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基于注意力机制的高光谱图像降维在纸质文物霉斑识别的研究
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作者 汤斌 贺渝龙 +6 位作者 唐欢 龙邹荣 王建旭 谭博文 覃丹 罗希玲 赵明富 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS 北大核心 2025年第1期246-255,共10页
纸质文物作为文物传承的重要工具,用于记录不同时期人类历史及人文风貌,其在保存过程中极易受到霉菌等微生物的侵害。霉菌会加速纤维素的降解,在纸张表面生成霉斑,并且散落的孢子会随空气流动大范围传播,增加其他纸质文物发生霉变的风... 纸质文物作为文物传承的重要工具,用于记录不同时期人类历史及人文风貌,其在保存过程中极易受到霉菌等微生物的侵害。霉菌会加速纤维素的降解,在纸张表面生成霉斑,并且散落的孢子会随空气流动大范围传播,增加其他纸质文物发生霉变的风险。因此,定期对纸质文物进行霉斑检测对了解纸质文物现状和纸质文物修复至关重要。高光谱成像技术是一种非接触性、非破坏性的检测技术,能同时获得空间数据和光谱数据,与计算机技术结合可以实现纸质文物的大批次实时无损检测。针对黑曲霉这一广泛出现的霉菌,提出一种基于注意力机制的高光谱数据降维方法,通过采集其高光谱数据,实现了高光谱冗余数据的自适应预处理。采集了来自重庆中国三峡博物馆提供的20份纸质文物黑曲霉霉斑样本,使用ENVI软件分析得出在413~855 nm波段范围内,黑曲霉霉斑感染区域和健康区域的平均光谱曲线,平均反射率差异明显;在855~1021 nm波段范围内,黑曲霉霉斑感染区域和墨迹区域的平均光谱曲线,平均反射率差异明显。文中将所提出方法与传统主成分分析和独立成分分析预处理方法分别处理原始高光谱数据,并将结果在经典U-Net、SegNet、DeepLabV3+和PSPNet四个语义分割网络上进行了对比。结果表明,该算法预处理的数据在U-Net和SegNet经典网络中有明显优势,相较于主成分分析法和独立成分分析法,霉斑识别精度取得了较大提升达到89.49%和88.46%,验证了本文所提出算法的有效性,为文物保护领域提供有效的支撑和新的思路。 展开更多
关键词 光谱数据预处理 霉斑识别 纸质文物 注意力机制 图像分割
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高光谱图像结合一维卷积神经网络的玉米大斑病早期识别
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作者 路阳 顾福谦 +2 位作者 谷英楠 许思源 王鹏 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第8期2302-2310,共9页
大斑病在全球各大玉米产区都有出现,降低了玉米的品质和产量。该病害多在病斑明显时识别,难以及时防治。本文提出一维卷积神经网络(1DCNN)高光谱模型,实现早期识别。以玉米大斑病为研究对象,手动接种大斑病后,选取吐丝期的玉米叶片进行... 大斑病在全球各大玉米产区都有出现,降低了玉米的品质和产量。该病害多在病斑明显时识别,难以及时防治。本文提出一维卷积神经网络(1DCNN)高光谱模型,实现早期识别。以玉米大斑病为研究对象,手动接种大斑病后,选取吐丝期的玉米叶片进行试验,此时期刚显现病斑特征,但无法通过视觉属性观察看出是何种病害。首先采用SOC710E光谱仪采集高光谱图像,通过选取感兴趣区域获得玉米叶片的健康和大斑病两种光谱数据。使用SG卷积平滑、多元散射校正(MSC)、标准正态变换(SNV)和去趋势算法(DT)等四种光谱预处理方法,以去除光谱数据中的噪声。分别使用随机森林(RF)和K最近邻(KNN)两种监督学习算法,以准确率作为评价指标,对高光谱图像进行识别。结果表明,MSC为优选的预处理方法,两种模型预测准确率分别为88.13%和86.26%。然后采用竞争性自适应重加权算法对玉米叶片光谱数据进行特征波长提取,从原始的260个波长中优选出48个特征波长。最后建立一维卷积深度学习模型进行分类,识别准确率达到99.61%,相较于传统分类模型KNN、RF、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)、反向传播神经网络(BP)、支持向量机(SVM),提出的模型识别准确率分别提高了5.94%、6.88%、6.48%、8.27%、12.12%。高光谱技术结合深度学习模型可以更有效识别玉米大斑病,为实现玉米病害早期识别提供了一种新的思路和方法。 展开更多
关键词 一维卷积神经网络 光谱图像 玉米 大斑病
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CNN联合多尺度Transformer的高光谱与多光谱图像融合
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作者 徐光宪 周伟杰 马飞 《红外技术》 北大核心 2025年第1期52-62,共11页
高光谱图像具有丰富的光谱信息,多光谱图像具有精妙的几何特征,融合高分辨率的多光谱图像和低分辨率的高光谱图像可以获取更为全面的遥感数据图像。然而现有的融合网络大多数基于卷积神经网络所设计,对于结构复杂的遥感类图像而言,依赖... 高光谱图像具有丰富的光谱信息,多光谱图像具有精妙的几何特征,融合高分辨率的多光谱图像和低分辨率的高光谱图像可以获取更为全面的遥感数据图像。然而现有的融合网络大多数基于卷积神经网络所设计,对于结构复杂的遥感类图像而言,依赖于核大小的卷积运算,容易导致特征融合阶段缺乏一些全局上下文信息。为保证图像融合的质量,本文提出了一种CNN(Convolutional Neural Network,CNN)联合多尺度transformer网络来实现多光谱和高光谱图像融合,结合了CNN的特征提取能力与transformer的全局建模优势。网络将融合任务分为了两个阶段,特征提取阶段和融合阶段。特征提取阶段,针对图像特性,基于卷积神经网络分别设计了不同模块用于特征提取。融合阶段,通过多尺度transformer模块从局部到全局建立信息间长距离关联,最后通过多层卷积层将特征映射为高分辨率的高光谱图像。经过在CAVE和Harvard数据集的实验结果表明,本文所提算法与其他经典算法相比,能更好地提升融合图像的质量。 展开更多
关键词 光谱图像 多光谱图像 卷积神经网络 TRANSFORMER 图像融合
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自适应全变差和低秩约束的高光谱图像稀疏解混
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作者 徐晨光 郭禹 +4 位作者 李峰 刘翼 李艳 邓承志 刘燕德 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第4期1071-1081,共11页
高光谱稀疏解混是利用一个含有丰富的端元光谱信息的光谱库作为先验,并对高光谱数据进行分解,得到与光谱库中各端元光谱对应的丰度的图像处理技术。然而目前大多数稀疏解混方法,在高噪声条件下的解混效果不佳,且很多去噪解混算法只是片... 高光谱稀疏解混是利用一个含有丰富的端元光谱信息的光谱库作为先验,并对高光谱数据进行分解,得到与光谱库中各端元光谱对应的丰度的图像处理技术。然而目前大多数稀疏解混方法,在高噪声条件下的解混效果不佳,且很多去噪解混算法只是片面的利用了高光谱的某些特性,并没有对高光谱特性进行全面考虑,从而影响了解混算法的精度。为了解决这一问题,创新地提出了一种基于自适应全变差和低秩约束的高光谱图像稀疏解混方法。首先对稀疏解混算法进行了详细的介绍,接着对自适应全变差和低秩约束的高光谱图像稀疏解混算法进行建模,提出自适应全变差和低秩约束的高光谱图像稀疏解混算法。该算法把高光谱数据的低秩特性和自适应TV空间特性进行了融合,在保持丰度的低秩性和稀疏性的同时,自适应调整丰度矩阵在不同结构下全变差正则化的水平差和垂直差比例,达到更好的去噪效果。然后,使用ADMM算法对新的模型进行求解。最后,利用SUnSAL-TV,ADSpLRU,S2WSU,SU-ATV等几种比较经典的算法与本算法比较,通过两组模拟数据和一组真实数据来实验验证算法的好坏。两组模拟数据分别是在背景单一的DC1和背景复杂的DC2中各自加入10、15和20 dB三种高斯噪声得到的数据。模拟数据实验通过利用不同算法对这两组数据解混,对解混结果的信号与重建误差比、丰度重构正确率和稀疏度三个数值来比较,并对几种算法解混后的丰度图像、丰度图像与真实图像的差值图等信息进行观察对比,从而分析几种算法的好坏。真实数据实验是利用了内华达州的Cuprite矿区高光谱真实数据对解混结果进行分析对比,进一步用真实数据验证本算法的优势。实验结果表明:本方法相对于较为流行的几种解混方法具有更好的鲁棒性和解混效果,在SRE方面提高了11.4%~310.2%,拥有更出色的性能。 展开更多
关键词 稀疏解混 自适应全变差 低秩约束 光谱图像
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基于张量环子空间平滑与图正则的高光谱图像超分辨率方法研究
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作者 杨飞霞 李正 马飞 《计算机科学》 北大核心 2025年第8期240-250,共11页
针对现有经典的矩阵分解模型会导致三维数据结构信息丢失,特别是受到噪声污染时重构图像质量严重下降等问题,提出了一种子空间平滑正则化与图正则相结合的高光谱与多光谱图像融合的方法,在保持立方体结构特征的同时利用流形结构与局部... 针对现有经典的矩阵分解模型会导致三维数据结构信息丢失,特别是受到噪声污染时重构图像质量严重下降等问题,提出了一种子空间平滑正则化与图正则相结合的高光谱与多光谱图像融合的方法,在保持立方体结构特征的同时利用流形结构与局部平滑特性来实现高光谱图像超分辨率的重建。首先,利用空间子空间与光谱子空间的局部自相似性,通过张量环因子构建空间图和光谱图来挖掘空间光谱流形结构,以提升重建图像质量;其次,引入子空间平滑正则化用于促进目标图像子空间的分段平滑;最后,设计一种高效的近端交替最小化算法对所提出的算法进行求解。在3个常用的实验数据集上进行的实验表明,所提出的模型不仅能改善空间细节和结构,在一定程度上还能抑制噪声。 展开更多
关键词 光谱图像 光谱多光谱图像融合 张量环分解 图正则 子空间平滑正则化
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航空高光谱图像的湖泊富营养化评价方法
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作者 黄岩 方彦奇 +5 位作者 徐明钻 石剑龙 杨奎 祁超 梁森 季岩 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第5期84-91,共8页
针对目前湖泊水体富营养化评价中水质参数定量反演困难、数据多以地面或低空间分辨率数据为主的现状,采用0.5 m空间分辨率的航空高光谱遥感数据,结合地面实测数据开展水质参数定量反演研究,并基于反演结果进行湖泊水体富营养化评价。首... 针对目前湖泊水体富营养化评价中水质参数定量反演困难、数据多以地面或低空间分辨率数据为主的现状,采用0.5 m空间分辨率的航空高光谱遥感数据,结合地面实测数据开展水质参数定量反演研究,并基于反演结果进行湖泊水体富营养化评价。首先,对预处理后的水体表面离水反射率进行4种数学变换并与水质参数进行相关性分析,选择相关性较高的一阶微分,使用竞争性自适应重加权算法进行特征提取。然后采用基于量子粒子群(QPSO)参数优化的最小二乘支持向量回归(LSSVR)算法进行水质参数反演模型的构建,使用决定系数(R^(2))和均方根误差评价模型精度,并进行对比分析。最后进行综合营养状态指数计算,与实测值进行比较分析,并基于航空高光谱数据开展研究区湖泊水体富营养化评价。结果表明:1)基于QPSO-LSSVR方法的水质参数反演模型精度最高(R^(2)>0.8);2)综合营养指数结果准确,反演值与实测值的平均相对误差为0.91%,均方根误差为0.50;3)研究区水体富营养化评价结果空间分辨率高,能从面上精确、细致地反应湖水营养状态分布情况。该方法实现了水体富营养化的高精度快速评价。 展开更多
关键词 航空光谱图像 湖泊富营养化 最小二乘支持向量回归 综合营养状态指数法
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不均衡少标签样本下基于语义自动编码网络的高光谱图像分类
7
作者 孙宝刚 何国斌 《红外技术》 北大核心 2025年第4期429-436,共8页
为了提升不均衡少标签样本下高光谱图像分类性能,本文提出了一种改进的语义自动编码网络,该网络首先将高光谱的类别标签信息引入到语义自编码网络模型中,通过将不同数据集的原始数据及标签信息分别映射至同一特征空间以建立已知类别和... 为了提升不均衡少标签样本下高光谱图像分类性能,本文提出了一种改进的语义自动编码网络,该网络首先将高光谱的类别标签信息引入到语义自编码网络模型中,通过将不同数据集的原始数据及标签信息分别映射至同一特征空间以建立已知类别和未知类别的关联,然后将该对应关系应用于未知数据集进行标签推理,并构建基于图正则化项的目标函数以保存数据集中特征流形结构,最后采用交替方向乘子法将全局问题分解为多个较小、较容易求解的局部子问题,最终获得全局最优解。实验选取3个具有不同的光谱维度、光谱带数量和土地覆盖类型的高光谱数据集进行处理,可以满足实验数据的多样性。结果表明,本文所提方法的分类结果具有较高的分类精度,其分类结果与基准结果比较相近,适合工程上对非均衡高光谱图像数据分类。 展开更多
关键词 光谱图像 地物分类 深度学习 语义自动编码网络 语义关联 特征映射
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卷积循环神经网络的高光谱图像解混方法
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作者 孔繁锵 余圣杰 +2 位作者 王坤 方煦 吕志杰 《西安电子科技大学学报》 北大核心 2025年第1期142-151,共10页
针对传统的解混方法和基于自编码器的解混网络方法,利用空间信息提升了解混性能,但未深入挖掘和利用光谱特征,而光谱特征和空间信息的有效结合能够进一步提高解混性能,因此,提出了基于双向卷积长短期记忆网络的解混框架。该框架采用创... 针对传统的解混方法和基于自编码器的解混网络方法,利用空间信息提升了解混性能,但未深入挖掘和利用光谱特征,而光谱特征和空间信息的有效结合能够进一步提高解混性能,因此,提出了基于双向卷积长短期记忆网络的解混框架。该框架采用创新性的网络结构设计,通过卷积层深入挖掘空间特征,同时利用卷积长短期记忆单元充分挖掘波段间的光谱变异性及其光谱相关性,有效处理光谱维度的序列信息,从而实现对高光谱数据更加精准和高效的分析。为了更加细致地区分和利用高光谱数据中不同谱段的特异性,采用深度光谱分区方法优化网络输入,通过自适应学习机制对不同光谱区域精细化处理,增强了模型对高光谱数据中复杂光谱关系的捕捉能力,进一步提升网络的解混性能。在模拟和多个真实高光谱数据集上的对比实验表明,该方法在解混精度和模型鲁棒性等方面均优于现有方法,特别是在处理复杂地物光谱特征时,表现出良好的泛化能力和稳定性,能够准确估计端元和丰度。 展开更多
关键词 光谱图像 循环神经网络 自编码器 卷积长短期记忆网络 深度光谱分区
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融合光谱解混与动态加权扩散映射的高光谱图像聚类算法
9
作者 黄远程 高欣雨 《红外技术》 北大核心 2025年第3期335-341,共7页
针对传统的高光谱图像聚类算法存在精度不佳、计算成本较高且常用的距离测度计算准则难以准确度量像素之间相似性关系等问题。本文以提升高光谱图像聚类性能为目标,提出了融合光谱解混与动态加权扩散映射的高光谱图像聚类算法,该方法在... 针对传统的高光谱图像聚类算法存在精度不佳、计算成本较高且常用的距离测度计算准则难以准确度量像素之间相似性关系等问题。本文以提升高光谱图像聚类性能为目标,提出了融合光谱解混与动态加权扩散映射的高光谱图像聚类算法,该方法在混合像元分解的基础上,根据扩散映射理论计算得到的扩散距离进行聚类。它同时利用高光谱中观察到的高维几何和丰度结构来解决聚类问题,在两个真实高光谱数据集上的实验结果表明,本文算法有着更高的分类精度,能够成功应用于高光谱图像聚类。 展开更多
关键词 光谱图像 聚类 扩散距离 混合像元分解
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融合光谱子空间和模型导向的高光谱图像超分辨率研究
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作者 刘丛 梅海闽 《小型微型计算机系统》 北大核心 2025年第2期373-380,共8页
针对现有的基于深度学习的高光谱图像超分辨率重建方法无法通用于不同波段的高光谱图像以及缺乏可解释性等问题.提出一种融合光谱子空间映射和模型引导的高光谱图像超分辨率算法.首先,使用光谱子空间分解将原始图像映射到低维空间中,既... 针对现有的基于深度学习的高光谱图像超分辨率重建方法无法通用于不同波段的高光谱图像以及缺乏可解释性等问题.提出一种融合光谱子空间映射和模型引导的高光谱图像超分辨率算法.首先,使用光谱子空间分解将原始图像映射到低维空间中,既可以增加光谱间的相关性又可以去除不同波段高光谱图像对网络的限制.其次,使用小波变换将稀疏矩阵分解为高频特征和低频特征,挖掘图像中的纹理和结构等高频信息.再者,以超分辨率重建模型为指导,将ADMM分解后的子模型优化展开为深度网络的形式,增加了深度网络设计的可解释性.最终,使用逆小波变换后将重建的系数矩阵映射到原始的全谱空间中.实验表明,提出的方法在定量指标和主观视觉方面均表现优异. 展开更多
关键词 光谱图像 超分辨率 模型引导 光谱子空间 小波变换
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基于自适应空谱约束的加权残差NMF高光谱图像解混
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作者 陈善学 戚俊杰 《信号处理》 北大核心 2025年第3期553-568,共16页
标准的非负矩阵分解(Nonnegative Matrix Factorization,NMF)模型应用于高光谱图像解混时,由于模型的非凸性、光谱和空间先验信息未充分利用的问题,导致解混精度不高。为提高解混性能,提出了一种基于自适应空谱约束的加权残差非负矩阵... 标准的非负矩阵分解(Nonnegative Matrix Factorization,NMF)模型应用于高光谱图像解混时,由于模型的非凸性、光谱和空间先验信息未充分利用的问题,导致解混精度不高。为提高解混性能,提出了一种基于自适应空谱约束的加权残差非负矩阵分解高光谱图像解混算法。该算法首先,对传统的NMF模型进行改进,利用在迭代过程中原始高光谱图像矩阵与重构图像矩阵之间的残差来构建残差权重因子,为损失函数的每一行分配贡献权重,以减轻噪声的影响,提高算法的鲁棒性。其次,为利用高光谱图像丰富的先验信息,算法引入像元空谱相似度来衡量像元间的相似性以捕获像元在空间及光谱上的联系,并由相似度矩阵自适应地确定像元邻域来构造空间权重因子,提升了丰度的分段平滑性。此外,结合丰度矩阵的固有特征,构造光谱权重因子,促进了丰度的稀疏性。最后,由于高光谱图像具有较高的光谱分辨率,相邻波段的反射值变化较小,因此端元光谱具有一定的平滑度,算法通过端元光谱反射值间的差异分配平滑权重,以调整在迭代过程中端元光谱的平滑程度。本文利用梯度下降推导出算法的乘法更新规则,为证明所提算法的有效性,将其与其他几种算法在模拟数据以及Jasper Ridge和Urban两个真实高光谱数据上进行实验,实验结果验证了该算法具有更好的解混性能。 展开更多
关键词 光谱图像解混 非负矩阵分解 加权残差 像元空谱相似度 平滑权重
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基于张量字典学习的高光谱图像稀疏表示分类 被引量:1
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作者 宫学亮 李玉 +2 位作者 贾淑涵 赵泉华 王丽英 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第3期798-807,共10页
高光谱图像因其蕴含十分丰富的光谱和空间信息已被广泛应用于生产生活的各个领域。为了充分挖掘高光谱图像中蕴含的光谱和空间信息,从高光谱数据固有的三维属性出发,以空-谱张量为基本处理单元,提出一种基于张量字典学习的稀疏表示分类(... 高光谱图像因其蕴含十分丰富的光谱和空间信息已被广泛应用于生产生活的各个领域。为了充分挖掘高光谱图像中蕴含的光谱和空间信息,从高光谱数据固有的三维属性出发,以空-谱张量为基本处理单元,提出一种基于张量字典学习的稀疏表示分类(Tensor-DLSRC)算法,以提高高光谱图像分类精度。首先,构建以像素及其空间邻域像素光谱向量组成的像素空-谱张量;其次,将作为训练样本像素的空-谱张量按照不同维度展开成矩阵,并以其列向量均值作为字典原子组成初始化张量字典;同时,在张量稀疏性约束条件下构建张量稀疏表示(Tensor-SR)模型,并利用张量字典学习算法学习一组能够精确刻画该类张量空-谱特征的字靛矩阵;最后,对待分类像素利用Tensor-SR模型求解其空-谱张量的稀疏表示系数张量,根据重构残差最小化原则确定该像素类别。为了分析参数对提出算法分类精度的影响,在进行分类对比实验之前,通过一系列实验分别讨论训练样本数M、邻域窗口尺寸(2δ+1)×(2δ+1)、字典学习阶段的稀疏度μ1和稀疏表示阶段的稀疏度μ2等参数对总体分类精度(OA)的影响。为了验证提出算法的有效性,分别在Indian Pines、Salinas和Xuzhou三个高光谱数据上进行实验,对比分析本算法与基于光谱向量的SRC算法和DLSRC算法、增加邻域空间信息的JSRC算法和DLJSRC算法和基于空-谱张量的Tensor-DLSRC算法等五种算法的分类结果,并采用基于混淆矩阵的平均准确率(APR)、平均精度(PA)、OA和Kappa系数对分类结果定量分析。所提出的Tensor-DLSRC算法在OA和Kappa系数的平均值水平是六种算法中最高的,且具有最小的标准差,说明本算法与五种其他算法相比能够提供更准确且稳定的分类结果。 展开更多
关键词 光谱图像 空-谱张量 稀疏表示 张量字典学习 张量稀疏表示分类
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基于RGB与高光谱图像的小麦低温胁迫评估模型 被引量:1
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作者 余德炤 江晓东 +5 位作者 杨莹颖 张建取 忻乐 张艳 秦思容 杨再强 《南方农业学报》 北大核心 2025年第1期97-110,共14页
【目的】探究低温胁迫对小麦叶片叶绿素荧光参数、RGB图像参数和高光谱指数的影响,建立小麦低温胁迫评估模型,为小麦生产防灾减灾提供参考。【方法】以济麦22为研究对象,在小麦拔节期开展低温胁迫控制试验,设白天(8:00—20:00)/夜间(20... 【目的】探究低温胁迫对小麦叶片叶绿素荧光参数、RGB图像参数和高光谱指数的影响,建立小麦低温胁迫评估模型,为小麦生产防灾减灾提供参考。【方法】以济麦22为研究对象,在小麦拔节期开展低温胁迫控制试验,设白天(8:00—20:00)/夜间(20:00—次日8:00)平均温度分别为8℃/0℃(T1)、6℃/-2℃(T2)和4℃/-4℃(T3)3个处理,持续时间3 d,以大田自然环境的盆栽小麦(23℃/8℃)为对照(CK),研究低温胁迫处理结束后1、3和6 d小麦叶片叶绿素荧光参数、RGB图像参数及高光谱指数的变化规律;使用一元线性回归、随机森林(RF)和人工神经网络(ANN)建立小麦低温胁迫评估模型。【结果】叶绿素荧光参数DIo/RC可作为评估小麦低温胁迫的指标。在一元线性回归模型中,使用增强型植被指数(EVI)建立的一元线性回归模型效果最佳,回归方程为y=-1.261x+1.401,决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MRE)分别为0.536、0.058、0.045和11.31%。在RF和ANN模型中,基于RGB图像参数建立的模型精度高于基于高光谱指数建立的模型,RF模型测试集R^(2)、RMSE、MAE、MRE分别为0.771、0.042、0.033、8.57%,R^(2)相比一元线性回归模型提高43.78%,RMSE、MAE、MRE分别降低28.31%、28.06%、24.21%;ANN模型测试集R^(2)、RMSE、MAE、MRE分别为0.742、0.046、0.037、9.01%,测试集R^(2)相比一元线性回归模型提高38.34%,RMSE、MAE、MRE分别降低20.33%、18.06%、20.32%。【结论】基于RGB图像参数的RF模型效果最好、精度最高,可用于小麦的低温胁迫评估。 展开更多
关键词 小麦 叶绿素荧光参数 RGB图像 光谱图像 低温胁迫评估模型
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基于光谱-纹理特征的辣椒早疫病潜育期高光谱图像检测识别 被引量:1
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作者 沈梦姣 鲍浩 张艳 《生物化学与生物物理进展》 北大核心 2025年第1期233-243,共11页
目的早疫病是茄科作物生长过程中的一种常见破坏性病害,严重时会导致作物欠收而损失严重,传统的作物病害检测方法难以在病害潜育期及时发现病害特征从而采取科学有效的防治措施。本文通过高光谱成像仪连续监测从而获得不同感染期辣椒早... 目的早疫病是茄科作物生长过程中的一种常见破坏性病害,严重时会导致作物欠收而损失严重,传统的作物病害检测方法难以在病害潜育期及时发现病害特征从而采取科学有效的防治措施。本文通过高光谱成像仪连续监测从而获得不同感染期辣椒早疫病的高光谱图像,利用光谱角余弦-相关系数和切比雪夫距离确定了辣椒早疫病潜育期最早可识别时间(本实验潜育期最早可识别时间为接种后24h)。方法以辣椒早疫病潜育期病状作为研究对象,采用遗传算法筛选出13个特征波长,经特征波长优化组合并结合逻辑回归模型建立基于光谱特征的作物病害潜育期病状识别模型。同时,利用局部二值模式建立基于图像纹理特征的辣椒早疫病潜育期识别模型。结果实验以120个样本进行测试,基于光谱特征的作物病害潜育期病状检测识别模型在训练集和测试集的准确率均达到93%以上,基于纹理特征的作物病害潜育期病状检测识别模型在训练集和测试集的准确率分别达到了98.96%和100%。结论利用光谱特征或者纹理特征均可实现作物病害潜育期病状的检测识别,纹理特征相比光谱特征更显著地揭示了病害潜育期特征,有效提升了模型检测性能。本文研究成果可为其他作物病害潜育期病状的监测识别提供理论参考。 展开更多
关键词 光谱图像 辣椒早疫病 潜育期 图谱特征 检测识别
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2.5 m口径反射镜宽光谱高反射率反射膜的研究
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作者 田杰 李新南 +5 位作者 王晋峰 王俊 宗卫杰 谢多 路金豪 黄亚 《天文学报》 北大核心 2025年第2期53-61,共9页
为提高天文望远镜的观测能力,望远镜主镜口径不断增大,同时对其膜层要求也更为严格,要求反射波段更宽且反射率更高.基于国内天文望远镜的需求,研究了一种基于离子束辅助沉积技术的大口径镜面宽光谱高反射膜镀制技术.通过分析3.2 m镀膜... 为提高天文望远镜的观测能力,望远镜主镜口径不断增大,同时对其膜层要求也更为严格,要求反射波段更宽且反射率更高.基于国内天文望远镜的需求,研究了一种基于离子束辅助沉积技术的大口径镜面宽光谱高反射膜镀制技术.通过分析3.2 m镀膜设备的几何配置和离子源线性能量分布区域,采用了双离子源分区独立控制的方法,在2.5 m口径非球面镜面范围内获得光学常数一致性较好的膜层.从2.5 m主镜镀膜前的实际面形出发,通过模拟确定了镀膜时的镜面高度,并计算了修正板的形状和尺寸,确保膜层的均匀性优于1.2%.设计膜系后,在模拟基片上不同位置放置测试片进行实际镀制,经过测试,每个测试片都达到了设计目标.根据实验结果,采用离子束辅助沉积的技术,应用3.2 m镀膜设备,最终完成2.5 m主镜的宽光谱高反射率反射膜镀制. 展开更多
关键词 仪器:宽光谱反射 望远镜 技术:光谱 技术:离子束辅助沉积
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基于Transformer的胃癌显微高光谱图像分割方法
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作者 张然 金伟 +8 位作者 牟颖 于丙文 柏怡文 邵益波 平金良 宋鹏涛 何湘漪 刘飞 付琳琳 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第2期551-557,共7页
胃癌是全球第五常见的恶性肿瘤并死亡率较高,严重威胁人类的生命健康。因此,早期识别胃癌病变对早期胃癌诊断至关重要。显微高光谱成像技术作为一种新兴技术,可以在微观层面同时获取生物组织丰富的光谱信息和空间信息,为早期病理切片诊... 胃癌是全球第五常见的恶性肿瘤并死亡率较高,严重威胁人类的生命健康。因此,早期识别胃癌病变对早期胃癌诊断至关重要。显微高光谱成像技术作为一种新兴技术,可以在微观层面同时获取生物组织丰富的光谱信息和空间信息,为早期病理切片诊断提供了一种新的思路。利用显微高光谱成像系统,采集了在400~1000 nm波段范围的胃癌显微高光谱病理图像,通过光谱校正等预处理构建了包含230张图像的胃癌显微高光谱数据集。尽管基于空间注意力的方法在图像分类、分割等领域已取得了显著成果,但在处理高光谱图像时仍面临计算复杂度高以及光谱信息利用不充分的问题。为此,提出了基于卷积和注意力机制的混合双分支Transformer(MDBT)的特征提取主干网络模型。该模型通过交替应用空间混合模块和通道混合模块,实现块间和块内的空间和通道特征聚合。具体而言,设计了窗口注意力和卷积双分支以及空间和通道交互结构。这种设计不仅降低了计算复杂度,还通过卷积交互实现了窗口间信息交互和特征融合,从而克服了窗口注意力感受野受限的问题,进一步提高了Transformer的全局建模能力。在进行图像分割实验中,采用UperNet模型作为解码头网络对主干网络提取得到的特征进行还原,以得到最终的分割结果。在采集得到的胃癌高光谱数据集上进行了五折交叉验证实验,结果表明本模型的平均mDice和mIoU分别达到85.39、74.66,性能优于目前UNet、Swin、PVT、VIT等主流图像分割网络模型。同时设计一系列消融实验,验证本文提出空间和通道双混合模块、卷积与窗口注意力双分支等结构对实验结果的优化效果。实验结果表明本文提出的MDBT模型能够有效利用高光谱图像丰富的空间和光谱信息,提高胃癌图像分割准确率,证明显微高光谱成像技术在胃癌诊断方面具有一定的研究意义和应用价值。 展开更多
关键词 显微光谱 图像分割 深度学习 TRANSFORMER
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基于动态图-谱特征提取的高光谱图像分类方法
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作者 徐陈捷 李丹 孔繁锵 《光子学报》 北大核心 2025年第4期178-197,共20页
针对高光谱图像分类任务中小样本引起分类精度不高的问题,提出了一种基于动态图-谱特征提取的高光谱分类方法,提高全局建模和局部信息提取能力,实现跨域空间特征和光谱相似性特征的互补融合。首先,提出动态轴滑动建图策略,建立高效、有... 针对高光谱图像分类任务中小样本引起分类精度不高的问题,提出了一种基于动态图-谱特征提取的高光谱分类方法,提高全局建模和局部信息提取能力,实现跨域空间特征和光谱相似性特征的互补融合。首先,提出动态轴滑动建图策略,建立高效、有代表性的图结构。其次,基于动态图结构设计动态图特征提取网络,采用特征卷积层、动态空间卷积模块和动态图卷积模块以捕捉局部特征并整合不同尺度的跨域空间特征。然后,区域-全局光谱特征网络通过多层光谱特征卷积模块,融合局部信息并跨层融合编码器,深入挖掘局部和全局光谱特征的序列属性。最后,交叉注意力建立动态关联以融合空间和光谱信息,完成分类。实验结果表明,该方法在Indian Pines、University of Pavia和Salinas三个高光谱数据集上取得了优于现有方法的分类性能,为处理高光谱图像复杂空间和光谱信息提供了一种有效的深度学习框架。 展开更多
关键词 光谱图像分类 动态图特征 光谱特征 交叉注意力 深度学习
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结合高效注意力机制的神经架构搜索高光谱图像分类
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作者 陈海松 张康 +2 位作者 吕浩然 王爱丽 吴海滨 《液晶与显示》 北大核心 2025年第4期630-641,共12页
由于不同高光谱数据集在频带数、光谱范围和空间分辨率上存在显著差异,适用于不同高光谱数据集的最优网络结构也存在不同。此外,人工设计的深度学习网络需要调整大量的超参数,这无疑给设计一个适用于各种HSI数据集的通用分类模型带来了... 由于不同高光谱数据集在频带数、光谱范围和空间分辨率上存在显著差异,适用于不同高光谱数据集的最优网络结构也存在不同。此外,人工设计的深度学习网络需要调整大量的超参数,这无疑给设计一个适用于各种HSI数据集的通用分类模型带来了严重的挑战。本文提出了一种结合高效注意力机制的神经架构搜索算法,实现深度学习网络的自动设计以避免人工设计网络的偏差。首先,为了构建高效的搜索过程,本文构建了基于可微网络架构搜索的模型,该方法可以有效地提高超参数网络的搜索速度。然后,为了实现高精度的分类结果,本文设计了一个新型的模块化搜索空间。最后,考虑到高光谱数据集类不平衡带来的误分类问题,本文采用Poly损失函数增加少数类别的损失权重,从而提高模型对这些类别的识别能力。在公开高光谱数据集上的实验结果表明,本文方法的总体分类精度分别达到了99.50%、97.81%。本文提出的方法探索了神经架构搜索在高光谱分类任务上的应用,提高了分类精度和算法设计的效率。 展开更多
关键词 光谱图像 图像分类 神经架构搜索 注意力机制
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基于通道变换和Transformer的高光谱图像变化检测方法
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作者 刘文力 高峰 +2 位作者 张浩鹏 董军宇 吴淳桐 《计算机学报》 北大核心 2025年第4期971-984,共14页
当前基于Transformer的高光谱图像变化检测方法通过自注意力机制模拟长距离依赖,能够有效建模全局上下文信息。然而,现有方法仍面临着两个主要问题:一是Transformer模型计算复杂度高,导致模型在处理高维度数据时效率低下;二是现有模型... 当前基于Transformer的高光谱图像变化检测方法通过自注意力机制模拟长距离依赖,能够有效建模全局上下文信息。然而,现有方法仍面临着两个主要问题:一是Transformer模型计算复杂度高,导致模型在处理高维度数据时效率低下;二是现有模型对高光谱图像的波段信息利用有限,在光谱维度上缺乏特征交互。针对这些问题,本文提出了一种基于通道变换和Transformer的高光谱图像变化检测方法,以更高效地利用高光谱图像中复杂的光谱和空间信息。创新之处主要体现在两个方面:其一,采用基于通道变换和注意力机制的特征提取模块。该模块改进了传统自注意力计算方式并加入通道信息交互模块,一方面降低了传统Transformer二次方的计算复杂度,使模型更适用于处理高维度数据;另一方面实现了对高光谱图像空间和光谱信息的高效利用,增强了模型对高级语义信息的理解及对复杂变化的感知能力。其二,设计了双分支门控前馈神经网络。该网络实现了模型对特征信息的细粒度调控,提升了模型对关键地物变化和细微差异的捕捉能力。实验结果显示,本文方法在River和Hermiston数据集上的准确率分别达到了96.28%和95.97%,Kappa系数分别达到了79.44%和88.90%。相比于当前主流方法,本文模型在这两个数据集上准确率分别提升了0.60%和0.69%,Kappa系数也分别提升了10.30%和2.33%,验证了本文方法在高光谱图像变化检测任务中的有效性。 展开更多
关键词 变化检测 光谱图像 注意力机制 双分支门控前馈神经网络 通道变换模块
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改进Unet网络的汽油管道泄漏高光谱图像检测
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作者 王克明 公维佳 +5 位作者 王海明 蔡永军 刘嘉星 孙磊 宋丽梅 李金义 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第5期1476-1484,共9页
针对当前汽油管道泄漏检测效率低、无法精准分割泄露区域边缘的局限性,提出一种基于高光谱图像与深度学习结合的汽油管道泄漏检测方法。首先进行两种型号汽油在土壤、水背景下的特征光谱波段提取;利用连续投影算法实现汽油高光谱图像数... 针对当前汽油管道泄漏检测效率低、无法精准分割泄露区域边缘的局限性,提出一种基于高光谱图像与深度学习结合的汽油管道泄漏检测方法。首先进行两种型号汽油在土壤、水背景下的特征光谱波段提取;利用连续投影算法实现汽油高光谱图像数据降维;将汽油反射率作为输入,均方根误差为回归参数获得汽油反射峰附近的18个特征波段;采用图像旋转角度、横向或纵向翻转、在图像中注入随机噪声等方式实现数据集样本扩充。其次对Unet高光谱图像语义分割模型进行改进,将Unet网络编码器部分替换成密集连接模块加强各层级间的信息交流,减轻计算量提高模型检测速度;引入通道注意力机制模块,使模型对汽油图像空间和光谱层面两特征信息同时关注,提高模型检测精度;引入失活层的概念,通过暂时关闭网络中的一部分神经元降低网络的复杂性,同时在训练过程中设置适当的时间点实施早停策略从而防止过拟合。最后进行了消融实验和对比实验。消融实验结果验证了密集连接模块和通道注意力机制模块对提高网络分割精度和召回率的有效性;在自建数据集上的定量对比实验结果表明,模型对滴落汽油的分割精度为90.34%,平均每张图片检测时间为0.23 s,与Unet、PSE-Unet和HLCA-Unet模型相比,平均准确率分别增加了14.39%、8.01%和2.73%,召回率分别增加了8.95%、8.02%和6.55%,测试时间与Unet、PSE-Unet模型相比分别减少了10.83%和16.97%,检测优越性定性体现在泄露油滴与背景交会的轮廓更符合原图,本模型可以获得更加准确的汽油特征信息,为汽油管道泄漏检测提供了新的技术方案。此外,在公开的Pavia University遥感数据集上与当前Unet、PSE-Unet、HLCA-Unet模型检测进行对比,模型仍表现出更好的分割效果,体现出较强的普适性和泛化能力,可用于多种类型的高光谱图像语义分割。 展开更多
关键词 汽油管道泄露 光谱图像 目标检测 深度学习 Unet网络
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