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国土资源遥感  2018, Vol. 30 Issue (4): 41-48    DOI: 10.6046/gtzyyg.2018.04.07
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基于Fisher准则和TrAdaboost的高光谱相似样本分类算法
刘万军, 李天慧(), 曲海成
辽宁工程技术大学软件学院,葫芦岛 125105
Hyperspectral similar sample classification algorithm based on Fisher criterion and TrAdaboost
Wanjun LIU, Tianhui LI(), Haicheng QU
School of Software, Liaoning Technical University, Huludao 125105, China
全文: PDF(2308 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

针对小样本情况下高光谱类别相似导致图像类间分类精度低的问题,提出了一种基于Fisher准则和TrAdaboost的高光谱相似样本分类算法(H_TrAdaboost)。首先,结合光谱角法与光谱信息散度对样本进行相似度测量,确定辅助训练样本集,扩大总训练样本数量; 其次,利用改进的Fisher准则进行样本可分性研究,从而在总训练样本中选出分类性较强的波段子集; 最后,在算法迭代过程中利用TrAdaboost算法动态调整正负样本的权重,完成小样本情况下高光谱相似样本类间分类。结果表明,提出的H_TrAdaboost算法相较于对比算法有较高的分类精度,证明了所提算法的有效性。

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刘万军
李天慧
曲海成
关键词 高光谱图像分类光谱角光谱信息散度Fisher准则    
Abstract

To tackle the low classification accuracy problem of hyperspectral image classification caused by similar samples under the condition of small-sample-size, this paper proposes a hyperspectral image classification algorithm based on Fisher criterion and TrAdboost (H_TrAdaboost). Firstly, an auxiliary sample is determined with the spectral angle mapping (SAM) method and spectral information divergence (SID) so as to improve the total number of training samples. Secondly, the samples are studied separability based on the improved Fisher criterion to obtain relatively strong samples set. Finally, the weight of positive and negative sample distribution is adjusted dynamically by using TrAdaboost algorithm so as to achieve hyperspectral similarity class classification in the small sample size problem. In the comparative experiments with other compared algorithms, the highest classification accuracy is achieved, which fully shows that H_TrAdaboost algorithm can well solve the similar hyperspectral image classifications.

Key wordshyperspectral image classification    spectral angle mapping (SAM)    spectral information divergence (SID)    Fisher criterion
收稿日期: 2017-05-08      出版日期: 2018-12-07
:  TP751  
基金资助:国家自然科学基金项目“二向性反射分布函数的先验知识耦合式融合方法研究”(61401185);辽宁省教育厅科学技术研究一般项目“基于GPU加速的高光谱遥感影像解混技术研究”共同资助(L2015216)
通讯作者: 李天慧
作者简介: 刘万军(1959-),男,教授,硕士,CCF高级会员(E200019729S),主要从事数字图像处理、运动目标检测与跟踪研究。Email: liuwanjun39@163.com
引用本文:   
刘万军, 李天慧, 曲海成. 基于Fisher准则和TrAdaboost的高光谱相似样本分类算法[J]. 国土资源遥感, 2018, 30(4): 41-48.
Wanjun LIU, Tianhui LI, Haicheng QU. Hyperspectral similar sample classification algorithm based on Fisher criterion and TrAdaboost. Remote Sensing for Land & Resources, 2018, 30(4): 41-48.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/gtzyyg.2018.04.07      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2018/V30/I4/41
Fig.1  相似地物光谱均值及标准差对比
Fig.2  H_TrAdaboost算法流程
Fig.3  Indian Pines数据集真值
类别 类别图例 名称 总样本数/个
C1 免耕玉米地 1 428
C2 玉米幼苗 830
C3 玉米 237
C4 草地-树木 730
C5 免耕大豆地 972
C6 大豆幼苗 2 455
C7 修剪大豆地 593
C8 木材 1 265
  Information of Indian Pines dataset for experiment
类别 C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8
C1 0.000 0 0.000 2 0.000 5 0.002 9 0.000 2 0.000 3 0.000 4 0.010 8
C2 0.000 2 0.000 0 0.000 4 0.002 5 0.000 3 0.000 2 0.000 3 0.009 9
C3 0.000 5 0.000 4 0.000 0 0.001 6 0.000 5 0.000 5 0.000 7 0.006 9
C4 0.002 9 0.002 5 0.001 6 0.000 0 0.003 2 0.002 7 0.002 8 0.001 4
C5 0.000 2 0.000 3 0.000 5 0.003 2 0.000 0 0.000 4 0.000 3 0.011 7
C6 0.000 3 0.000 2 0.000 5 0.002 7 0.000 4 0.000 0 0.000 4 0.011 1
C7 0.000 4 0.000 3 0.000 7 0.002 8 0.000 3 0.000 4 0.000 0 0.010 9
C8 0.010 8 0.009 9 0.006 9 0.001 4 0.011 7 0.011 1 0.010 9 0.000 0
Tab.2  各类别之间的SID_SA值
目标样
本类别
辅助样
本类别
SVM TrAdaboost H_TrAdaboost
C1 vs C2 C6 vs C5 54.50 55.50 59.00
C1 vs C2 C5 vs C6 63.50 67.00 69.50
C1 vs C5 C2 vs C6 73.50 74.50 77.50
C1 vs C5 C2 vs C7 71.00 68.50 76.00
C1 vs C6 C2 vs C7 65.50 67.00 71.00
C1 vs C6 C7 vs C2 70.50 72.50 73.00
C2 vs C5 C1 vs C6 71.00 74.50 75.50
C2 vs C8 C1 vs C4 98.50 99.50 99.50
C2 vs C8 C1 vs C5 94.00 97.00 97.50
Tab.3  算法间的分类精度对比
样本类别 SVM算法
分类结果
TrAdaboost算
法分类结果
H_TrAdaboost算
法分类结果
C1 vs C2
C1 vs C5
C1 vs C6
C2 vs C5
C2 vs C8
  Accuracy compare of each algorithm in every sample
算法 统计值 15% 10% 5% 3% 2% 1%
SVM OA/% 71.00 71.00 69.00 65.50 63.50 63.50
Kappa 0.70 0.71 0.67 0.64 0.63 0.62
TrAdaboost OA/% 77.50 76.00 71.00 69.50 68.50 67.00
Kappa 0.77 0.73 0.71 0.68 0.68 0.65
H_TrAdaboost OA/% 79.50 77.50 73.50 72.00 70.50 69.50
Kappa 0.79 0.77 0.73 0.72 0.70 0.69
Tab.5  样本1上算法间的分类精度对比
算法 统计值 15% 10% 5% 3% 2% 1%
SVM OA/% 77.00 76.00 73.00 71.50 70.00 70.50
Kappa 0.76 0.76 0.73 0.71 0.70 0.70
TrAdaboost OA/% 79.50 77.50 75.00 72.50 73.50 72.50
Kappa 0.77 0.77 0.75 0.73 0.73 0.72
H_TrAdaboost OA/% 80.50 79.00 76.50 74.50 73.50 73.00
Kappa 0.81 0.79 0.76 0.74 0.73 0.73
Tab.6  样本2上算法间的分类精度对比
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