0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

深度学习下高光谱图像目标检测技术研究

莱森光学 来源:莱森光学 作者:莱森光学 2023-02-01 09:38 次阅读

成像光谱技术在农业、环境检测、国防军事等领域都得到了广泛应用。高光谱成像能够获取物体在各个波段内电磁波发射或者反射的光亮度值,所得到的更为精细且具有特异性的光谱数据为目标定位与识别提供了巨大的优势。高光谱目标探测技术能够突破目标形态学特征,综合利用成像光谱仪获取目标地物精细的光谱信息与空间信息,达到鉴别地物种类、识别真假等目的。然而,传统的遥感高光谱技术为了得到更高的光谱分辨率,在成像方式与过程中,牺牲了空间分辨率与成像速度,导致了高光谱图像空间特征不明显、实时成像水平低等问题。近年来,随着无人机与地面观测平台系统以及基于空间光谱信息联合目标检测水平的提高,陆基成像条件下高光谱目标检测技术得到了迅速发展,检测效果也得到了有效提升。实时高光谱成像技术也取得了突破性的进展,成像光谱仪具备了高空间分辨率、高时间分辨率和高信噪比的高光谱视频成像功能。与此同时,基于深度学习理论的目标检测算法快速发展,检测速度、特征提取等方面取得了突破性进展,在人脸识别、交通监控等领域,图像目标检测的准确率、实时性不断提升,对小目标、复杂背景目标的探测能力也显著增强。一方面是基于深度学习的目标检测算法性能的提升,另一方面是陆基实时高光谱成像技术的迅速发展,为基于深度学习的高光谱目标检测技术的发展奠定了基础。

高光谱目标检测技术

高光谱目标检测是技高术光原谱理图像处理应用的重要方向之一,其基本原理是首先利用成像光谱仪获取精细的光谱信息,而后根据已知的光谱数据来确定未知目标光谱的归属。

由于成像光谱技术最早在遥感领域应用,高光谱遥感成像采用星载或者机载方式垂直拍摄地物,获取的高光谱图像空间分辨率很低,达到几十甚至上百米,降低了图像几何空间信息的利用率;同时,低空间分辨率使得混合像元问题严重,影响了目标识别过程中小目标的发现概率。因此,传统的高光谱图像目标检测主要利用目标与背景的光谱差异来探测地物,难以利用目标空间形态信息,且需要目标数据库或光谱库的支持。高光谱图像目标检测技术也更侧重于光谱分析的定量处理,各种自动快速的基于光谱信息的目标检测算法相继出现,相对弥补了空间分辨率低带来的不足。在背景中识别目标时,高光谱图像目标检测算法的精髓在于光谱统计量的匹配,具体过程如图1所示。高光谱目标检测技术可以在连续的波长范围内成像,具有很高的光谱分辨率,能够充分利用目标光谱信息。目前,成像光谱仪的光谱分辨率可以达到纳米级,在地物精细判断、识别定位等任务中脱颖而出。

poYBAGPZwpCAC0CIAABd5YiRHoY518.png

基于深度学习的目标检测技术

深度学习是一种基于深度神经网络的学习方式,其正式发端于2006年。自此,深度学习模型便受到广泛关注而迅速发展。常用的深度神经网络模型有深度信念网络(DBN)、受限玻尔兹曼机(RBM)、循环神经网络(RNN)、卷积神经网络(CNN)等。利用这些深度学习模型取得了许多历史性的成就和突破性的进展,例如手写数字识别、语音识别、图像分类等。理论上,只要浅层神经网络的隐含的神经元足够多,就能逼近任何一个多元非线性函数,然而这种浅层神经网络由于需要太多节点而无法实际应用。

目标检测技术

目标检测能技够术对目标进行精准定位并判断类别,它是计算机视觉领域的重要内容,在视频跟踪、无人驾驶等方面具有重要研究价值。目标检测算法可以分为两大类:传统的目标检测算法,基于深度学习的目标检测算法。

pYYBAGPZwpCAWAXyAABelus-R5o793.png

典型的双阶段目标检测算法有R-CNN、Fast R-CNN、Faster R-CNN等。Girshick等提出的R -CNN(Region-based convolutional neural networks)方法,是基于深度学习的目标检测算法研究的开山之作与重要参考。但是,R-CNN要求输入图片尺寸一致且每个候选区域都需要进行特征提取,为了解决这些问题,He等加入了一个空间金字塔池化层SPP-net.基于此提出的Fast R-CNN算法能够使图像共享卷积特征图,不需要对每幅图像进行区域建议,训练过程统一,有效提升了检测速度与效果。如图3所示,Faster R-CNN算法在Fast R-CNN的基础上增加了候选窗口网络RPN,解决了依赖耗时的区域建议算法提供的目标位置的问题,候选窗口网络代替了选择性搜索等传统的候选框生成方法,实现了网络的端到端训练,提高了网络计算速度。

poYBAGPZwpGARuAyAABeHZWApSM181.png

YOLOv3是目标检测YOLO系列非常非常经典的算法,算法流程图如图4所示,其包含Darknet-53网络结构、anchor锚框、FPN等非常优秀的结构。

pYYBAGPZwpGAYQ-0AAGkHhsfxxs939.png

基于深度学习的高光谱图像目标检测技术

随着小型化、便携式、手提式实时成像光谱仪的发展与应用,高光谱目标检测技术不再仅仅应用于传统的机载或星载的平台。陆基成像条件下高光谱图像实现了高空间分辨率与高光谱分辨率的结合,这为充分利用空间几何特征进行二维图像目标检测提供了支撑。近年来,基于深度学习理论的高光谱图像处理方法也发展十分迅速,黄鸿等利用高光谱遥感数据具有波段多、特征非线性、空间相关等特点,提出一种基于深度学习的空-谱联合特征提取算法来有效提取数据中的空-谱特征用于分类任务,取得了良好效果。石祥滨等针对高光谱遥感图像光谱信息维度大,标注训练样本较少的问题,提出适合小训练样本的高光谱遥感图像分类框架HSI-CNN,设计了适用于小样本高光谱遥感图像的全卷积神经网络结构,有效降低网络参数数量。

高光谱目标检测技术能够利用目标精细的光谱特征进行分类探测,对于二维图像,基于深度学习的目标检测技术能够提取深层次抽象特征,完成对形态、背景、大小不同目标的检测定位任务。基于深度学习的高光谱图像目标检测技术可以将成像光谱技术与二维图像目标检测技术的优势相结合,利用深度学习来获取高光谱图像高级别层次的空间特征与光谱特征,将分类、定位、真伪识别等任务融为一体。如图5所示,为常用的基于深度学习的高光谱图像目标检测流程。

poYBAGPZwpKAdkGRAADgLwvnIBI647.png

在二维图像目标检测技术中增加光谱维信息,使目标检测突破了图像中的二维形态信息的束缚,提升了目标检测在某些特殊应用场景的效果。例如,传统的军事目标的定位与识别是基于目标的颜色、纹理、形状等二维形态学特征,但如果目标隐藏在伪装网下或者设置形似假目标,单纯的根据二维空间信息进行检测的结果不够可靠。而融合光谱维信息的目标检测方法,能够有效提升整体的检测效果,颇具应用潜力。

欢迎关注公众号:莱森光学,了解更多光谱知识。

莱森光学(深圳)有限公司是一家提供光机电一体化集成解决方案的高科技公司,我们专注于光谱传感和光电应用系统的研发、生产和销售。

审核编辑黄宇

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 图像
    +关注

    关注

    2

    文章

    1080

    浏览量

    40382
  • 检测
    +关注

    关注

    5

    文章

    4419

    浏览量

    91320
  • 高光谱
    +关注

    关注

    0

    文章

    328

    浏览量

    9908
  • 深度学习
    +关注

    关注

    73

    文章

    5472

    浏览量

    120908
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    【HarmonyOS HiSpark AI Camera】基于深度学习目标检测系统设计

    项目名称:基于深度学习目标检测系统设计试用计划:尝试在硬件平台实现对Yolo卷积神经网络的加速运算,期望提出的方法能够使目标
    发表于 09-25 10:11

    基于深度学习的异常检测研究方法

    异常检测深度学习研究综述原文:arXiv:1901.03407摘要异常检测是一个重要的问题,在不同的
    发表于 07-12 07:10

    基于深度学习的异常检测研究方法

    ABSTRACT1.基于深度学习的异常检测研究方法进行结构化和全面的概述2.回顾这些方法在各个领域这个中的应用情况,并评估他们的有效性。3.根据基本假设和采用的方法将最先进的
    发表于 07-12 06:36

    光谱图像飞机目标检测研究

    笔者将经过最小噪声分离后的光谱图像进行基于集合顶点的端元提取,并结合基于多光谱的匹配滤波法、最小能量约束法、光谱角制图法、正交子空间投影法
    发表于 10-10 10:31 34次下载
    <b class='flag-5'>高</b><b class='flag-5'>光谱</b><b class='flag-5'>图像</b>飞机<b class='flag-5'>目标</b><b class='flag-5'>检测</b><b class='flag-5'>研究</b>

    基于视频图像目标检测技术研究

    本文基于常用运动目标检测方法进行了研究。首先阐述了视频监控系统中常用运动目标检测方法,并对Surendra 背景提取算法及改进的帧间差分法进
    发表于 09-03 16:23 23次下载

    如何使用深度学习进行视频行人目标检测

    近年来,随着深度学习在计算机视觉领域的广泛应用,基于深度学习的视频运动目标检测受到广大学者的青睐
    发表于 11-19 16:01 22次下载
    如何使用<b class='flag-5'>深度</b><b class='flag-5'>学习</b>进行视频行人<b class='flag-5'>目标</b><b class='flag-5'>检测</b>

    探究深度学习目标视觉检测中的应用与展望

    目标视觉检测是计算机视觉领域的一个重要问题,在视频监控、自主驾驶、人机交互等方面具有重要的研究意义和应用价值.近年来,深度学习
    的头像 发表于 01-13 10:59 5742次阅读

    机器学习在遥感光谱图像中的应用

    为了克服遥感光谱图像中地面特征的自动化和智能化分类困难,在遥感成像过程中逐渐引入机器学习方法。研究人员提出了基于支持向量机(SVM)、极值
    的头像 发表于 10-16 15:43 5882次阅读
    机器<b class='flag-5'>学习</b>在遥感<b class='flag-5'>高</b><b class='flag-5'>光谱</b><b class='flag-5'>图像</b>中的应用

    基于改进YOLOv2的遥感图像目标检测技术

    传统遥感图像目标检测方法的时间复杂度且精准率低,如何快速准确地检测遥感图像中的特定
    发表于 06-16 15:28 11次下载

    基于深度学习目标检测研究综述

    基于深度学习目标检测研究综述 来源:《电子学报》 ,作者罗会兰等 摘 要: 目标
    发表于 01-06 09:14 2112次阅读
    基于<b class='flag-5'>深度</b><b class='flag-5'>学习</b>的<b class='flag-5'>目标</b><b class='flag-5'>检测</b><b class='flag-5'>研究</b>综述

    基于深度卷积神经网络的目标检测研究

    作为计算机视觉中的基本视觉识别问题,目标检测在过去的几十年中得到了广泛地研究目标检测旨在给定图像
    发表于 02-11 08:51 1295次阅读

    一种改进的光谱图像CEM目标检测算法

    一种改进的光谱图像CEM目标检测算法   来源:《 应用物理》 ,作者付铜铜等 摘要:  约束能量最小化(Constrained Ener
    发表于 03-05 15:47 1326次阅读
    一种改进的<b class='flag-5'>高</b><b class='flag-5'>光谱</b><b class='flag-5'>图像</b>CEM<b class='flag-5'>目标</b><b class='flag-5'>检测</b>算法

    基于光谱成像技术的物证鉴定领域的研究综述

    在物证鉴定的研究中,光谱成像技术作为一种新型的物证鉴别技术,相较于紫外-可见荧光光谱、拉曼
    的头像 发表于 10-08 15:31 1200次阅读
    基于<b class='flag-5'>高</b><b class='flag-5'>光谱</b>成像<b class='flag-5'>技术</b><b class='flag-5'>下</b>的物证鉴定领域的<b class='flag-5'>研究</b>综述

    光谱相机在烧伤深度检测中的应用

    光谱相机(Hyperspectral Imaging, HSI)是一种具有非常光谱分辨率的成像技术。它能够捕获到一个物体的大量
    的头像 发表于 06-30 11:59 582次阅读
    <b class='flag-5'>高</b><b class='flag-5'>光谱</b>相机在烧伤<b class='flag-5'>深度</b><b class='flag-5'>检测</b>中的应用

    基于深度学习的小目标检测

    在计算机视觉领域,目标检测一直是研究的热点和难点之一。特别是在小目标检测方面,由于小目标
    的头像 发表于 07-04 17:25 709次阅读