HCL-Net: Heterogeneous Collaborative Learning for Lightweight Remote Sensing Image Segmentation

计算机科学 协作学习 分割 背景(考古学) 块(置换群论) 人工智能 特征提取 遥感 图像分割 特征学习 上下文图像分类 一致性(知识库) 骨干网 测距 特征(语言学) 学习迁移 数据挖掘 Boosting(机器学习) 目标检测 协作软件 机器学习 可扩展性 遥感应用 小波 冗余(工程) 卷积神经网络 上下文模型 计算机视觉 分布式计算 编码(集合论) 模式识别(心理学) 信息共享 深度学习 高光谱成像 匹配(统计)
作者
Jin Xie,Wujie Zhou,Caie Xu,Yuanyuan Liu,Fangfang Qiang
出处
期刊:IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:64: 1-14 被引量:2
标识
DOI:10.1109/tgrs.2026.3652161
摘要

Semantic segmentation of remote sensing images remains challenging due to large intra-class variations, high inter-class similarity, and the demand for lightweight deployment. Conventional single-architecture models and homogeneous collaborative frameworks struggle to balance local detail extraction with global context modeling. To address these limitations, we propose HCL-Net, a heterogeneous collaborative learning framework that integrates convolutional and Transformer architectures. HCL-Net consists of two complementary student networks: the Frequency-domain Local Detail Network (FLDNet), based on ResNet18 with a wavelet phase–amplitude fusion block to capture multi-frequency information, and the Spatial-domain Global Structure Network (SGSNet), built on a DFormer-T backbone with a dynamic texture–edge perception module for robust global context modeling. A dual collaborative strategy enhances knowledge transfer between networks through (1) bidirectional feature reconstruction, which aligns high-order statistics using Gram matrix alignment and enforces feature-space consistency via variational information distillation, and (2) regional pixel-level contrastive learning, which improves intra-class compactness while reducing inter-class confusion. Experiments on the Vaihingen dataset demonstrate that collaborative training yields substantial gains over independent training, with FLDNet achieving mAcc 89.92% / mIoU 82.12% and SGSNet achieving mAcc 89.95% / mIoU 82.16%, improving accuracy by 2.26%/2.08% and IoU by 2.53%/2.19%, respectively. With only 24.25M and 12.36M parameters and computational costs of 6.13G and 6.35G, FLDNet and SGSNet outperform 19 state-of-the-art methods while remaining efficient for resource-constrained environments. Code and experimental results are available at https://github.com/110-011/HCL-Net.
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