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专利号: 2020104664295
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于生成对抗网络的高分辨率遥感图像分类方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:输入高分辨率遥感图像和该图像中每个像素的真实类标图像,选择训练样本集和测试样本集;

步骤2:根据训练样本集,利用5折交叉验证法,用深度卷积神经网络进行分类,得到均值混淆矩阵;

步骤3:根据均值混淆矩阵构造M组训练类别对,其中M为高分辨率遥感图像的类别数,分别对每一个训练类别对,执行步骤4‑步骤8;

步骤4:分别对每一个训练类别对,构造训练样本对xA(i)和xB(i),i=1,...,100,设置对应的临时类标为lA(i)和lB(i),其中,lA(i)=0,lB(i)=1;分别将每一个训练样本对按照光谱维数方向组合成一个图像块;

步骤5:搭建生成对抗网络,并构造生成器和判别器损失函数;

步骤6:输入图像块,分别对生成器和判别器的损失函数交替进行训练,直到达到预先设定的迭代次数;

步骤7:根据步骤6,将训练样本对xA(i)和xB(i)按照光谱维数方向组合成一个图像块,并将图像块输入到训练好的生成器中,生成最终的混合样本gAB(i);

步骤8:将最终的混合样本gAB(i)的类标指定为训练样本xA(i)在真实类标图上的真实类标,将最终生成的所有混合样本gAB(i),i=1,...,100加入训练样本集合中;

步骤9:根据更新的训练样本集合,对步骤2中构造的深度卷积神经网络再次进行训练,并将测试样本集内的样本输入到训练好的深度卷积神经网络中,输出测试样本的预测标签,获得分类结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于生成对抗网络的高分辨率遥感图像分类方法,其特征在于,所述步骤1的具体做法为:步骤1.1:以高分辨率遥感图像中的每个有标签的像素为中心,划定一个27×27个像素大小的空间窗;

步骤1.2:将每个空间窗内所有的像素组成一个数据立方体;

步骤1.3:将所有的数据立方体组成高光谱图像的样本集;

步骤1.4:在高分辨率遥感图像的样本集中,分别对每一类随机选取100个样本,组成高分辨率遥感图像的训练样本集;将剩余样本组成高分辨率遥感图像的测试样本集。

3.根据权利要求1所述的一种基于生成对抗网络的高分辨率遥感图像分类方法,其特征在于,所述步骤2的具体做法为:步骤2.1:将训练样本集等分为5个子集,轮流将每个子集做一次验证子集,其余的4组子集结合起来作为训练子集,这样会得到5个组合,分别对每一个组合,执行步骤2.2‑步骤

2.4;

步骤2.2:构造一个4层的三维深度卷积神经网络,并将训练子集作为该三维深度卷积神经网络的输入,对该网络进行训练,得到训练好的三维深度卷积神经网络;

步骤2.3:将验证子集的样本输入到步骤2.2中训练好的三维深度卷积神经网络,根据网络中训练好的参数值,得到验证子集内每一个样本的预测类标;

步骤2.4:根据验证子集内每一个样本的预测类标和真实类标,计算混淆矩阵;

步骤2.5:计算5个混淆矩阵的均值,得到均值混淆矩阵。

4.根据权利要求1所述的一种基于生成对抗网络的高分辨率遥感图像分类方法,其特征在于,所述步骤3中的根据均值混淆矩阵构造M组训练类别对的具体做法为:分别对均值混淆矩阵的第k行,将第k个数值对应的列号设置为A类的类别,将同一行的除了第k个数值之外其余最大数值对应的列号设置为对应的B类的类别,A类和B类被认为是一个训练样本对,总共可以获得M个训练样本对。

5.根据权利要求1所述的一种基于生成对抗网络的高分辨率遥感图像分类方法,其特征在于,所述步骤4中的构造训练样本对,是分别对每一个训练类别对,分别从A类样本和B类样本中不重复的随机选择一个样本,构成训练样本对xA(i)和xB(i),i=1,...,100,并设置对应的临时类标lA(i)和lB(i),其中lA(i)=0,lB(i)=1。

6.根据权利要求1所述的一种基于生成对抗网络的高分辨率遥感图像分类方法,其特征在于,所述步骤5的具体做法为:步骤5.1:搭建生成对抗网络:

搭建一个由卷积层和逆卷积层构成的生成器,并设置每层参数;

搭建一个由2个卷积层、2个下采样层,一个全连接层和一个分类层构成的判别器,并设置每层参数;

将生成器和判别器组成生成对抗网络;

步骤5.2:用生成器生成样本:

将步骤4得到的训练样本对xA(i)和xB(i)按照光谱维数方向组合成一个图像块,作为生成器的输入,生成混合样本gAB(i),i=1,...,100,并设gAB的临时类标为lA(i),与训练样本xA(i)的临时类标相同;

步骤5.3:用鉴别器分类样本:

分别将训练样本xB(i)和混合样本gAB(i)作为判别器的输入,分别输出xB(i)和gAB(i)的预测标签l′B(i)和l′AB(i),i=1,...,100;

步骤5.4:构造生成器和判别器的损失函数:

分别对生成的混合样本gAB(i)与训练样本xA(i)均方根误差,混合样本gAB(i)与训练样本xB(i)的均方根误差,以及混合样本gAB(i)的预测标签l′AB(i)和训练样本xA(i)的临时类标lA(i)的交叉熵,三项加权和作为生成器的损失函数;

生成器的损失函数LG计算公式如下:

其中f(·)表示交叉熵函数,λ1和λ2表示调节参数,λ1和λ2的值均设为0.5;

分别计算训练样本xB(i)的预测标签l′B(i)和临时类标lB(i)的交叉熵,以及生成的混合样本gAB(i)的预测标签l′AB(i)和训练样本xA(i)的临时类标lA(i)的交叉熵,并将两个交叉熵的和作为鉴别器的损失函数LD;

判别器的损失函数LD计算公式如下:

7.根据权利要求1所述的一种基于生成对抗网络的高分辨率遥感图像分类方法,其特征在于,所述步骤6交替训练生成器和判别器的具体做法为:步骤6.1:利用梯度下降法,用生成器的损失函数训练生成器;

步骤6.2:利用梯度下降法,用鉴别器的损失函数训练鉴别器;

步骤6.3:重复执行步骤6.1和步骤6.2,直到达到预先设定的迭代次数,停止迭代。