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自然资源遥感  2022, Vol. 34 Issue (4): 97-104    DOI: 10.6046/zrzyyg.2021377
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融合多尺度特征的国产光学影像辐射异常分类检测
谭海1(), 张荣军1,2(), 樊文锋1, 张一帆1, 徐航1
1.自然资源部国土卫星遥感应用中心,北京 100048
2.辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院,阜新 123000
Classification and detection of radiation anomalies in Chinese optical satellite images by integrating multi-scale features
TAN Hai1(), ZHANG Rongjun1,2(), FAN Wenfeng1, ZHANG Yifang1, XU Hang1
1. Land Satellite Remote Sensing Application Center, MNR, Beijing 100048, China
2. School of Geomatics, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China
全文: PDF(4689 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

随着我国航天遥感事业的高速发展,国产民用光学遥感卫星种类不断丰富,光学影像数据量呈跨越式增长,对光学遥感影像传感器校正产品的业务化日常质量检查带来巨大挑战。在质量检验业务中,影像辐射异常检查是影像质量检验的关键环节之一,存在自动化检查技术能力缺失、人工参与多、效率低等问题。针对以上问题,提出了一种融合多尺度特征的辐射异常数据分类检测深度学习网络模型。该网络模型在EfficientNet-B0模型的基础上引入空洞空间卷积池化金字塔,通过设置不同大小的膨胀率,收集不同尺度下辐射异常数据特征,并将不同尺度上的特征进行通道拼接和池化卷积处理; 再与EfficientNet-B0模型提取出来的特征进行融合处理,以提高分类检测模型的精度。实验结果表明,所提出的分类检测模型,对光学影像辐射异常数据检测分类具有较高的分类精度,优于其他模型分类精度,将有助于提升遥感影像辐射质量检验的自动化水平。

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谭海
张荣军
樊文锋
张一帆
徐航
关键词 EfficientNet深度学习辐射异常分类检测    
Abstract

With the rapid development of China’s aerospace remote sensing industry, the types of Chinese civilian optical remote sensing satellites have continuously increased. Consequently, the data volume of optical images shows a leapfrogging growth. This brings huge challenges to the daily quality inspection of the calibration products for optical remote sensing image sensors. The inspection of image radiation anomalies is a key step in image quality inspection. However, the inspection faces many problems such as a lack of automated inspection technical capabilities, high manual participation, and low efficiency. To address the above problems, this study proposed a deep learning network model that integrates multi-scale features for the classification and detection of radiation anomaly data. This network model employed a hollow space convolutional pooling pyramid based on the EfficientNet-B0 model. The features of radiation anomaly data on different scales were collected by setting different expansion rates and then processed through channel splicing, pooling, and convolution. Furthermore, they were merged with the features extracted using the EfficientNet-B0 model to improve the precision of the classification and detection model. The experimental results show that the proposed classification and detection model has a higher classification precision for the detection and classification of radiation anomaly data of optical images than other models. Therefore, this study will help to improve the automation level of radiation quality inspection of remote sensing images.

Key wordsEfficientNet    deep learning    radiation anomaly    classification detection
收稿日期: 2021-11-10      出版日期: 2022-12-27
ZTFLH:  TP79  
基金资助:高分遥感测绘应用示范系统(二期)(42-Y30B04-9001-19/21)
通讯作者: 张荣军(1996-),男,硕士研究生,研究方向为遥感影像信息提取及三维建模。Email: 3081089943@qq.com
作者简介: 谭 海(1973-),男,博士,副研究员,研究方向为遥感影像处理与信息提取、卫星遥感产品质量检验技术。Email: tanh@lasac.cn
引用本文:   
谭海, 张荣军, 樊文锋, 张一帆, 徐航. 融合多尺度特征的国产光学影像辐射异常分类检测[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(4): 97-104.
TAN Hai, ZHANG Rongjun, FAN Wenfeng, ZHANG Yifang, XU Hang. Classification and detection of radiation anomalies in Chinese optical satellite images by integrating multi-scale features. Remote Sensing for Natural Resources, 2022, 34(4): 97-104.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2021377      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2022/V34/I4/97
Fig.1  CCD拼接问题数据示例
Fig.2  乱码问题数据示例
Fig.3  抽头问题数据示例
Fig.4  缺失问题数据示例
Fig.5  偏色问题数据示例
Fig.6  EfficientNet-B0结构
Fig.7  改进后的EfficientNet-B0网络模型
Fig.8  膨胀卷积的感受野大小
Fig.9  训练过程整体分类精度损失值变化曲线
分类方法 CCD拼接 乱码 抽头 缺失 偏色 正常
本文方法 0.970 0.952 0.968 0.975 0.962 0.973
EfficientNet-B0 0.965 0.946 0.952 0.961 0.957 0.968
ResNet 0.901 0.925 0.913 0.930 0.912 0.940
VGG16 0.908 0.944 0.910 0.903 0.932 0.937
GoogLeNet 0.937 0.928 0.925 0.918 0.929 0.930
Tab.1  不同模型对不同问题数据分类精度对比
分类方法 Precisionmacro Recallmacro F1
本文方法 0.193 3 0.191 6 0.192 4
EfficientNet-B0 0.190 1 0.188 9 0.187 5
ResNet 0.180 3 0.182 0 0.182 5
VGG16 0.183 9 0.183 4 0.183 7
GoogLeNet 0.185 6 0.184 5 0.185 0
Tab.2  不同分类模型的综合性能对比
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