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基于多尺度空间-光谱特征提取的颜料高光谱图像分类方法
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作者 汤斌 罗希玲 +6 位作者 王建旭 范文奇 孙玉宇 刘家路 唐欢 赵雅 钟年丙 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第8期2364-2372,共9页
颜料不仅赋予文物色彩和美感,更承载着丰富的历史、文化与技术信息,因此对颜料的准确分类与识别是古代彩绘作品修复、保护及学术研究的重要基础。通过检测颜料的种类与化学成分,不仅能帮助确定作品的创作年代、地域特征及工艺风格,还能... 颜料不仅赋予文物色彩和美感,更承载着丰富的历史、文化与技术信息,因此对颜料的准确分类与识别是古代彩绘作品修复、保护及学术研究的重要基础。通过检测颜料的种类与化学成分,不仅能帮助确定作品的创作年代、地域特征及工艺风格,还能为科学修复提供指导依据。然而,传统颜料分析受限于样品尺寸、表面平整度,且部分分析方法需要取样,对文物造成不可逆损伤,这使得古书画颜料的检测面临诸多挑战。高光谱成像技术(HSI)凭借其无损检测、广域扫描及获取完整光谱信息的优势,成为文物颜料分析的重要工具。HSI克服了样品表面不平整、尺寸受限等问题,能够从不同波段获取细致的光谱和空间信息,帮助提取颜料的微观特征。旨在利用HSI技术实现古书画颜料的精准分类与深度特征提取,以应对复杂场景下的颜料检测挑战。为此,我们提出了一种多尺度空间-光谱特征融合的方法,在分析过程中结合不同层次的信息:利用光谱-空间注意力机制捕捉细节特征,并通过视觉转换器(ViT)模型获取图像整体的高层语义信息,从而增强对复杂颜料特征的表示能力和分类性能。实验结果表明,该方法在模拟画作样品上的分类性能显著优于传统和其他深度学习模型:与支持向量机(SVM)相比,分类精度提升了34.35%;相较于HyBridSN与SSRN模型,精度分别提高了8.93%和5.6%。本方法不仅提升了颜料检测的准确性,还为古书画的科学修复和价值保护提供了无损、可靠的技术支持,并为文物保护的智能化发展奠定了技术基础。 展开更多
关键词 高光谱成像 多尺度特征融合 Vision Transformer 光谱-空间注意力 颜料分类
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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 高光谱图像解混 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 高光谱图像 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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三维卷积与Transformer支持下联合空谱特征的高光谱影像分类 被引量:1
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作者 何光 吴田军 《计算机工程与应用》 北大核心 2025年第2期259-272,共14页
由于CNN对局部特征提取能力强,目前仍是高光谱影像处理和分析中的主流深度模型,但是CNN感受野有限,无法建立长距离依赖关系,学习全局语义信息受限。Transformer的自注意力机制可以对输入序列中的每个位置进行注意力计算,从而能有效获取... 由于CNN对局部特征提取能力强,目前仍是高光谱影像处理和分析中的主流深度模型,但是CNN感受野有限,无法建立长距离依赖关系,学习全局语义信息受限。Transformer的自注意力机制可以对输入序列中的每个位置进行注意力计算,从而能有效获取全局上下文信息。如何实现CNN和Transformer的技术耦合并充分利用空间信息和光谱信息进行高光谱遥感影像分类是一个重要的待研问题。鉴于此,提出一种新的基于三维卷积和Transformer的高光谱遥感影像分类方法,尝试联合空谱特征实现解译能力的提升。使用主成分分析方法对高光谱遥感影像沿垂直方向降维;用非负矩阵分解算法对降维后遥感影像沿水平方向进行空间特征提取,将两种工具处理后遥感影像进行拼接,以充分保留信息;再用三维卷积核对拼接后遥感影像进行空间特征和光谱特征的综合提取;用Transformer的注意力机制对提取空间信息和光谱信息的遥感影像序列建立长距离依赖关系并使用多层感知机完成分类任务。实验表明,所提方法在WHU-Hi龙口、汉川、洪湖以及雄安新区马蹄湾村数据集上均表现出比对比方法更优异的分类性能,表明该方法具有一定的泛化性和稳健性。 展开更多
关键词 非负矩阵分解 特征融合 三维卷积 空谱联合 TRANSFORMER 高光谱遥感影像分类
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遥感图像不同融合方法的适应性评价——以ZY-3和Landsat8图像为例 被引量:9
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作者 刘会芬 杨英宝 +2 位作者 于双 孔令婷 章勇 《国土资源遥感》 CSCD 北大核心 2014年第4期63-70,共8页
目前对常用融合方法用于ZY-3和Landsat8卫星图像的适用性研究较少,为此,探讨了小波变换法(WT法)、相位恢复法(Gram_Schimdt,G-S法)、彩色标准化变换法(Brovey法)、主成分变换法(PCA法)、彩色空间变换法(IHS法)以及超分辨率贝叶斯法(Pans... 目前对常用融合方法用于ZY-3和Landsat8卫星图像的适用性研究较少,为此,探讨了小波变换法(WT法)、相位恢复法(Gram_Schimdt,G-S法)、彩色标准化变换法(Brovey法)、主成分变换法(PCA法)、彩色空间变换法(IHS法)以及超分辨率贝叶斯法(Pansharp法)等6种融合方法对ZY-3和Landsat8图像的适用性,并从"光谱信息保真度"和"空间信息融入度"2个方面对融合图像进行了评价。结果表明:在空间信息融入方面,对于ZY-3图像,Pansharp法的信息融入度最差,IHS法的信息融入度最好,PCA法、Brovey法、G-S法和WT法次之;对于Landsat8图像,G-S法的信息融入度最好,WT法最差。在光谱信息保真方面,对于ZY-3图像,PCA法具有较高的光谱保真度,IHS法、G-S法和Brovey法次之,WT法最差;对于Landsat8图像,G-S法具有较高的光谱保真度,Pansharp法和Brovey法次之,IHS法、WT法和PCA法较差。 展开更多
关键词 ZY-3 Landsat8 光谱信息 空间信息 影像融合 质量评价
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利用光谱-空间聚类的多光谱图像岩性分类
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作者 周治岐 李培军 《北京大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期525-534,共10页
针对现有基于多光谱-高光谱数据的岩性识别和分类研究中只利用光谱特征进行聚类,容易产生类别混淆的问题,利用光谱-空间特征进行多光谱图像的聚类.采取两种策略加入空间信息,一是利用离散小波变换生成多尺度图像,对不同尺度的图像依次... 针对现有基于多光谱-高光谱数据的岩性识别和分类研究中只利用光谱特征进行聚类,容易产生类别混淆的问题,利用光谱-空间特征进行多光谱图像的聚类.采取两种策略加入空间信息,一是利用离散小波变换生成多尺度图像,对不同尺度的图像依次进行聚类;二是在各个尺度图像的聚类结果中,利用马尔可夫随机场模型计算类别的空间概率,得到类别的光谱-空间概率.综合多个尺度的光谱-空间聚类结果,得到最终的聚类结果.利用 ASTER多光谱数据进行岩性识别与分类,并与基于高斯混合模型的光谱聚类结果、光谱聚类后滤波的结果和原始图像的光谱-空间聚类结果进行对比,结果表明,所采用的多尺度光谱-空间聚类方法可获得比上述 3种方法更高精度的岩性分类结果,说明综合利用光谱与空间信息进行多尺度的聚类是一种有效的岩性填图方法,适用于较难获取地面参考样本地区的岩性填图. 展开更多
关键词 光谱-空间聚类 岩性分类 多光谱图像
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基于Landsat遥感影像的杨树信息提取方法分析 被引量:7
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作者 刘云鹏 巩睿 +1 位作者 解春霞 郑华英 《江苏林业科技》 2017年第2期28-33,共6页
该文使用近10 a 4个时相的江苏全省Landsat遥感影像,在数据预处理的基础上提取归一化植被指数、比值植被指数、土壤调节植被指数、增强型植被指数、大气阻抗植被指数等5种植被指数,并进行主成分分析。运用最大似然法、随机森林法和光谱... 该文使用近10 a 4个时相的江苏全省Landsat遥感影像,在数据预处理的基础上提取归一化植被指数、比值植被指数、土壤调节植被指数、增强型植被指数、大气阻抗植被指数等5种植被指数,并进行主成分分析。运用最大似然法、随机森林法和光谱角填图法进行分类,结合小班数据,对各方法的分类结果进行精度评价。评价结果表明,光谱角填图分类法在杨树信息提取时精度更高,对杨树的区分精度也达到42.67%。 展开更多
关键词 杨树 Landsat影像 光谱角填图法 最大似然法 随机森林法 森林资源 信息提取
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基于空谱背景字典的低秩稀疏表示高光谱异常检测
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作者 田苗 黄远程 +1 位作者 李茗欣 刘数数 《红外技术》 北大核心 2025年第8期990-997,共8页
低秩稀疏表示广泛应用于高光谱异常检测,为了充分利用字典原子的空谱信息,本文提出了基于空谱背景字典的低秩稀疏表示高光谱异常检测方法。为了使空谱背景字典中包含所有的背景类别,本文利用K-means进行聚类,并对每个类别的像元在局部... 低秩稀疏表示广泛应用于高光谱异常检测,为了充分利用字典原子的空谱信息,本文提出了基于空谱背景字典的低秩稀疏表示高光谱异常检测方法。为了使空谱背景字典中包含所有的背景类别,本文利用K-means进行聚类,并对每个类别的像元在局部窗口内计算与邻域像元的特征相似度,从而获取每个类别的残差异常矩阵,进而计算像元的异常度。选择每个类中的代表性原子构成空谱背景字典,然后利用低秩稀疏表示分离出异常部分和背景部分,即用空谱背景字典对原始数据进行重构。在5组高光谱数据集上的实验结果表明,该方法具有较好的检测性能,能够有效地提升检测精度。 展开更多
关键词 高光谱图像 异常检测 空谱信息 低秩稀疏
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复杂激光图像光斑质心空间位置识别方法研究
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作者 赵莉苹 王玉萍 卢朝华 《激光杂志》 北大核心 2025年第7期129-133,共5页
为避免复杂激光图像中光斑与背景对比度低、光斑区域的复杂性高等问题对激光图像应用效果的影响,设计一种复杂激光图像光斑质心空间位置识别方法。采用傅里叶变换实现复杂激光图像频域增强,凸显复杂激光图像光斑区域,通过改进最大类间... 为避免复杂激光图像中光斑与背景对比度低、光斑区域的复杂性高等问题对激光图像应用效果的影响,设计一种复杂激光图像光斑质心空间位置识别方法。采用傅里叶变换实现复杂激光图像频域增强,凸显复杂激光图像光斑区域,通过改进最大类间方差法(Otsu)自适应选取增强后图像分割阈值,分割获取激光图像光斑区域,经Canny算子从中检测出激光图像光斑边缘后,利用最小二乘法通过激光图像光斑边缘的椭圆拟合,识别复杂激光图像光斑质心空间位置。实验结果显示,通过该方法增强后复杂激光光斑的边缘细节更加显著,可精准分割激光光斑并检测到完整、连续且具备较高平滑性的光斑边缘,识别到的复杂激光图像光斑质心空间位置几乎与实际位置一致。 展开更多
关键词 复杂激光图像 光斑质心 空间位置 最小二乘法 图像分割 图像背景
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凸约束非线性方程组的改进谱共轭梯度解法及图像去噪应用
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作者 李丹丹 吴加其 +1 位作者 黎勇 王松华 《应用数学》 北大核心 2025年第2期492-500,共9页
为了更加有效地求解大规模凸约束非线性方程组及图像去噪问题,本文在Dai-Yuan(DY)和Hestenes-Stiefel(HS)共轭梯度法的基础上引入谱参数并设计一个新的杂交搜索方向公式,结合高效线搜索技术和投影技术提出一种杂交谱共轭梯度投影算法.... 为了更加有效地求解大规模凸约束非线性方程组及图像去噪问题,本文在Dai-Yuan(DY)和Hestenes-Stiefel(HS)共轭梯度法的基础上引入谱参数并设计一个新的杂交搜索方向公式,结合高效线搜索技术和投影技术提出一种杂交谱共轭梯度投影算法.新算法的搜索方向在不依赖于任何线搜索方法下自动满足充分下降性和信赖域特性.在合理的假设下,新算法具有全局收敛性质.数值结果表明新算法与现有同类算法相比更加高效且有效解决图像去噪问题. 展开更多
关键词 凸约束非线性方程组 大规模 谱共轭梯度法 全局收敛性 图像去噪
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基于空谱增强变换的高光谱壁画图像修复
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作者 张勉 赵家昱 +1 位作者 周晗 廉玉生 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第7期2045-2053,共9页
壁画和彩绘的无损修复是建筑文化遗产保护和传承的重要课题和研究热点。高光谱成像技术具有“图谱合一”的优势,可同时获得图像目标的二维空间信息和一维光谱信息;能在无接触、无需独立样本的条件下,对壁画和彩绘文物进行光谱数字典藏... 壁画和彩绘的无损修复是建筑文化遗产保护和传承的重要课题和研究热点。高光谱成像技术具有“图谱合一”的优势,可同时获得图像目标的二维空间信息和一维光谱信息;能在无接触、无需独立样本的条件下,对壁画和彩绘文物进行光谱数字典藏和无损分析,已经成为文物数字典藏、修复和分析的重要技术手段。现有的RGB彩色壁画图像修复方法,无法实现高光谱图像中多波段光谱信息的典藏、修复和分析;此外,现有的基于卷积神经网络的深度生成式彩色壁画图像修复方法,存在空间结构和光谱特征建模能力不足、全局信息探索和建模能力弱等缺点,严重影响图像的修复精度。为解决以上问题,本文提出一种基于空谱增强变换的高光谱壁画图像修复方法。首先将待修复的高光谱壁画图像光谱降维,转换为RGB彩色图像;然后,利用提出的基于空谱增强变换的生成对抗网络,对该RGB彩色图像的空间和颜色信息进行修复;提出的修复网络分为空间信息预修复网络(Spa-PIN)和空间-颜色信息修复网络(Spa-Color-IN),结合空间注意力和光谱注意力模块(SAESA),实现壁画图像的有效修复。在空间信息结构重建阶段,着重于壁画图像的基本形态与纹理重构;在色彩修复阶段,则进行空间注意力和光谱注意力的增强,提高修复质量;最后,利用提出的聚类BPNN将修复的RGB图像升维重建,得到修复的目标高光谱图像数据立方体。本文提出的空谱增强变换注意力机制对图像特征进行空间坐标卷积融合和光谱立方体局部-全局注意力融合,可同时关注图像全局和局部范围的空谱相关性,增强空谱细节的修复能力。公共数据集上的实验结果表明,与当前的三种先进修复方法比,本方法具有最优的定量指标和修复效果,可有效、准确地修复高光谱壁画彩绘图像,为壁画和彩绘等建筑遗产的高精度典藏、修复和分析提供新的先进技术手段。 展开更多
关键词 壁画修复 空谱联合注意力增强 TRANSFORMER 高光谱图像修复
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基于国产GF-6 WFV多光谱图像的黑土区玉米秸秆覆盖度估算方法研究
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作者 孙中平 郑晓雄 +4 位作者 徐丹 孙建欣 刘素红 曹飞 白爽 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第3期726-734,共9页
黑土地是地球上极为珍贵的土壤资源,但长期高强度的利用加之土壤侵蚀,黑土层逐渐变薄、变瘦、变硬。作物秸秆覆盖是对黑土地实施保护的一种保护性措施,因此,秸秆覆盖度监测是保护性耕作措施实施程度的关键指标之一。国产高分六号(GF-6)... 黑土地是地球上极为珍贵的土壤资源,但长期高强度的利用加之土壤侵蚀,黑土层逐渐变薄、变瘦、变硬。作物秸秆覆盖是对黑土地实施保护的一种保护性措施,因此,秸秆覆盖度监测是保护性耕作措施实施程度的关键指标之一。国产高分六号(GF-6)卫星是中国首颗精准农业观测的高分卫星,相较于前几颗高分卫星,GF-6 WFV多光谱图像新增紫外波段、黄波段和两个对植被变化响应敏感的红边波段,新增光谱波段是否在黑土区作物秸秆覆盖度估算中具有应用潜力是本研究的探索目标。以保护性耕作“梨树模式”创建地的梨树县为研究区,选取2020年11月5日的GF-6 WFV多光谱图像,探索基于GF-6 WFV多光谱图像的秸秆光谱指数构建方法、基于像元二分法的秸秆覆盖度估算方法。研究结果表明:(1)由绿、红、近红外、紫外和黄波段组合的5种秸秆光谱指数与实测秸秆覆盖度的相关性较大,R^(2)大于0.5,能够解释超过50%的玉米秸秆覆盖度信息;(2)GF-6 WFV秸秆覆盖度估算结果与Sentinel-2 MSI、Landsat8 OLI估算结果之间存在较好的线性关系,决定系数R 2分别为0.833、0.732,进一步说明了国产GF-6 WFV多光谱图像用于秸秆覆盖度估算的可靠性和有效性;(3)利用像元二分法模型和考虑土壤背景差异可提高玉米秸秆覆盖度估算精度,与线性回归模型相比,像元二分法模型的估算精度R 2由0.740提高到0.769;考虑土壤质地分区后,像元二分法模型估算精度得到整体提升,R^(2)达到0.822。研究结果可为大区域范围内的作物秸秆覆盖度精确估算提供参考。 展开更多
关键词 国产卫星 GF-6 WFV多光谱图像 秸秆光谱指数 玉米秸秆覆盖度 黑土区 像元二分法
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Simulated annealing spectral clustering algorithm for image segmentation 被引量:3
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作者 Yifang Yang Yuping Wang 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2014年第3期514-522,共9页
The similarity measure is crucial to the performance of spectral clustering. The Gaussian kernel function based on the Euclidean distance is usual y adopted as the similarity measure. However, the Euclidean distance m... The similarity measure is crucial to the performance of spectral clustering. The Gaussian kernel function based on the Euclidean distance is usual y adopted as the similarity measure. However, the Euclidean distance measure cannot ful y reveal the complex distribution data, and the result of spectral clustering is very sensitive to the scaling parameter. To solve these problems, a new manifold distance measure and a novel simulated anneal-ing spectral clustering (SASC) algorithm based on the manifold distance measure are proposed. The simulated annealing based on genetic algorithm (SAGA), characterized by its rapid convergence to the global optimum, is used to cluster the sample points in the spectral mapping space. The proposed algorithm can not only reflect local and global consistency better, but also reduce the sensitivity of spectral clustering to the kernel parameter, which improves the algorithm’s clustering performance. To efficiently apply the algorithm to image segmentation, the Nystrom method is used to reduce the computation complexity. Experimental results show that compared with traditional clustering algorithms and those popular spectral clustering algorithms, the proposed algorithm can achieve better clustering performances on several synthetic datasets, texture images and real images. 展开更多
关键词 spectral clustering (SC) simulated annealing (SA) image segmentation Nystr6m method.
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图卷积神经网络综述 被引量:10
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作者 谢娟英 张建宇 《陕西师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期89-101,共13页
图卷积神经网络是图论与深度学习的交叉,已成为机器学习领域的研究热点。基于此,介绍了图卷积神经网络的形成,梳理了两大类经典的图卷积神经网络:谱方法和空间方法,详细介绍了这两类图卷积神经网络模型,分析了图卷积操作的核心理论基础... 图卷积神经网络是图论与深度学习的交叉,已成为机器学习领域的研究热点。基于此,介绍了图卷积神经网络的形成,梳理了两大类经典的图卷积神经网络:谱方法和空间方法,详细介绍了这两类图卷积神经网络模型,分析了图卷积操作的核心理论基础,介绍了图卷积神经网络在各领域的应用,总结了图卷积神经网络面临的主要挑战,展望了图卷积神经网络的发展趋势,并分析了图卷积神经网络在野外环境下蝴蝶识别任务中的潜在应用。 展开更多
关键词 图卷积神经网络 谱方法 空间方法 目标检测
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感应读出延时线阳极光子计数探测器研究
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作者 张蕊利 刘永安 +5 位作者 张亚龙 杨向辉 刘哲 苏桐 赵宝升 盛立志 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1291-1296,共6页
针对空间天文、生物荧光、光谱测量等领域对高灵敏、大面阵探测器的应用需求,研制出基于感应读出方式的延迟线阳极光子计数成像探测器。该探测器由微通道板、延时线阳极以及读出电路组成,其中延时线阳极的性能直接影响探测器的成像质量... 针对空间天文、生物荧光、光谱测量等领域对高灵敏、大面阵探测器的应用需求,研制出基于感应读出方式的延迟线阳极光子计数成像探测器。该探测器由微通道板、延时线阳极以及读出电路组成,其中延时线阳极的性能直接影响探测器的成像质量。作为一种电荷感应读出延时线阳极,该阳极利用信号到达的时间差解码入射光子的位置,可获得高的探测灵敏度和大的成像面积,同时简化了工艺难度并提升了可靠性。设计了感应读出延时线阳极,理论分析了探测器不同设计参数及材料对感应电荷量的影响,提出了解决异层电极间感应电荷量难以平衡的方法。据此研制出了收集面积为40 mm×40 mm的位敏阳极。测试结果表明该阳极信号传输衰减小于10%,极间串扰小于3%。利用该阳极进行了光子计数成像实验,获得了优于150μm的空间分辨率,为研制可应用于天文紫外光谱测量的大面阵、高灵敏探测器提供了理论依据及实验指导。 展开更多
关键词 探测器 光子计数成像 位敏阳极 空间分辨 光谱测量
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基于高光谱图像波段融合的猕猴桃软腐病早期分类检测 被引量:2
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作者 高宏盛 郭志强 +3 位作者 曾云流 丁港 王逍遥 李黎 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期241-249,共9页
软腐病是猕猴桃采后贮藏和销售过程中危害最严重的真菌病害,其潜伏期长,在染病早期还未表现出明显病状时,依靠人工筛选很难将其分类。为此应用高光谱成像技术(470~900 nm)对软腐病的早期分类检测展开研究。采集了健康猕猴桃以及感染软... 软腐病是猕猴桃采后贮藏和销售过程中危害最严重的真菌病害,其潜伏期长,在染病早期还未表现出明显病状时,依靠人工筛选很难将其分类。为此应用高光谱成像技术(470~900 nm)对软腐病的早期分类检测展开研究。采集了健康猕猴桃以及感染软腐病的早期和晚期猕猴桃共295个高光谱图像,并采用Kennard-Stone算法将样本按照7∶3划分为训练集和测试集样本。首先对样本进行感兴趣区域的选择,然后取该区域的平均光谱作为样本的原始光谱曲线。对原始光谱曲线采用主成分分析(PCA)、连续投影算法(SPA)和竞争性自适应重加权算法(CARS)进行光谱特征的提取。与此同时,对SPA求解过程中的8个特征波段使用非下采样轮廓波变换(NSCT)进行波段融合获得融合图像,然后使用灰度共生矩阵法(GLCM)提取融合图像的纹理特征。最后将光谱特征和纹理特征进行融合并分别建立最近邻算法(KNN)、随机森林(RF)以及支持向量机(SVM)分类模型进行猕猴桃软腐病的早期分类检测。此外,还与其他文献中使用主成分图像或特征波段提取的纹理特征进行了对比。该研究主要创新点为:使用NSCT对特征波段图像进行融合后再提取其纹理特征,既降低了特征维度,减少了特征冗余,又融合了不同波段图像的互补信息,提高了分类准确率。实验结果表明,SVM是最适合该研究的分类器,单独使用光谱特征或纹理特征进行分类的结果都不够理想,但两种特征融合后分类准确率最高可达到92.05%,多数猕猴桃软腐病早期样本得到了正确识别,这说明两种特征的融合获得了高光谱图像中光谱和图像的差异性信息,体现了高光谱图像的“空谱合一”。该研究对软腐病早期猕猴桃进行了快速、准确的无损检测,可为猕猴桃的采后品质分级提供一定的参考和指导意义。 展开更多
关键词 猕猴桃软腐病 高光谱图像 波段融合 空谱合一 无损检测
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八角林病虫害遥感识别模型 被引量:1
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作者 李美琪 刘美玲 +3 位作者 王璇 刘湘南 吴伶 李军集 《林业科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期128-138,共11页
【目的】受病虫害胁迫诱导的微弱光谱信号极易淹没在植被物候引起的光谱变化特征中,探索一种基于植被胁迫光谱弱信号增强的森林病虫害监测方法,为森林病虫害防治与管理提供科学依据。【方法】以八角林为研究对象,选取广西壮族自治区乐... 【目的】受病虫害胁迫诱导的微弱光谱信号极易淹没在植被物候引起的光谱变化特征中,探索一种基于植被胁迫光谱弱信号增强的森林病虫害监测方法,为森林病虫害防治与管理提供科学依据。【方法】以八角林为研究对象,选取广西壮族自治区乐业县为试验区,收集2019—2021年试验区Sentinel-2影像数据,首先选取对植被病虫害胁迫响应敏感的红边归一化差异植被指数(NDVI705)、红边位置指数(REPI)、红边叶绿素指数(CI_(red-edge))、植被衰减指数(PSRI)、特征色素简单比值指数(PSSRA)、植被光合有效辐射吸收系数(FAPAR)作为八角林病虫害指数的预选集;其次采用S-G滤波法构建光谱指数时间序列曲线,优选出能够综合表征八角林病虫害胁迫诱导的形态颜色和生理要素变化敏感的PSRI和FAPAR指数;然后应用季节趋势分解法(STL)对FAPAR、PSRI指数进行时间序列分解、季节性分量剥离,综合剥离季节性影响后的FAPAR、PSRI分量构建八角林病虫害敏感指数(IPDI);最后运用随机森林算法建立八角林病虫害胁迫监测模型。【结果】1)与健康植被相比,受病虫害胁迫的八角林FAPAR偏低、PSRI偏高;2)应用STL方法对植被病虫害胁迫响应敏感参数进行时间序列分解,可有效剥离植被物候变化中对植被胁迫弱信息的影响,增强八角林病虫害胁迫响应敏感性;3)基于IPDI的八角林病虫害遥感识别模型精度较高,2019—2021年模型的Kappa系数和总体精度分别为0.81、0.84、0.80和87.59%、88.51%、84.17%,2020年八角林遥感计算的病虫害胁迫受害面积与统计受灾面积的相对误差为2.08%。【结论】基于植被胁迫光谱弱信号增强方法可有效监测八角林病虫害胁迫分布状况,显著提升防治效率,助力八角林的可持续管理与生态保护。 展开更多
关键词 病虫害胁迫 季节趋势分解法 Sentinel-2影像 光谱指数 八角林
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高光谱图像去噪的稀疏空谱Transformer模型 被引量:1
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作者 杨智翔 孙玉宝 +1 位作者 白志远 栾鸿康 《电子测量技术》 北大核心 2024年第1期150-158,共9页
现阶段Transformer模型的应用提升了高光谱图像去噪的性能,但原始Transformer模型对图像空间-光谱耦合关联性的利用仍存在不足;对空间特征的处理存在过于平滑,容易丢失小尺度结构的现象;同时在光谱维度上也过于关注全部通道特征,缺乏对... 现阶段Transformer模型的应用提升了高光谱图像去噪的性能,但原始Transformer模型对图像空间-光谱耦合关联性的利用仍存在不足;对空间特征的处理存在过于平滑,容易丢失小尺度结构的现象;同时在光谱维度上也过于关注全部通道特征,缺乏对不同光谱波段间差异性的利用;为了应对这些问题,本文提出了一种新的稀疏空谱Transformer模型,提升了对空谱耦合关联性的利用。在空间维度,引入局部增强模块增强空间特征细节,应对过平滑问题;同时在光谱维度上提出了Top-k稀疏自注意力机制,自适应选择前K个最相关的光谱通道特征进行特征交互,从而能够有效捕获空谱特征。最终通过稀疏空谱Transformer的层级残差连接实现高光谱图像的去噪。在ICVL数据集上分别对高斯噪声和复杂噪声进行去噪处理,峰值信噪比分别达到40.56 dB和40.19 dB,证明了本文提出的稀疏空谱Transformer模型优越的性能。 展开更多
关键词 高光谱图像去噪 空间-光谱联合特征 稀疏Transformer
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BYOL框架下的自监督高光谱图像分类
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作者 韩希珍 蒋振刚 +3 位作者 刘媛媛 赵建 孙强 刘建卓 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期244-259,共16页
高光谱图像可以获取波段连续的图谱合一的立体数据,其具有丰富的图谱信息,能区分不同物质的类别,被广泛应用于各种遥感勘测领域。但在实际中高光谱图像的标注需要耗费大量的人力、财力和时间,可用的标注样本数量较少,难以通过训练来获... 高光谱图像可以获取波段连续的图谱合一的立体数据,其具有丰富的图谱信息,能区分不同物质的类别,被广泛应用于各种遥感勘测领域。但在实际中高光谱图像的标注需要耗费大量的人力、财力和时间,可用的标注样本数量较少,难以通过训练来获得准确的分类结果,所以针对于只有少量标记样本的高光谱图像分类是一个挑战。近年来,自监督学习(Self-supervised Learning,SSL)已成为一种有效的方法,可以减少高光谱图像分类对昂贵的数据标注的依赖。SSL方法通过学习在同一图像的不同视图之间产生的潜在特征,在自然图像分类中取得了较高的分类精度。为了探索SSL方法在高光谱图像分类中的潜力,一种Bootstrap Your Own Latent(BYOL)框架下的自监督高光谱图像分类方法(BSSL)被提出。该方法通过引用自监督的图像特征学习框架BYOL,可以不需要负样本对,利用空间光谱相似的同类样本对进行网络训练及参数微调,提取到更具判别性特征。具体来说,该方法主要包括四个部分:BYOL的预训练、超像素聚类、基于“相似对”的BYOL的再训练和最终分类。为了验证该方法的有效性,在三个公开数据集上进行测试,并与五种先进的无监督、自监督分类方法SuperPCA、S3PCA、ContrastNet、SSCL和N2SSL进行对比,在Indian Pines和Salinas数据集上,BSSL方法的总体分类精度(OA)、平均分类精度(AA)、Kappa系数、召回率(recall)和f1分数(f1-score)都取得了更优值。其中在Indian Pines数据集上,OA分别比SuperPCA,S3PCA,ContrastNet,SSCL和N2SSL提高了1.32%,1.05%,5.68%,3.12%和1.27%。而在University of Pavia数据集上,BSSL方法表现没有那么出色,但在综合分类性能上也表现最优。这表明BSSL方法更适用于地物区域面积较大且分布较集中的场景,因为这对于超像素聚类来说更友好。 展开更多
关键词 高光谱图像 自监督分类 BYOL 超像素聚类 空-谱联合
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基于注意力残差网络的快照式多光谱相机图像重构
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作者 闫纲琦 梁宗林 +5 位作者 宋延嵩 董科研 张博 刘天赐 张雷 王岩柏 《中国光学(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1316-1328,共13页
随着光谱成像技术的飞速发展,使用多光谱滤光片阵列(multispectral filter array,MSFA)采集多光谱图像的空间和光谱信息已经成为研究热点。如何利用低采样率且具有强频谱互相关性的原始数据进行重构成为制约其发展的瓶颈。本文基于一种... 随着光谱成像技术的飞速发展,使用多光谱滤光片阵列(multispectral filter array,MSFA)采集多光谱图像的空间和光谱信息已经成为研究热点。如何利用低采样率且具有强频谱互相关性的原始数据进行重构成为制约其发展的瓶颈。本文基于一种含有全通波段的8波段4×4 MSFA,提出了一种空谱联合的多分支注意力残差网络模型。使用多分支模型对各个波段插值后的图像特征进行学习。利用本文设计的空间通道注意力模型对8个波段和全通波段的特征信息进行联合处理。该模型通过多层卷积和卷积注意力模块以及残差补偿机制,有效减小了各波段的颜色差异,增强了边缘纹理等相关特征信息。对于初步插值的全通波段和其他波段的特征信息,通过无需进行批量归一化的残差密集块对多光谱图像空间和光谱相关性进行特征学习,以匹配各个波段的光谱信息。实验结果表明,对于在D65光源下测试图像,本文所提模型的峰值信噪比、结构相似度和光谱角相似度分别较最先进的深度学习方法提升了3.46%、0.27%和6%。该方法不仅减少了伪影还获得了更多的纹理细节。 展开更多
关键词 多光谱滤光片阵列 图像重构 空谱联合 残差网络 深度学习
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