11 天前

基于距离协方差表示的自适应掩码采样与流形到欧氏子空间学习用于高光谱图像分类

{and Gongping Yang., Yuwen Huang, Yikun Liu, Wei Li, Mingsong Li}
摘要

针对高光谱图像(HSI)中蕴含的丰富光谱与空间信息,充分挖掘光谱-空间关联关系已成为高光谱图像分类(HSIC)领域的研究热点。然而,当前仍面临若干难以克服的挑战:其一,在基于图像块(patch-based)的处理范式中,部分空间邻域像素与中心像素在地物类别上常存在不一致现象;其二,不同光谱波段之间存在的线性与非线性相关性虽至关重要,却在建模与挖掘方面极具难度。为解决上述问题,本文提出一种自适应掩码采样与流形到欧氏子空间学习(Adaptive Mask Sampling and Manifold to Euclidean Subspace Learning, AMS-M2ESL)框架。具体而言,首先设计了一种基于自适应掩码的块内采样模块(Adaptive Mask-based Intra-patch Sampling, AMIPS),该模块依据中心光谱向量导向的空间关系,实现对图像块内像素的自适应采样。随后,基于距离协方差(distance covariance)描述子,提出一种双通道距离协方差表示模块(Dual Channel Distance Covariance Representation, DC-DCR),用于统一建模光谱-空间特征表示,并深入挖掘光谱域中的线性与非线性依赖关系。此外,考虑到距离协方差矩阵位于对称正定(Symmetric Positive Definite, SPD)流形上,本文进一步构建了尊重SPD流形黎曼几何结构的流形到欧氏子空间学习(Manifold to Euclidean Subspace Learning, M2ESL)模块,以实现高层光谱-空间特征的高效学习。为进一步提升计算效率,引入一种近似矩阵平方根(Approximate Matrix Square-root, ASQRT)层,实现高效的欧氏子空间投影。在三个主流高光谱图像数据集上的大量实验结果表明,所提方法在训练样本有限的条件下,显著优于现有主流方法。源代码已开源,获取地址为:https://github.com/lms-07/AMS-M2ESL。

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