A Novel Causal Inference-Guided Feature Enhancement Framework for PolSAR Image Classification

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作者
Hongwei Dong,Lingyu Si,Wenwen Qiang,Lamei Zhang,Junzhi Yu,Yuquan Wu,Changwen Zheng,Fuchun Sun
出处
期刊:IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:62: 1-16 被引量:5
标识
DOI:10.1109/tgrs.2023.3343380
摘要

In recent years, there has been a prominent focus on enhancing the quality of features derived from convolutional neural networks (CNNs) within the field of polarimetric synthetic aperture radar (PolSAR) image classification. Targeting this challenge, this paper first visualizes the lack of discriminability and generalizability in CNN features through several empirical observations. Subsequently, we explain why these problems arise from a causal perspective, accomplished by means of a structural causal model (SCM) constructed according to the training and testing process of CNNs. This SCM facilitates the identification of variables that affect the quality of PolSAR image feature learning, as well as intervention on those variables using backdoor adjustment. Building upon this groundwork, a novel causal inference guided feature enhancement framework is constructed. It can be seamlessly integrated into any CNN-based PolSAR image classifier in a plug-and-play manner, enabling the enhanced classifier to filter out interference information and prevent model overfitting. These two aspects bring better feature discriminability and generalizability, respectively, leading to improved classification performance. Experimental results on four widely-used PolSAR image datasets demonstrate the effectiveness of our proposed framework. We integrate it into several mainstream methods in the field and show that the accuracy of the enhanced classifier is improved compared to the original model.
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