3 个月前

基于离散余弦变换的联合光谱-空间信息压缩与波段相关性计算的高光谱特征提取

基于离散余弦变换的联合光谱-空间信息压缩与波段相关性计算的高光谱特征提取

摘要

高光谱图像(HSI)中的像素级预测任务需要精心设计用于分类器学习的特征。然而,生成的分类图常面临过度平滑的问题,表现为在目标边界和细节方面与原始图像存在显著差异。为解决这一过度平滑问题,本文提出一种提取光谱-空间-波段相关性(Spectral-Spatial-Band Correlation, SSBC)特征的方法。在SSBC特征中,联合光谱-空间特征提取被建模为基于离散余弦变换(DCT)的信息压缩过程,通过引入展平操作(flattening operation),有效避免了从三维图像中提取联合光谱-空间信息所导致的高计算开销。然而,该过程可能导致提取的特征丢失部分光谱信息。我们认为,提升提取特征中的光谱信息量,是缓解分类图过度平滑问题的关键。因此,本文对归一化差异植被指数(NDVI)和氧化铁指数进行了改进,以适应高光谱数据中丰富的波段特性,用于增强波段相关性特征的光谱信息表达。由于原始NDVI和氧化铁指数的计算依赖于两个特定波段,难以充分挖掘高光谱数据中多波段间的复杂光谱关系,因此本文通过优化其计算方式,使其更适用于高光谱场景。在四个真实高光谱数据集上的实验结果表明,所提出的SSBC特征能够显著缓解过度平滑问题,且分类性能与当前最先进的深度特征相当。

基准测试

基准方法指标
hyperspectral-image-classification-on-houstonSSBC
AA@10%perclass: 98.42%
F1@10%perclass: 98.54%
Kappa@10%perclass: 98.41%
OA@10%perclass: 98.53%
hyperspectral-image-classification-on-indianSSBC
AA@10%perclass: 97.16%
F1@10%perclass: 97.61%
Kappa@10%perclass: 98.47%
OA@10%perclass: 98.66%
hyperspectral-image-classification-on-kennedySSBC
AA@10%perclass: 98.06%
F1@10%perclass: 98.11%
Kappa@10%perclass: 98.61%
OA@10%perclass: 98.75%

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