光学学报, 2020, 40 (21): 2128002, 网络出版: 2020-10-26   

基于注意力机制的多目标优化高光谱波段选择 下载: 1076次

Multi-Objective Optimization of Hyperspectral Band Selection Based on Attention Mechanism
作者单位
1 中国人民解放军空军航空大学航空作战勤务学院, 吉林 长春 130022
2 东北师范大学地理科学学院, 吉林 长春 130024
图 & 表

图 1. SENet结构

Fig. 1. SENet structure

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图 2. 波段选择模型结构

Fig. 2. Band selection model structure

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图 3. Botswana数据集的真彩色图像和地物真值图。(a)真彩色图像;(b)地物真值图

Fig. 3. True color image and ground truth map of Botswana data set. (a) True color image; (b) ground truth map

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图 4. Indian Pines数据集的真彩色图像和地物真值图。(a)真彩色图像;(b)地物真值图

Fig. 4. True color image and ground truth map of Indian Pines data set. (a) True color image; (b) ground truth map

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图 5. 实验中使用的SENet结构

Fig. 5. SENet structure in the experiment

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图 6. Botswana数据集上的总体分类精度、训练损失和波段权重变化。(a)总体分类精度;(b)训练损失;(c)波段权重热力图

Fig. 6. Overall classification accuracy, training loss, and band weight changes in the Botswana data set. (a) Overall classification accuracy; (b) training loss; (c) band weight thermal map

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图 7. Indian Pines数据集上的总体分类精度、训练损失和波段权重变化。(a)总体分类精度;(b)训练损失;(c)波段权重热力图

Fig. 7. Overall classification accuracy, training loss and band weight changes on the Indian Pines data set. (a) Overall classification accuracy; (b) training loss; (c) band weight thermal map

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图 8. 各算法在Botswana数据集上的总体分类精度、平均分类精度和Kappa系数。(a)总体分类精度;(b)平均分类精度;(c) Kappa系数

Fig. 8. Overall classification accuracy, average classification accuracy and Kappa coefficient of each algorithm in the Botswana data set. (a) Overall classification accuracy; (b) average classification accuracy; (c) Kappa coefficient

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图 9. 各算法在Botswana数据集上平均光谱散度

Fig. 9. Average spectral divergence of each algorithm on the Botswana data set

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图 10. 各算法在Indian Pines数据集上的总体分类精度、平均分类精度和Kappa系数。(a)总体分类精度;(b)平均分类精度;(c) Kappa系数

Fig. 10. Overall classification accuracy, average classification accuracy and Kappa coefficient of each algorithm in the Indian Pines data set. (a) Overall classification accuracy; (b) average classification accuracy; (c) Kappa coefficient

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图 11. 各算法在Indian Pines数据集上的平均光谱散度

Fig. 11. Average spectral divergence of each algorithm on the Indian Pines data set

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表 1模型中的数据尺寸及激活函数变化

Table1. Data size and activation function change in the model

ModuleLayerInput sizeOutput sizeActivation
Input1×1×b
Attention moduleFC-1(fully connected layer)1×1×b1×1×(b/16)ReLU
FC-2(fully connected layer)1×1×(b/16)1×1×bSigmoid
Encoder-1(autoencoder)1×1×b1×1×256
BN-1(batch normalization)1×1×2561×1×256ReLU
Encoder-2(autoencoder)1×1×2561×1×128
BN-2(batch normalization)1×1×1281×1×128ReLU
Encoder-3(autoencoder)1×1×1281×1×64
BN-3(batch normalization)1×1×641×1×64ReLU
Reconstruction moduleEncoder-4(autoencoder)1×1×641×1×64
BN-4(batch normalization)1×1×641×1×64ReLU
Decoder-1(autoencoder)1×1×641×1×128
BN-5(batch normalization)1×1×1281×1×128ReLU
Decoder-2(autoencoder)1×1×1281×1×256
BN-6(batch normalization)1×1×2561×1×256ReLU
Decoder-3(autoencoder)1×1×2561×1×bSigmoid
Classification moduleLatent vector1×1×641×1×64
FC-3(fully connected layer)1×1×64Number of classSoftmax

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表 2高光谱图像数据集

Table2. Hyperspectral image data set

ItemBotswanaIndian Pines
Shooting areaOkavango Delta, BotswanaIndiana, USA
Imaging spectrometerHyperionAVIRIS
Spectral range /nm400-2500400-2500
Number of wavelengths (remove strong noise and water vapor band)145200
Image size /(pixel×pixel)1476×256145×145
Spatial resolution /m3020
Sample size324810249
Object types1416

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表 3不同权重系数下两个数据集的实验结果

Table3. Experimental results of two data sets with different weight coefficients

γBotswanaIndian Pines
OA /%AA /%KappaOA /%AA /%Kappa
0.188.989.50.87373.171.40.708
0.389.389.80.88673.671.50.706
0.588.687.10.86974.370.40.712
0.787.286.80.85372.169.50.698
0.985.386.70.83969.766.10.664

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关世豪, 杨桄, 卢珊, 付严宇. 基于注意力机制的多目标优化高光谱波段选择[J]. 光学学报, 2020, 40(21): 2128002. Shihao Guan, Guang Yang, Shan Lu, Yanyu Fu. Multi-Objective Optimization of Hyperspectral Band Selection Based on Attention Mechanism[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(21): 2128002.

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