光学学报, 2018, 38 (11): 1128001, 网络出版: 2019-05-09   

基于集成卷积神经网络的遥感影像场景分类 下载: 1289次

Scene Classification of Remote Sensing Images Based on Integrated Convolutional Neural Networks
作者单位
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 长光卫星技术有限公司吉林省卫星遥感应用技术重点实验室, 吉林 长春 130102
图 & 表

图 1. 集成神经网络结构

Fig. 1. Architecture of integrated neural network

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图 2. 集成网络构建流程

Fig. 2. Flow chart of integrated network construction

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图 3. NWPU-RESISC45数据集的场景图

Fig. 3. Scene images of NWPU-RESISC45 dataset

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图 4. ResNet-50训练过程中准确率、损失值和学习率随循环次数的变化。(a)准确率;(b)损失值;(c)学习率

Fig. 4. Accuracy, loss value and learning rate versus number of cycles in training process of ResNet-50.(a) Accuracy; (b) loss value; (c) learning rate

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图 5. CNN的分类结果

Fig. 5. Classification results based on CNN

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图 6. BP网络的训练过程中准确率和损失值随循环次数的变化曲线。(a)准确率;(b)损失值

Fig. 6. Accuracy and loss value versus number of cycles in training process of BP network. (a) Accuracy; (b) loss value

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图 7. 集成模型对数据集进行分类预测后得到的混淆矩阵

Fig. 7. Confusion matrix obtained after classification prediction of dataset by integrated model

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图 8. 与其他算法单类的准确率对比

Fig. 8. Single accuracy comparison with those of other algorithms

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图 9. 多种模型的分类准确率和预测时间

Fig. 9. Classification accuracies and prediction time of various models

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图 10. 使用AlexNet进行分类的场景类别数量对集成模型的性能影响

Fig. 10. Impact of number of scene categories classified by AlexNet on performance of integrated model

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表 1各个网络的训练参数及结果

Table1. Training parameters and results of each network

ModelInput size /(pixel×pixel)Batch size /frameNumber of cyclesTraining accuracy /%
Experiment IExperiment II
AlexNet224×22425630081.2285.46
ResNet-50224×22425630086.5290.52
ResNet-152224×22412860085.1190.11
DenseNet-169224×22412860082.4487.44
VGG-16[2]---87.1590.36
Proposed model---88.4792.53

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表 2几种算法的性能对比

Table2. Performance comparison among several algorithms

MethodColor-histogramBoVWVGG-16ResNet-50ProposedCompetition
Accuracy /%27.5244.9790.3690.5992.5393.41
Standard deviation0.21840.20510.06730.06570.05930.0451
Prediction time /s--0.620.470.412.26

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表 3与其他方法的平均准确率对比

Table3. Average accuracy comparison with those of other algorithms

MethodAccuracy /%(experiment I)Accuracy /%(experiment II)
GIST[2]15.9017.88
LBP[2]19.2021.74
Color histograms[2]24.8427.52
BoVW+SPM[2]27.8332.96
LLC[2]38.8140.03
BoVW[2]41.7244.97
GoogLeNet[2]82.5786.02
VGG-16[2]87.1590.36
AlexNet[2]81.2285.16
Two-streamDFF[13]80.2283.16
ResNet-5087.6990.59
Proposed model89.3492.53

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张晓男, 钟兴, 朱瑞飞, 高放, 张作省, 鲍松泽, 李竺强. 基于集成卷积神经网络的遥感影像场景分类[J]. 光学学报, 2018, 38(11): 1128001. Xiaonan Zhang, Xing Zhong, Ruifei Zhu, Fang Gao, Zuoxing Zhang, Songze Bao, Zhuqiang Li. Scene Classification of Remote Sensing Images Based on Integrated Convolutional Neural Networks[J]. Acta Optica Sinica, 2018, 38(11): 1128001.

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