Dynamic Super-Pixel Normalization for Robust Hyperspectral Image Classification

计算机科学 像素 人工智能 规范化(社会学) 高光谱成像 模式识别(心理学) 稳健性(进化) 熵(时间箭头) 计算机视觉 人类学 生物化学 量子力学 基因 物理 社会学 化学
作者
Cong Wang,Lei Zhang,Wei Wei,Yanning Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:61: 1-13 被引量:3
标识
DOI:10.1109/tgrs.2023.3242990
摘要

Deep neural networks (DNNs) have underpinned most of recent progress of hyperspectral image (HSI) classification. One premise of their success lies on the high image quality without noise corruption. However, due to the limitation of imaging sensor and imaging conditions, HSIs captured in practice inevitably suffer from random noise, which will degrade the generalization performance and robustness of most existing DNN based methods. In this study, we propose a dynamic super-pixel normalization based DNN for HSI classification, which can adaptively relieve the negative effect caused by various types of noise corruption and improve the generalization performance. To achieve this goal, we propose a dynamic super-pixel normalization module, for a given super-pixel which normalizes the inner pixel features using parameters dynamically generated based on themselves. By doing this, such a module enables adaptively restoring the similarity among pixels within the super-pixel corrupted by random noise through aligning their feature distribution, thus enhancing the generalization performance on noisy HSI. Moreover, it can be directly plugged into any other existing DNN architectures. To appropriately train the proposed DNN model, we further present a semi-supervised learning framework, which integrates the cross entropy loss and Kullback-Leibler divergence loss on labeled samples with the infomation entropy loss on the unlabeled samples for joint learning to well sidestep over-fitting. Experiments on three benchmark HSI classification datasets demonstrate the advantages of the proposed method over several state-of-the-art competitors in handling HSIs under different types of noise corruption.
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