Deep learning-based spectral band selection for hyperspectral imaging tasks

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作者
Emmanuel Martínez,Kebin Contreras,Jorge Brandon Fuentes Bacca
出处
期刊:Applied Optics [Optica Publishing Group]
卷期号:65 (13): F75-F75
标识
DOI:10.1364/ao.586969
摘要

Hyperspectral imaging (HSI) captures measurements at multiple wavelengths across the electromagnetic spectrum, providing information that improves material segmentation and classification beyond RGB imagery. While HSI devices often acquire a large number of spectral bands, this increases both cost and acquisition time. However, not all bands contribute equally to task-specific performance. We propose a deep spectral band selection (DSBS) framework for HSI tasks. Unlike methods that preserve non-task-specific information, DSBS identifies the most informative bands for a given task by jointly training a fully differentiable band selector and a neural network in an end-to-end (E2E) learning scheme. The selection is guided by a bin function and an ℓ p -norm regularizer to reach a target number of bands. Experiments on segmentation and classification show that DSBS outperforms state-of-the-art machine learning and deep learning methods. Results show that DSBS outperforms state-of-the-art E2E methods for HSI classification by about 8% across the evaluated metrics and yields an improvement of 1% over using all spectral bands for material segmentation. Additionally, we validate DSBS in a testbed implementation, starting from full-spectrum images (301 bands). The end-to-end training converges to 10 wavelengths; under cross-validation, considering only these 10 bands yields competitive cocoa-bean classification, with an overall accuracy of 76.40%, retaining approximately 95.5% of the accuracy observed in the 10-band end-to-end evaluation (80.01%) while reducing acquisition speed by a factor of 30 times.

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