北理工科研團(tuán)隊(duì)在高光譜圖像地物分類領(lǐng)域取得新突破
發(fā)布日期：2024-10-16 供稿：光電學(xué)院 攝影：光電學(xué)院
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針對(duì)高光譜圖像分類中由微小光譜變化引起分類誤差和地物分布不均的挑戰(zhàn)，北京理工大學(xué)光電學(xué)院許廷發(fā)教授科研團(tuán)隊(duì)開展了雙階段光譜超像素人工智能分類方法研究，取得了突破性進(jìn)展。該研究成果以題為“Dual-stage Hyperspectral Image Classification Model with Spectral Supertoken”的論文形式發(fā)表在國(guó)際計(jì)算機(jī)視覺頂級(jí)學(xué)術(shù)會(huì)議《European Conference on Computer Vision （ECCV）》上，ECCV的全稱是European Conference on Computer Vision（歐洲計(jì)算機(jī)視覺國(guó)際會(huì)議），兩年一次，是計(jì)算機(jī)視覺三大會(huì)議之一。論文第一作者為北京理工大學(xué)劉沛甫博士生，通訊作者為許廷發(fā)教授和李佳男特別副研究員。
高光譜圖像分類是一項(xiàng)將預(yù)定義類別分配給遙感場(chǎng)景高光譜圖像中每個(gè)像素的任務(wù)，由于忽略了光譜相似像素之間的相關(guān)性，導(dǎo)致邊緣定義不準(zhǔn)確，難以管理相鄰區(qū)域中的微小光譜變化。為此，科研團(tuán)隊(duì)提出了一種創(chuàng)新性的雙階段光譜超像素分類網(wǎng)絡(luò)（DSTC）架構(gòu)，具體如圖1所示。引入了受超像素概念啟發(fā)的新型雙級(jí)光譜Supertoken分類器 (DSTC)。主要采用基于光譜導(dǎo)數(shù)的像素聚類，將具有相似光譜特征的像素分組為光譜超級(jí)標(biāo)記。通過(guò)將標(biāo)記的分類投影到圖像空間上，獲得了像素級(jí)結(jié)果，保持了區(qū)域分類一致性和精確邊界。此外，根據(jù)標(biāo)記內(nèi)的多樣性，構(gòu)建了一種基于類比例的軟標(biāo)簽。該標(biāo)簽根據(jù)不同類別的普遍性自適應(yīng)地為其分配權(quán)重，有效應(yīng)對(duì)地物分布不均的問(wèn)題，增強(qiáng)了分類算法的精度。
圖1. DSTC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖
該方法在大規(guī)模WHU-OHS數(shù)據(jù)集上的分類精度超越了性能最佳的檢測(cè)器，圖2是在WHU-OHS數(shù)據(jù)集上的部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
圖2. 地物分類結(jié)果可視化圖
該方法確保了連續(xù)區(qū)域分類結(jié)果的一致性，解決了微小光譜變化導(dǎo)致分類錯(cuò)誤以及地物分布不均難題，實(shí)現(xiàn)了精度與計(jì)算效率之間的平衡，為高光譜圖像地物種類分類的研究奠定了理論支撐。
論文詳情：P. Liu, T. Xu, J. Wang, H. Chen, H. Bai, and J. Li, Dual-stage Hyperspectral Image Classification Model with Spectral Supertoken, in European Conference on Computer Vision, doi: 10.1007/978-3-031-72754-2_21.
論文鏈接：https://arxiv.org/abs/2407.07307
附作者簡(jiǎn)介：
劉沛甫，碩士，2024級(jí)北京理工大學(xué)博士研究生。主要從事高光譜圖片處理與計(jì)算成像等方面的研究。以第一作者身份發(fā)表IEEE TMM 1篇，ECCV 1篇。
李佳男，博士，北京理工大學(xué)光電學(xué)院預(yù)聘助理教授（特別副研究員），新加坡國(guó)立大學(xué)博士后。主要從事光電成像目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別等方面的研究，主持國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目 5 項(xiàng)。以第一/共一作者發(fā)表IEEE TPAMI 4篇，IEEE TNNLS、CVPR等論文11篇，ESI高被引論文1篇；以通訊作者發(fā)表論文40余篇；谷歌學(xué)術(shù)總引4000余次。入選中國(guó)科協(xié)及北京市科協(xié)“青年人才托舉工程”項(xiàng)目，獲得中國(guó)圖象圖形學(xué)學(xué)會(huì)優(yōu)秀博士學(xué)位論文，王大珩光學(xué)獎(jiǎng)等榮譽(yù)。指導(dǎo)學(xué)生獲得ICCV 2021“反無(wú)人機(jī)跟蹤”挑戰(zhàn)賽國(guó)際冠軍及最佳論文獎(jiǎng)、第四屆“空天杯”創(chuàng)新創(chuàng)意大賽二等獎(jiǎng)、中國(guó)高等教育博覽會(huì)“校企合作 雙百計(jì)劃”典型案例等。研究成果在“中國(guó)天眼”等國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施中得到重要應(yīng)用。
許廷發(fā)，博士，國(guó)家一級(jí)重點(diǎn)學(xué)科“光學(xué)工程”學(xué)科責(zé)任教授，博士研究生導(dǎo)師。光電成像技術(shù)與系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，北京理工大學(xué)重慶創(chuàng)新中心智能化和大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主任。近年來(lái)帶領(lǐng)其科研團(tuán)隊(duì)圍繞光電成像探測(cè)與識(shí)別、計(jì)算成像和人工智能等領(lǐng)域不斷深化研究。主持承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金委重大科研儀器研制項(xiàng)目等50多項(xiàng)。在國(guó)際、國(guó)內(nèi)等系列期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇，其中被SCI/EI收錄100余篇。以第一發(fā)明人申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利87項(xiàng)，已授權(quán)和公示35項(xiàng)。獲省部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)3項(xiàng)。指導(dǎo)研究生獲得中國(guó)圖象圖形學(xué)學(xué)會(huì)優(yōu)秀博士學(xué)位論文，二人次獲得王大珩高校學(xué)生光學(xué)獎(jiǎng)，三人次獲得全國(guó)光學(xué)與光學(xué)工程博士生學(xué)術(shù)聯(lián)賽全國(guó)百?gòu)?qiáng)，獲得中國(guó)圖象圖形學(xué)會(huì)優(yōu)秀博士論文指導(dǎo)教師、中國(guó)高等教育博覽會(huì)“校企合作 雙百計(jì)劃”典型案例和重慶英才創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)示范團(tuán)隊(duì)等榮譽(yù)稱號(hào)。
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