实时性。     

双通道卷积神经网络在影像融合中的应用

利用Landsat8遥感卫星影像数据制作影像融合数据集,提出了一种双通道融合网络,并利用结果影像的质量指数对网络融合性能进行评估,分析与双三次卷积插值和GS影像融合方法的差异。结果表明,该网络加强了对高频空间信息的提取,在更高效提取空间特征的同时,减弱了融合过程中对多光谱影像光谱特征的影响,从而提高了融合影像的综合影像质量（QNR=0.885 2）。     

多结构卷积神经网络特征级联的高分影像土地利用分类

高分辨率遥感影像包含丰富的土地利用类型信息,针对单一卷积神经网络提取图像特征信息不足的问题,提出了一种多结构卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）特征级联的分类方法。首先,选择CaffeNet（convolutional architecture for fast feature embedding）、VGG-S（visual geometry group-slow）、VGG-F（visual geometry group-fast）为实验初始模型,对网络全连接层进行参数微调,采用随机梯度下降法（stochasticgradient descent,SGD）更新网络的权重;然后以微调后的网络分别作为特征提取器对图像提取特征,级联上述3种网络的第二个全连接层输出特征作为图像表达;最后,以多类最优边界分配机（multi-class optimal margindistribution machine,mcODM）获得最终分类结果。实验采用UC Merced land-use数据集进行分类效果检验,结果表明,多结构卷积神经网络级联的方法能够达到97.55%的总体分类精度,相较于CaffeNet、VGG-S和VGG-F等,分类精度分别提升了5.71%、2.72%和5.1%。因此多结构卷积神经网络特征级联的方法能够有效提取目标特征信息,提升土地利用分类精度。     

联合显著性和多层卷积神经网络的高分影像场景分类

高分辨率遥感影像中的场景信息,对于影像解译和现实世界的理解具有重要意义。传统的场景分类方法多利用中、低层人工特征,但是高分辨率遥感影像的信息丰富,场景构成复杂,需要高层次的特征来表达。本文提出了一种联合显著性和多层卷积神经网络的方法,首先利用显著性采样获取包含影像主要信息的有意义的块,将这些块作为样本集输入卷积神经网络中进行训练,获得不同层次的特征表达,最后联合多层特征利用支持向量机进行分类。两组高分影像场景数据UC Merced 21类和Wuhan 7类试验表明,显著性采样能够有效地获取主要目标,减弱其他无关目标的影响,降低数据冗余;卷积神经网络能够自动学习高层次的特征,相比已有方法,本文方法能够有效提高分类精度。     

遥感影像地物分类多注意力融和U型网络法

经典的卷积神经网络在对遥感影像进行地物分类的过程中,由于影像中的地物尺寸和光谱特征差异较大、待分类目标背景环境复杂等问题,经典影像分类方法很难得到理想的分类结果。针对这些问题,本文借鉴U型卷积神经网络多层次特征融和的思想,提出了多注意力融和U型网络(MAFU-Net)。该网络利用注意力模块提取和处理不同层次的语义信息,强化不同位置像素和不同特征图之间的相关性,进而提高网络在复杂背景条件下的分类性能。为了验证本文提出的网络在遥感影像地物分类中的效果,分别在ISPRS上的Vaihingen数据集以及北京、河南两地区高分二号数据集上进行了试验,并与目前主流的语义分割网络进行了对比。试验结果表明,相比其他网络,本文提出的MAFU-Net在不同特点的数据集上均可以得到最佳的地物分类结果。同时,该网络结构简单、计算复杂度低、参数量少,具有很强的实用性。另外,本文充分利用特征可视化手段进行MAFU-Net和其他网络的分类性能对比分析,试验结果表明,目前多数深度学习网络模型的深层次原理和作用机制较为复杂,无法准确解释特定网络为何在某种数据集中会失效。这需要研究人员进一步通过更加高级的可视化表达方法和量化准则来对特定深度学习模型及网络性能进行分析评价,进而对更加高级的模型结构进行设计。     

联合卷积神经网络与集成学习的遥感影像场景分类

针对人工设计的中、低层特征难以实现复杂场景影像的高精度分类以及卷积神经网络依赖大量训练数据等问题，结合迁移学习与集成学习，提出了一种联合卷积神经网络与集成学习的遥感影像场景分类算法。首先基于迁移学习的思想，利用在自然影像数据集上训练好的多个深层卷积神经网络模型作为特征提取器，提取图像多个高度抽象的语义特征；然后构建由Logistic回归和支持向量机组成的Stacking集成模型，对同一图像的多个特征分别训练Logistic模型，将预测概率结果融合构建概率特征；最后利用支持向量机对概率特征训练和预测，得到场景影像的分类结果。利用UCMerced_LandUse和NWPU-RESISC 45两种不同规模的遥感影像数据集进行试验，即使在只有10%的数据作为训练样本情况下，本文方法能够分别达到90.74%和87.21%的分类精度。     

基于语义分割网络的高分遥感影像城市建成区提取方法研究与对比分析

城市建成区的提取对城市发展规划有着重要的作用.为了找出能兼顾效率和识别准确率的基于卷积神经网络的遥感影像城市建成区提取方法,从神经网络结构的原理出发,对多种语义分割网络的内部结构进行对比分析,并针对语义分割网络分别进行训练及结果比较.实验结果表明,ShelfNet-50网络能够在训练速度最快的同时保证很高的识别准确率,...     

多尺度并联卷积神经网络遥感影像油罐目标检测算法

针对传统遥感影像油罐目标检测算法依赖油罐圆形特征,对于背景复杂和存在大量小目标的情况检测效果差的问题,提出一种多尺度并联卷积神经网络油罐目标检测算法.首先根据油罐目标尺寸对各神经网络检测效果的影响规律,采用不同网络架构分别检测不同尺寸的油罐目标;其次利用经过训练的分类网络对上述检测结果进行后处理,剔除可能存在的误检;最...     

基于深度卷积神经网络的高分辨率遥感影像场景分类

场景分类对于高分辨率遥感影像的理解和信息提取具有重要意义。传统方法利用低、中级或语义特征来对影像的场景进行判别,但是针对高分影像涵盖的细节多、类别复杂等特点,中低层特征无法对影像语义进行准确描述。本文提出了一种基于深度卷积神经网络DCNN场景分类模型。首先利用卷积层对影像的纹理、颜色等低阶特征进行提取,然后利用池化层对重要特征进行筛选,最后将提取到的特征进行组合,形成高阶语义特征,利用高阶语义特征对高分影像进行场景分类。为了解决模型的过拟合问题,使用了数据增广、正则化及Dropout提高模型的泛化能力。本文方法在UC Merced-21取得了91.33%的准确率,相比于传统方法,有效地提高了分类精度,同时证明了深度卷积神经网络在遥感影像分类领域优越性。     

注意力引导特征融合与联合学习的遥感影像场景分类

为充分利用遥感影像的多尺度特征,解决遥感影像尺度差异、类间相似和类内差异等现象给高精度场景分类造成的困难,本文提出了一种注意力引导特征融合和联合学习的遥感影像场景分类方法。首先,利用深层卷积神经网络提取影像不同层次的特征图;然后,利用设计的残差注意力机制增强不同层次特征图的语义信息、抑制冗余噪声信息;最后,使用全局均值池化获取不同层次特征图的全局信息以构建特征向量,并将不同层次的特征向量融合,3个不同层次的特征向量及融合后的特征向量分别采用独立的全连接层进行分类。利用联合损失训练网络参数,采取多分类器决策级融合的方式提高预测的稳健性。在UC Merced、AID和NWPU-RESISC45数据集上的试验结果表明,本文方法显著改善了对相似场景及类内差异显著场景的辨识能力,与使用多尺度特征的同类型场景分类方法相比,总体分类精度分别提高0.84%、4.04%和4.43%。     

基于注意力机制的高分遥感图像采石场识别

采石业对国民经济起到积极作用的同时,给生态、环境和人居安全带来了隐患。目前,石矿区生态修复成为重要的生态文明建设问题。解决该问题的前提是识别采石场且确定石矿区边界。高分遥感对地观测和深度学习技术为高精度识别采石场并确定矿区边界提供了有效的途径。本文基于残差网络,设计了注意力金字塔结构和细节增强模块,以少量参数和极低计算复杂度为代价,从无人机高分遥感图像中有效识别石矿区。试验采用福建省南安市高分遥感图像和人工实地考察获取的石矿区边界真值作为数据源,构建用于卷积神经网络训练的数据集,并对算法精度进行验证。试验结果表明,本文方法速度快、精度高,可为石矿区生态修复提供可靠的支撑材料。     

人工神经网络在多源遥感影像分类中的应用

在研究人工神经网络理论的基础上,应用动量法和学习率自适应调整的策略,改变ＢＰ神经网络的主要缺点,提出对同一地区空间配准的Ｌａｎｄｓａｔ ＴＭ３,ＴＭ４,ＴＭ５影像和航空ＳＡＲ影像,一方面采用该种网络对两类影像分别进行分类,将其分类结果按提出的融合规则进行分类融合得到最终分类结果,另一方面采用该网络对两类影像进行融合分类,得到相应分类结果,比较这两者的结果表明,基于改进的ＢＰ神经网络用于土地利用分类     

基于高斯混合模型的遥感影像半监督分类

提出了对每一类地物的光谱特征用一个高斯混合模型(Gauss mixture model,GMM)描述的新思路,并应用在半监督分类(semi-supervised classification)中。实验证明,本方法只需少量的标定数据即可达到其他监督分类方法(如支持向量机分类、面向对象分类)的精度,具有较好的应用价值。     

轻量卷积神经网络遥感影像目标检测方法

针对常规遥感影像目标检测模型在低算力环境难以运行问题,提出一种新的轻量级目标检测方法.采用深度可分离卷积核及通道分组混排构建轻量级特征提取网络,采用K-means聚类获取锚点框,使用跨层连接双层特征金字塔预测多尺度目标.利用遥感影像目标检测数据集(RSOD)数据集对模型训练,采用精度均值,平均精度均值,每秒传输帧数对模...