本文選題：目標(biāo)識別 + 高空間分辨率遙感影像�。� 參考：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所)》2017年碩士論文

【摘要】：遙感目標(biāo)識別旨在定位并識別出遙感影像中的感興趣目標(biāo),它是遙感圖像處理的核心問題之一。隨著搭載平臺與傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展,遙感影像空間分辨率不斷提高,與自然圖像在視覺上的差異也越來越小。越來越多的計算機(jī)視覺方法可被應(yīng)用于高空間分辨率遙感影像目標(biāo)識別。2012年,Krizhevsky等首次將卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于大規(guī)模自然圖像分類,分類精度顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的圖像分類方法,從而掀起了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究熱潮。2014年,Girshick等提出了R-CNN(Regions with Convolutional Neural Network Features)模型,奠定了使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行目標(biāo)識別的基礎(chǔ)。目前,基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自然圖像目標(biāo)識別算法,在精度上已經(jīng)接近了人眼的識別精度,速度上也達(dá)到了準(zhǔn)實時處理。遙感圖像空間分辨率的提高以及卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在自然圖像分類、目標(biāo)識別等領(lǐng)域取得的成功,極大地推動了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在遙感圖像處理領(lǐng)域的應(yīng)用研究�；诰矸e神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的高分辨率遙感影像分類、目標(biāo)識別、圖像分割等研究已成為當(dāng)前研究熱點之一。本文主要研究卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在高空間分辨率遙感影像目標(biāo)識別中的應(yīng)用,完成了以下研究工作:(1)明確了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征在圖像識別中的有效性。本文在相同的遙感影像場景分類框架下,對比了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和詞袋模型兩種方法提取的特征性能。使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征在UcMerced數(shù)據(jù)集上分類時,平均準(zhǔn)確率均值達(dá)到了87%,在WhU數(shù)據(jù)集上優(yōu)于97%,顯著高于詞袋模型,證明了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征在圖像識別領(lǐng)域比傳統(tǒng)人工特征更具有優(yōu)勢。(2)提出了一種由粗到精的高空間分辨遙感影像單類目標(biāo)識別方法。該方法首先采用基于HOG的級聯(lián)AdaBoost算法快速提取少量的感興趣區(qū)域,然后使用基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)特征的支持向量機(jī)對感興趣區(qū)域進(jìn)行分類。本文提出的方法在飛機(jī)識別實驗中準(zhǔn)確率和識別率分別為98.4%和87.1%。與R-CNN模型相比,本文提出的方法不但準(zhǔn)確率和識別率有所提高,而且速度是R-CNN模型的10倍,在實際應(yīng)用中具有重要意義。(3)研究了如何使用Faster-RCNN模型進(jìn)行遙感多類目標(biāo)識別。通過固定卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)低層卷積層和微調(diào)高層卷積層的方式,縮小了Faster-RCNN模型需要訓(xùn)練的參數(shù)規(guī)模。在NWPU VHR-10數(shù)據(jù)集上,使用Faster R-CNN模型進(jìn)行遙感多類目標(biāo)識別的平均準(zhǔn)確率均值達(dá)到了72.6%,說明了Faster R-CNN是一種有效的遙感多類目標(biāo)識別方法。本文研究結(jié)果表明,卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在遙感影像目標(biāo)識別中具有巨大的應(yīng)用潛力,是當(dāng)前和未來的研究熱點。
[Abstract]:Remote sensing target recognition, which is one of the core problems in remote sensing image processing, aims to locate and identify interested objects in remote sensing images. With the rapid development of platform and sensor technology, the spatial resolution of remote sensing image is increasing, and the visual difference between remote sensing image and natural image is becoming smaller and smaller. More and more computer vision methods can be applied to target recognition of high spatial resolution remote sensing images. In 2012, convolution neural network was applied to large-scale natural image classification for the first time, and the classification accuracy was significantly better than that of traditional image classification methods. The R-CNN(Regions with Convolutional Neural Network Features (R-CNN(Regions with Convolutional Neural Network Features) model was proposed by Girshick in 2014, which laid the foundation for target recognition using convolutional neural networks. At present, the natural image target recognition algorithm based on convolution neural network has approached the recognition accuracy of human eyes and achieved quasi-real-time processing in speed. The improvement of spatial resolution of remote sensing image and the success of convolution neural network in natural image classification and target recognition greatly promote the application of convolution neural network in remote sensing image processing. The research of high resolution remote sensing image classification, target recognition and image segmentation based on convolution neural network has become one of the research hotspots. In this paper, the application of convolution neural network in high spatial resolution remote sensing image target recognition is studied. The following research work is done: 1) the effectiveness of convolution neural network feature in image recognition is clarified. In this paper, under the same remote sensing image scene classification framework, the feature performance of convolution neural network and word bag model extraction is compared. When the convolutional neural network features are used to classify UcMerced data sets, the average accuracy is 87% and 97% in WhU data sets, which is significantly higher than the word bag model. It is proved that convolutional neural network features have more advantages than traditional artificial features in image recognition. Firstly, the concatenated AdaBoost algorithm based on HOG is used to extract a small number of regions of interest, and then SVM based on convolution neural network features is used to classify the regions of interest. The accuracy and recognition rate of the proposed method are 98.4% and 87.1%, respectively. Compared with the R-CNN model, the method proposed in this paper not only improves the accuracy and recognition rate, but also is 10 times faster than the R-CNN model. It is of great significance in practical application. By means of fixed convolution layer and fine-tuned high-level convolution layer, the parameter scale of Faster-RCNN model need to be trained is reduced. On the NWPU VHR-10 data set, the average accuracy of multi-class remote sensing target recognition based on Faster R-CNN model is 72.6, which shows that Faster R-CNN is an effective method for multi-class remote sensing target recognition. The research results show that convolutional neural network has great application potential in remote sensing image target recognition, and it is a hot research topic in the future.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P237;TP751

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本文編號：1815648