系统工程与电子技术 ›› 2023, Vol. 45 ›› Issue (12): 3715-3725.doi: 10.12305/j.issn.1001-506X.2023.12.01

• 电子技术 •    

基于SMOTE和深度迁移卷积神经网络的多类不平衡遥感图像分类算法研究

冯伟1,*, 龙以君1, 全英汇1, 邢孟道2   

  1. 1. 西安电子科技大学电子工程学院, 陕西 西安 710071
    2. 西安电子科技大学前沿交叉研究院, 陕西 西安 710071
  • 收稿日期:2022-07-06 出版日期:2023-11-25 发布日期:2023-12-05
  • 通讯作者: 冯伟
  • 作者简介:冯伟 (1985—), 女, 副教授, 博士, 主要研究方向人工智能和遥感图像处理
    龙以君 (2000—), 女, 硕士研究生, 主要研究方向为遥感图像处理
    全英汇 (1981—), 男, 教授, 博士, 主要研究方向为智能感知和敏捷雷达
    邢孟道 (1975—), 男, 教授, 博士, 主要研究方向为SAR/ISAR成像和动目标检测
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(62201438);国家自然科学基金(62331019);国家自然科学基金(12005169);陕西林业科技创新重点专项(SXLK2022-02-8);陕西省自然科学基础研究计划(2021JC-23);陕西省社会科学界联合会项目(2022HZ1759)

Multi-class imbalance remote sensing image classification based on SMOTE and deep transfer convolutional neural network

Wei FENG1,*, Yijun LONG1, Yinghui QUAN1, Mengdao XING2   

  1. 1. School of Electronic Engineering, Xidian University, Xi'an 710071, China
    2. Academy of Advanced Interdisciplinary Research, Xidian University, Xi'an 710071, China
  • Received:2022-07-06 Online:2023-11-25 Published:2023-12-05
  • Contact: Wei FENG

摘要:

在遥感图像分类实际应用中, 深度学习经常面临高光谱数据有效标签不完备、样本多类不平衡和数据分布随时空动态变化等问题, 难以发挥优势。基于上述问题, 提出一个基于人工少数类过采样方法(synthetic minority oversampling technique, SMOTE)和深度迁移卷积神经网络的土地覆盖分类算法。所提算法创新性地采用深度迁移学习, 使算法能够学习不同时空相同地物的相似性, 并利用SMOTE方法对学习数据进行类分布空间优化平衡, 从而解决目标域数据不足和数据类不平衡问题。两组公开的高光谱遥感图像被用来验证所提算法的有效性。实验结果表明, 相比传统的深度学习, 所提算法能够更有效地解决数据不足和数据类不平衡问题提高分类精度。

关键词: 迁移学习, 神经网络, 机器学习, 数据挖掘

Abstract:

Among various applications in remote sensing image classification, deep learning has long suffered from inadequate valid labels, multi-class imbalance sample, and data distribution shift with time and space, which constrains the advantage of deep learning. A ground-covered classification method based on synthetic minority oversampling technique (SMOTE) and deep transfer convolutional neural network is proposed. The proposed approach creatively employs deep transfer learning to grasp the similarity between the same sample objects which, however, are under different spaces and time. In addition, it utilizes SMOTE to optimize and balance classification distribution in space with the aim to solve the problem of imbalance data classification and inadequate data in the target domain. Two groups of hyperspectral remote data are used to verify the proposed approach. As shown by the experimental results, the proposed approach is better in offering the solution for inadequate and imbalance data with a premier classification precision.

Key words: transfer learning, neural network, machine learning, data mining

中图分类号: