激光与光电子学进展, 2020, 57 (20): 201101, 网络出版: 2020-10-13   

GGCN:基于GPU的高光谱图像分类算法 下载: 1049次

GGCN: GPU-Based Hyperspectral Image Classification Algorithm
作者单位
1 上海海洋大学信息学院, 201306
2 上海电力大学电子与信息工程学院, 上海 200090
图 & 表

图 1. Cube-CNN-SVM模型框架

Fig. 1. Cube-CNN-SVM model framework

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图 2. 卷积运算的定义形式

Fig. 2. Definition form of convolution operation

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图 3. 卷积运算的矩阵乘形式

Fig. 3. Matrix multiplication form of convolution operation

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图 4. 图像预处理以及卷积运算

Fig. 4. Image preprocessing and convolution operation

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图 5. 模型训练损失和精度变化曲线。(a)损失;(b)精度

Fig. 5. Model training loss and accuracy variation. (a) Loss; (b) accuracy

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图 6. 不同数量卷积层加速比的变化

Fig. 6. Changes in the speedup ratio of different numbers of convolution layers

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表 1算法伪代码

Table1. Algorithm pseudocode

Algorithm:GGCN
Input: Hyperspectral image1, Data preprocessing: processing <<>>i-th iteration: Forward propagation2, Convolutional: convol <<< gridsize, blocksize, 0, stream>>>3, Pooling: maxpooling <<< gridsize, blocksize, 0, stream>>>4, Fully connected: fullyconnected <<< gridsize, blocksize, 0, stream>>>5, Output: output <<>>6, Copy classification results to CPU to calculate the loss: 7, Copy data: cudaMemcpy()8, Calculate the loss: lossfunction()Backward propagation9, Output: bp_output <<< gridsize, blocksize, 0, stream>>>10, Fully Connected: bp_fullyconnected<<< gridsize, blocksize,0,stream>>>11, Pooling: bp_maxpooling <<>>12, Convolutional: bp_update_kernel <<< gridsize, blocksize, 0, stream>>>OutputEnd

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表 2遥感数据集信息

Table2. Information of the remote sensing datasets

DatasetSensorClass numberDimensionTop 5 classesSize /MB
KSCAVIRIS13512 × 614×176Water, scrub, spartna-marsh,mud-flats, salt-marsh56.8
PUPOSIS9610×340×103Meadows, asphalt, bare-soil,self-blocking bricks, trees33.2
Indian PinesAVIRIS16145×145×224Soybean-mintill, corn-notill, woods,soybean-notill, corn-mintill5.7

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表 3不同数据预处理方式时间消耗对比

Table3. Comparison of time consumption of different data preprocessing methods

DatasetNeighbor pixel extract strategyTime /s
CPUPNPEG-PNPE
KSC1P4N8N2.654.896.210.450.881.120.510.921.22
PU1P4N8N2.213.303.870.310.520.660.330.490.71
Indian Pines1P4N8N1.05 1.652.170.170.210.280.180.200.26

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表 4不同分类模型平均训练时间和加速比

Table4. Comparison of running time and speedup of different classification models

DatasetMethodTime /sSpeedup ratio
MBGD(batchsize is 10)MBGD(batchsize is 100)
KSCCube-CNN-SVMGCNGGCN23123.623487.342834.0123012.493322.342598.781.06.68.2
PUCube-CNN-SVMGCNGGCN2231.23351.46286.222187.75338.11230.061.06.37.8
Indian PinesCube-CNN-SVMGCNGGCN453.62107.3484.01422.49102.3480.781.04.25.1

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表 5不同分类模型准确率

Table5. Accuracy of different classification models

DatasetMethodAccuracy /%
MBGD(batchsize is 10)MBGD(batchsize is 100)
KSCCube-CNN-SVMGCNGGCN93.7893.3393.6793.4793.1293.92
PUCube-CNN-VMGCNGGCN96.6796.2396.3495.2195.6195.69
Indian PinesCube-CNN-SVMGCNGGCN94.7894.7394.8794.6794.5294.42

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表 6改进模型与原模型各层级时间占比

Table6. Ratio of time between the improved model and the original model

LayerPercentage /%
GCNGGCN
Preprocessing1.02.4
Convolution38.228.0
Pooling2.45.6
Fully connection27.124.0
Output19.022.0
Others13.318.0

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张明华, 邹亚晴, 宋巍, 黄冬梅, 刘智翔. GGCN:基于GPU的高光谱图像分类算法[J]. 激光与光电子学进展, 2020, 57(20): 201101. Minghua Zhang, Yaqing Zou, Wei Song, Dongmei Huang, Zhixiang Liu. GGCN: GPU-Based Hyperspectral Image Classification Algorithm[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2020, 57(20): 201101.

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