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国土资源遥感  2018, Vol. 30 Issue (4): 49-55    DOI: 10.6046/gtzyyg.2018.04.08
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基于CNN模型的遥感图像复杂场景分类
张康1,2,3, 黑保琴1,2, 李盛阳1,2, 邵雨阳1,2
1. 中国科学院空间应用工程与技术中心,北京 100094
2. 中国科学院太空应用重点实验室,北京 100094
3. 中国科学院大学,北京 100049
Complex scene classification of remote sensing images based on CNN
Kang ZHANG1,2,3, Baoqin HEI1,2, Shengyang LI1,2, Yuyang SHAO1,2
1. Technology and Engineering Center for Space Utilization, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China
2. Key Laboratory of Space Utilization, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China
3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
全文: PDF(4541 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

复杂场景分类对于挖掘遥感图像中的价值信息具有重要意义。针对于遥感图像的复杂场景分类,提出了一种基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)模型的分类方法,在该方法中构建了8层CNN网络结构,并对输入图像进行预处理操作以进一步增强模型的适应性,且在模型分类器的选择问题上提供了Softmax和支持向量机2种分类器,使其能够自动化提取特征,避免了前期繁琐的图像处理和人工提取特征等过程。在UC Merced Land Use和Google of SIRI-WHU这2组数据集中进行实验,结果表明,相比于CNN with Overfeat feature和SRSCNN方法,该模型提高了2%以上的分类精度,且2种分类器的总体分类精度均能达到95%以上。

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张康
黑保琴
李盛阳
邵雨阳
关键词 卷积神经网络深度学习遥感图像场景分类支持向量机    
Abstract

Complex scene classification has great significance for mining the value information in remote sensing images. The proposed convolutional neural networks (CNN) can improve the complex scene classification of remote sensing images. The CNN method extracts features automatically, avoiding problems in the image pretreatment and the feature extraction by manual labor. An eight-layer CNN model is constructed in this paper, and the pre-treatment module has enhanced the adaptability of this method. Given the problem in choosing classifiers, this paper provides the Softmax and support vector machine (SVM) in the presented CNN. The experiment results in two datasets, the UC Merced Land Use and the Google of SIRI-WHU indicate that the presented CNN method can increase the accuracy of classification by more than 2% compared with the CNN with Overfeat feature method and the SRSCNN method, and the total classification accuracy of the two classifiers is over 95%.

Key wordsconvolutional neutral networks    deep learning    remote sensing images    scene classification    support vector machine
收稿日期: 2017-04-11      出版日期: 2018-12-07
:  TP79  
基金资助:中国科学院空间应用工程与技术中心前瞻性课题“基于深度学习的高分辨率遥感影像农作物识别方法研究”资助(CSU-QZKT-201713)
作者简介: 张康(1992-),女,硕士研究生,主要研究方向为机器学习、遥感图像处理。Email: zhangkang1128@126.com
引用本文:   
张康, 黑保琴, 李盛阳, 邵雨阳. 基于CNN模型的遥感图像复杂场景分类[J]. 国土资源遥感, 2018, 30(4): 49-55.
Kang ZHANG, Baoqin HEI, Shengyang LI, Yuyang SHAO. Complex scene classification of remote sensing images based on CNN. Remote Sensing for Land & Resources, 2018, 30(4): 49-55.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/gtzyyg.2018.04.08      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2018/V30/I4/49
Fig.1  基于CNN模型的遥感图像场景分类总体流程
Fig.2  遥感图像场景分类的CNN框架
Fig.3  基于CNN的遥感图像场景分类方法
Fig.4  UC Merced Land Use遥感图像数据集
Fig.5  Google of SIRI-WHU遥感图像数据集
Fig.6  遥感图像场景分类结果
Fig.7  基于CNN模型的遥感图像场景分类的混淆矩阵
Fig.8  相似性和差异性
算法 测试集精度
BOVW[20,23] 72.1±0.4
SPCK++[20,22-23] 76.19±0.19
MS-DCNN[21] 91.34
CNN with Overfeat feature[23] 92.4
CNN+Softmax 95.48
CNN+SVM 95
Tab.1  不同算法UC Merced Land Use数据集的分类精度
算法 测试集精度
SRSCNN[20] 93.40
CNN+Softmax 95.63
CNN+SVM 95.83
Tab.2  不同算法Google of SIRI-WHU数据集的分类精度
Fig.9  精度和损失函数的变化曲线
[1] Liu Z Y . Remote sensing land use change monitoring based on special chart restriction[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2011.
[2] Voogt J A, Oke T R . Thermal remote sensing of urban climates[J]. Remote Sensing of Environment, 2003,86(3):370-384.
doi: 10.1016/S0034-4257(03)00079-8
[3] 许夙晖, 慕晓冬, 柯冰 , 等. 基于遥感影像的军事阵地动态监测技术研究[J]. 遥感技术与应用, 2014,29(3):511-516.
Xu S H, Mu X D, Ke B , et al. Dynamic monitoring of military position based on remote sensing image[J]. Remote Sensing Technology and Application, 2014,29(3):511-516.
[4] 王治中, 张庆君, 吕科 . 大数据时代航天遥感系统的挑战和机遇[J].工程研究-跨学科视野中的工程, 2014(3):244-258.
Wang Z Z, Zhang Q J, Lyu K . A brief analysis of challenges and opportunities of space remote sensing system in the big data age[J].Journal of Engineering Studies, 2014(3):244-258
[5] Duda R O, Hart P E, Stork D G . Pattern Classification[M]. New York:Wiley, 1998: 55-88.
[6] Li Q, Bao W, Li X, et al. High resolution remote sensing image classification based on SVM and FCM [C]// International Conference on Electrical,Computer Engineering and Electronics. 2015.
[7] 邓曾, 李丹, 柯樱海 , 等. 基于改进SVM算法的高分辨率遥感影像分类[J]. 国土资源遥感, 2016,28(3):12-18.doi: 10.6046/gtzyyg.2016.03.03.
doi: 10.6046/gtzyyg.2016.03.03
Deng Z, Li D, Ke Y H , et al. An improved SVM algorithm for high spatial resolution remote sensing image classification[J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2016,28(3):12-18.doi: 10.6046/gtzyyg.2016.03.03.
[8] 阎继宁, 周可法, 王金林 , 等. 基于SAM与SVM的高光谱遥感蚀变信息提取[J]. 计算机工程与应用, 2013,49(19):141-146.
Yan J N, Zhou K F, Wang J L , et al. Extraction of hyper-spectral remote sensing alteration information based on SAM and SVM[J]. Computer Engineering and Applications, 2013,49(19):141-146.
[9] Wu M, Chen L. Image recognition based on deep learning [C]// Chinese Automation Congress.IEEE, 2015.
[10] 曹林林, 李海涛, 韩颜顺 , 等. 卷积神经网络在高分遥感影像分类中的应用[J]. 测绘科学, 2016,41(9):170-175.
doi: 10.16251/j.cnki.1009-2307.2016.09.033
Cao L L, Li H T, Han Y S , et al. Application of convolutional neural networks in classification of high resolution remote sensing imagery[J]. Science of Surveying and Mapping, 2016,41(9):170-175.
[11] Hinton G E, Salakhutdinov R R . Reducing the dimensionality of data with neural networks[J]. Science, 2006,313(5786):504.
doi: 10.1126/science.1127647
[12] 芮挺, 费建超, 周遊 , 等. 基于深度卷积神经网络的行人检测[J]. 计算机工程与应用, 2016,52(13):162-166.
Rui T, Fei J C, Zhou Y , et al. Pedestrian detection based on deep convolutional neural network[J]. Computer Engineering and Applications, 2016,52(13):162-166.
[13] Zhang Q, Xu J, Xu L , et al. Deep convolutional neural networks for forest fire detection[C]//2016 International Forum on Management,Education and Information Technology Application.Atlantis Press, 2016.
[14] Zhang R, Yao J, Zhang K , et al.S-CNN ship detection from high-resolution remote sensing images[J].ISPRS, 2016, B7:423-430.
[15] Krizhevsky A, Sutskever I, Hinton G E . ImageNet classification with deep convolutional neural networks[J]. Advances in Neural Information Processing Systems, 2012,25(2):2012.
doi: 10.1145/3065386
[16] Girshick R, Donahue J, Darrell T , et al. Rich feature hierarchies for accurate object detection and semantic segmentation[J]. Computer Science, 2014: 580-587.
doi: 10.1109/CVPR.2014.81
[17] Yosinski J, Clune J, Bengio Y , et al. How transferable are features in deep neural networks?[J]. Eprint Arxiv, 2014,27:3320-3328.
[18] UC Merced Land Use Dataset[DB/OL].( 2010- 10- 28)[2017-16]. .
[19] Zhao B, Zhong Y, Xia G S , et al. Dirichlet-derived multiple topic scene classification model fusing heterogeneous features for high resolution remote sensing imagery[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2015,54(4):2108-2123.
[20] Liu Y, Zhong Y, Fei F, et al. Scene semantic classification based on random-scale stretched convolutional neural network for high-spatial resolution remote sensing imagery[C]// IGARSS 2016-2016 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium.IEEE, 2016: 763-766.
[21] 许夙晖, 慕晓冬, 赵鹏 , 等. 利用多尺度特征与深度网络对遥感影像进行场景分类[J]. 测绘学报, 2016,45(7):834-840.
doi: 10.11947/j.AGCS.2016.20150623
Xu S H, Mu X D, Zhao P , et al. Scene classification of remote sensing image based on multi-scale feature and deep neural network[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2016,45(7):834-840.
[22] Yang Y, Newsam S. Spatial pyramid co-occurrence for image classification [C]// International Conference on Computer Vision.IEEE, 2011: 1465-1472.
[23] Marmanis D, Datcu M, Esch T , et al. Deep learning earth observation classification using imagenet pretrained networks[J]. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2015,13(1):1-5.
doi: 10.1109/LGRS.2015.2499239
[1] 赵晓伟, 黄杨, 汪永强, 储鼎. 基于无人机多光谱数据的玉米苗株估算[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1): 106-114.
[2] 张大明, 张学勇, 李璐, 刘华勇. 一种超像素上Parzen窗密度估计的遥感图像分割方法[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1): 53-60.
[3] 薛白, 王懿哲, 刘书含, 岳明宇, 王艺颖, 赵世湖. 基于孪生注意力网络的高分辨率遥感影像变化检测[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1): 61-66.
[4] 郭晓征, 姚云军, 贾坤, 张晓通, 赵祥. 基于U-Net深度学习方法火星沙丘提取研究[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(4): 130-135.
[5] 于新莉, 宋妍, 杨淼, 黄磊, 张艳杰. 结合空间约束的卷积神经网络多模型多尺度船企场景识别[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(4): 72-81.
[6] 李轶鲲, 杨洋, 杨树文, 王子浩. 耦合模糊C均值聚类和贝叶斯网络的遥感影像后验概率空间变化向量分析[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(4): 82-88.
[7] 冯东东, 张志华, 石浩月. 基于多元数据的省会城市城中村精细提取[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(3): 272-278.
[8] 刘万军, 高健康, 曲海成, 姜文涛. 多尺度特征增强的遥感图像舰船目标检测[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(3): 97-106.
[9] 武宇, 张俊, 李屹旭, 黄康钰. 基于改进U-Net的建筑物集群识别研究[J]. 国土资源遥感, 2021, 33(2): 48-54.
[10] 卢麒, 秦军, 姚雪东, 吴艳兰, 朱皓辰. 基于多层次感知网络的GF-2遥感影像建筑物提取[J]. 国土资源遥感, 2021, 33(2): 75-84.
[11] 安健健, 孟庆岩, 胡蝶, 胡新礼, 杨健, 杨天梁. 基于Faster R-CNN的火电厂冷却塔检测及工作状态判定[J]. 国土资源遥感, 2021, 33(2): 93-99.
[12] 仇一帆, 柴登峰. 无人工标注数据的Landsat影像云检测深度学习方法[J]. 国土资源遥感, 2021, 33(1): 102-107.
[13] 刘钊, 赵桐, 廖斐凡, 李帅, 李海洋. 基于语义分割网络的高分遥感影像城市建成区提取方法研究与对比分析[J]. 国土资源遥感, 2021, 33(1): 45-53.
[14] 蔡祥, 李琦, 罗言, 齐建东. 面向对象结合深度学习方法的矿区地物提取[J]. 国土资源遥感, 2021, 33(1): 63-71.
[15] 王小兵. 融合提升小波阈值与多方向边缘检测的矿区遥感图像去噪[J]. 国土资源遥感, 2020, 32(4): 46-52.
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