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SpectralNET: Untersuchung von räumlich-spektralen Wavelet-CNNs für die Klassifikation hyperspektraler Bilder
SpectralNET: Untersuchung von räumlich-spektralen Wavelet-CNNs für die Klassifikation hyperspektraler Bilder
Tanmay Chakraborty Utkarsh Trehan
Zusammenfassung
Die Klassifizierung hyperspektraler Bilder (HSI) mittels konvolutioneller neuronalen Netze (CNN) ist in der aktuellen Literatur weit verbreitet. Die Ansätze reichen von der Verwendung von SVMs über 2D-CNNs, 3D-CNNs bis hin zu 3D-2D-CNNs. Neben 3D-2D-CNNs und FuSENet berücksichtigen die anderen Ansätze weder simultan die spektralen noch die räumlichen Merkmale für die HSI-Klassifizierung, was zu einer schlechten Leistung führt. 3D-CNNs sind rechenintensiv und werden daher nicht weit verbreitet eingesetzt, während 2D-CNNs die Mehrskalenverarbeitung von Bildern nicht berücksichtigen und sich lediglich auf räumliche Merkmale beschränken. Obwohl 3D-2D-CNNs darauf abzielen, sowohl spektrale als auch räumliche Merkmale zu modellieren, zeigt ihre Leistung bei Anwendung auf mehrere Datensätze eingeschränkte Ergebnisse. In diesem Artikel stellen wir SpectralNET, ein Wellenlet-CNN, vor – eine Variante des 2D-CNNs für die Mehrskalen-Klassifizierung von HSI-Daten. Ein Wellenlet-CNN nutzt Schichten der Wellenlet-Transformation, um spektrale Merkmale zu extrahieren. Die Berechnung einer Wellenlet-Transformation ist weniger rechenaufwendig als die eines 3D-CNNs. Die extrahierten spektralen Merkmale werden anschließend an ein 2D-CNN angekoppelt, das räumliche Merkmale erfasst, wodurch ein räumlich-spektrales Merkmalsvektor für die Klassifizierung generiert wird. Insgesamt wird ein überlegenes Modell erreicht, das HSI-Daten mit mehreren Auflösungen mit hoher Genauigkeit klassifizieren kann. Experimente mit SpectralNET auf Benchmark-Datensätzen – Indian Pines, University of Pavia und Salinas Scenes – bestätigen die Überlegenheit des vorgeschlagenen SpectralNET gegenüber den aktuellen Stand der Technik. Der Quellcode ist öffentlich über https://github.com/tanmay-ty/SpectralNET verfügbar.