Masked Spatial–Spectral Autoencoders Are Excellent Hyperspectral Defenders

高光谱成像 计算机科学 人工智能 稳健性(进化) 自编码 图形 模式识别(心理学) 可转让性 像素 机器学习 深度学习 理论计算机科学 罗伊特 生物化学 化学 基因
作者
Jiahao Qi,Zhiqiang Gong,Xingyue Liu,Chen Chen,Ping Zhong
出处
期刊:IEEE transactions on neural networks and learning systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:36 (2): 3012-3026 被引量:7
标识
DOI:10.1109/tnnls.2023.3345734
摘要

Deep learning (DL) methodology contributes a lot to the development of hyperspectral image (HSI) analysis community. However, it also makes HSI analysis systems vulnerable to adversarial attacks. To this end, we propose a masked spatial-spectral autoencoder (MSSA) in this article under self-supervised learning theory, for enhancing the robustness of HSI analysis systems. First, a masked sequence attention learning (MSAL) module is conducted to promote the inherent robustness of HSI analysis systems along spectral channel. Then, we develop a graph convolutional network (GCN) with learnable graph structure to establish global pixel-wise combinations. In this way, the attack effect would be dispersed by all the related pixels among each combination, and a better defense performance is achievable in spatial aspect. Finally, to improve the defense transferability and address the problem of limited labeled samples, MSSA employs spectra reconstruction as a pretext task and fits the datasets in a self-supervised manner. Comprehensive experiments over three benchmarks verify the effectiveness of MSSA in comparison with the state-of-the-art hyperspectral classification methods and representative adversarial defense strategies.
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