融合累积变异比和集成超限学习机的高光谱图像分类

• 作者: 刘万军 尹玉萍 魏林
• 来源期刊: 中国图象图形学报
• 学科: 工学
• 关键词: 高光谱图像 超限学习机 累积变异比 投票表决 分类
• 年，卷（期）: 2020,（5）
• 所属期刊栏目: 遥感图像处理
• 页码范围: 1053-1068
• 页数: 16页
• 分类号: TP391
• 字数: 10800字
• 语种: 中文

摘要

目的 高光谱图像具有高维度的光谱结构,而且邻近波段之间往往存在大量冗余信息,导致在随机样本选择策略和图像分类过程中出现选择波段算法复杂度较高和不适合小样本的现象.针对该问题,在集成学习算法的基础上,考虑不同波段在高光谱图像分类过程中的作用不同,提出一种融合累积变异比和超限学习机的高光谱图像分类算法.方法 定义波段的累积变异比函数来确定各波段在分类算法的贡献程度.基于累积变异比函数剔除低效波段,并结合空谱特征进行平均分组加权随机选择策略进行数据降维.为了进一步提高算法的泛化能力,对降维后提取的空谱特征进行多次样本重采样,训练得到多个超限学习机弱分类器,再将多个弱分类器的结果通过投票表决法得到最后的分类结果.结果 实验使用Indian Pines、Pavia University scene和Salinas这3种典型的高光谱图像作为实验标准数据集,采用支持向量机(support vector machine,SVM),超限学习机(extreme learningmachine,ELM),基于二进制多层Gabor超限学习机(ELM with Gabor,GELM),核函数超限学习机(ELM with kernel,KELM),GELM-CK(GELM with composite kernel),KELM-CK(KELM with composite kernel)和SS-EELM(spatial-spec-tral and ensemble ELM)为标准检测算法验证本文算法的有效性,在样本比例较小的实验中,本文算法的总体分类精度在3种数据集中分别为98.0％、98.9％和97.9％,比其他算法平均分别高出9.6％和4.7％和4.1％.本文算法耗时在3种数据集中分别为15.2s、60.4s和169.4 s.在同类目标空谱特性差异较大的情况下,相比于分类精度较高的KELM-CK和SS-EELM算法减少了算法耗时,提高了总体分类精度;在同类目标空谱特性相近的情况下,相比于其他算法,样本数量的增加对本文算法的耗时影响较小.结论 本文算法通过波段的累积变异比函数优化了平均分组波段选择策略,针对各类地物目标分布较广泛并且同类目标空谱特性差异较大的高光谱数据集,能够有效提取特征光谱维度的差异性,确定参数较少,总体分类效果较好.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	刘万军	辽宁工程技术大学软件学院	181	1681	19.0	33.0
2	魏林	辽宁工程技术大学基础教学部	15	38	4.0	6.0
3	尹玉萍	辽宁工程技术大学电气与控制工程学院	16	51	5.0	7.0