基于新型神经网络的高光谱遥感图像分类方法研究

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高光谱遥感图像具有很高的光谱分辨率和地物鉴别能力,已广泛应用于农业、生态环境、国防等领域。由于高光谱图像波段多、数据量大,传统的遥感图像分类方法不合适高光谱图像分类。本文在高光谱遥感图像降维处理的基础上,采用新型神经网络方法,对航空OMIS-I高光谱遥感影像进行详细的分类实验。首先,采用核主成分分析(KernelPrincipal Component Analysis,KPCA)方法和遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对高光谱遥感图像进行降维处理;然后;采用传统遥感图像分类方法(ISODATA、SVM)、传统神经网络(BP)、新型神经网络方法分别进行分类对比实验;最后,采用混淆矩阵和制图精度进行分类精度评价。论文的主要研究工作和成果包括:(1)高光谱遥感图像降维处理。论文主要采用核主成分分析(KPCA)和遗传算法(GA)两种方法进行了降维。KPCA方法尽管降维后的物理意义不明确,但是对于不符合高斯分布的数据,KPCA能获得较为理想的效果,因为KPCA是一种非线性降维技术。遗传算法降维属于波段选择的范畴,采用遗传算法进行波段选择时,尽管时间复杂度不是很低,但是能够找到比较理想的特征波段用于后继工作的分类。(2)传统遥感图像分类方法与新型神经网络方法的对比。首先采用SVM和ISODATA方法对OMIS-I高光谱图像进行分类,然后将分类结果与新型神经网络方法对比,结果表明新型神经网络方法比传统遥感图像分类方法效果要好。(3)应用新型神经网络方法对高光谱遥感图像进行分类实验。首先采用传统的BP神经网络算法对高光谱遥感图像进行了分类,分类结果显示,普通的BP网络分类结果并不理想。在此基础上,引入了模糊网络、小波网络、极限学习机、Adaboost网络、架构网络、基于遗传算法的神经网络等网络进行遥感图像的分类,然后与普通的BP网络进行对比。主要选择了2个指标进行对比:一个是制图精度,另一个是时间复杂度。实验表明新型神经网络方法比传统的神经网咯方法分类精度要搞。在制图精度上,Adaboost网络、模糊网络和基于遗传算法的网络的精度最高。而在时间复杂度上,极限学习机的效率最高,这是因为极限学习机不需要进行反复的迭代,而且不会陷入局部极小。但是这些新型的神经网络依然存在着一些缺点,例如Adaboost网络的计算量太大、遗传网络的计算太复杂且计算量太大、而极限学习机则容易出现过拟合等等。
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