光学学报, 2019, 39 (12): 1228002, 网络出版: 2019-12-06   

基于二值语义分割网络的遥感建筑物检测 下载: 989次

Remote Sensing Building Detection Based on Binarized Semantic Segmentation
朱天佑 1,2,3董峰 1,2龚惠兴 1,2,*
作者单位
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
图 & 表

图 1. 传统的神经网络训练流程图

Fig. 1. Flow chart for training of traditional neural network

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图 2. 二值化神经网络的训练流程图

Fig. 2. Flow chart for training of binarized neural network

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图 3. 三种网络对比示意图

Fig. 3. Comparison of three neural networks

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图 4. 三种网络结构和详细参数。(a) FU-Net;(b) GBU-Net;(c) MBU-Net

Fig. 4. Details and architectures of three networks. (a) FU-Net; (b) GBU-Net; (c) MBU-Net

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图 5. 遥感图片上的建筑物及其对应标注。(a) 卫星遥感图片;(b) 标注图片

Fig. 5. Buildings in satellite remote sensing image and their corresponding labels. (a) Satellite remote sensing image; (b) labeled image

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图 6. 部分训练数据图片

Fig. 6. Part samples of satellite remote sensing data for training

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图 7. MBU-Net卷积核组参数可视化结果

Fig. 7. Visualization result of convolution kernel group parameters of MBU-Net

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图 8. MBU-Net中间层可视化输入图

Fig. 8. Input image for visualizing of MBU-Net interlayer

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图 9. 第三层30张特征图的可视化结果

Fig. 9. Visualization results of 30 feature maps in third layer

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图 10. 五种网络的训练损失变化曲线

Fig. 10. Trends of loss of five networks

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图 11. 五种网络的训练准确率变化曲线

Fig. 11. Trends of accuracy of five networks

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图 12. 测试集中的部分输入图片及其对应的输出预测

Fig. 12. Partial input images and output prediction on test set

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表 1MBU-Net网络层详细的输入输出参数表

Table1. Input and output parameters of MBU-Net layer

Convolution typeInputKernel sizeStridePaddingOutput
BinaryConv2D256×256×33×3×641Same256×256×64
BinaryConv2D256×256×643×3×641Same256×256×64
Pool256×256×642×21128×128×64
BinaryConv2D128×128×643×3×1281Same128×128×128
BinaryConv2D128×128×1283×3×1281Same128×128×128
Pool128×128×1282×2164×64×128
BinaryConv2D64×64×1283×3×2561Same64×64×256
BinaryConv2D64×64×2563×3×2561Same64×64×256
Pool64×64×2562×232×32×256
BinaryConv2D32×32×2563×3×5121Same32×32×512
BinaryConv2D32×32×5123×3×5121Same32×32×512
Pool32×32×5122×216×16×512
BinaryConv2D256×256×1283×3×641Same256×256×64
BinaryConv2D256×256×643×3×161Same256×256×16
Conv2D256×256×161×1×11Same256×256×1

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表 2五种网络的训练损失值和准确率

Table2. Results of training loss and accuracy of five networks

AlgorithmTraining lossTraining accuracy /%
FU-Net0.0199.56
GBU-Net0.4187.73
MBU-Net0.1693.94
Deeplab0.0199.70
ENet0.2392.21

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表 3五种网络在测试集上的各项测试指标

Table3. Test indexes of five networks on test set

AlgorithmβPA/%P /%R /%F1score /%Memory /MBTime /ms
FU-Net81.8877.0766.2071.2296.60357
GBU-Net74.7484.4154.2266.033.0247
MBU-Net82.3382.7665.5473.153.0249
Deeplab82.0378.6367.1172.41123.47489
ENet78.4985.3756.1967.7713.73107

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表 4不同类型参数加法和乘法运算操作的能耗对比[32]

Table4. Comparison of energy consumption of addition and multiplication operations for different types of parameters[32]

OperationEnergy consumption /pJ
MultiplicationAddition
8 bit integer0.200.03
32 bit integer3.100.10
16 bit floating point1.100.40
32 bit floating point3.700.90

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朱天佑, 董峰, 龚惠兴. 基于二值语义分割网络的遥感建筑物检测[J]. 光学学报, 2019, 39(12): 1228002. Tianyou Zhu, Feng Dong, Huixing Gong. Remote Sensing Building Detection Based on Binarized Semantic Segmentation[J]. Acta Optica Sinica, 2019, 39(12): 1228002.

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