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书书书
收稿日期:20180609; 修 回 日 期:20180807 基 金 项 目: 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (61272121);河 南 省 科 技 攻 关 计 划 项 目
(172102210445)
作者简介:赵芳(1981),女,河南新乡人,副教授,硕士,主要研究方向为数据库和数据挖掘(zhaofangxinx@163.com);索岩(1983),女,河南洛
阳人,讲师,主要研究方向为数据库理论和应用;彭子然(1969),博士研究生,主要研究方向为智能移动终端、生命信号处理.
基于蚁群优化与独立特征集的遥感图像实时分类算法
赵 芳
1
,索 岩
2
,彭子然
3
(1.新乡学院 计算机与信息工程学院,河南 新乡 453003;2.河南师范大学新联学院,河南 新乡 453000;3.中
南大学 信息科学与工程学院,长沙 410083)
摘 要:为了提高遥感图像的实时分类准确率与效率,提出了一种基于蚁群优化算法与独立特征集的遥感图像
集实时分类算法。首先,提取遥感图像的小波域特征与颜色特征,并且组成特征向量;然后,采用蚁群优化算法
对特征空间进行优化,独立地选出每个分类的显著特征集,从而降低每个子特征空间的维度;最终,每个分类独
立地训练一个极限学习机分类器,从而实现对遥感图像集的分类。基于公开的遥感图像数据集进行了仿真实
验,结果显示本算法实现了较高的分类准确率,并且实现了较高的计算效率。
关键词:人工智能;特征提取;遥感图像;时间效率;蚁群优化算法;极限学习机
中图分类号:TP391.41 文献标志码:A 文章编号:10013695(2020)02057057305
doi:10.19734/j.issn.10013695.2018.06.0574
Realtimeclassificationalgorithmofremotesensingimagesbasedon
antcolonyoptimizationalgorithmandindependentfeaturesets
ZhaoFang
1
,SuoYan
2
,PengZiran
3
(1.Computer&InformationEngineeringCollege,XinxiangUniversity,XinxiangHenan453003,China;2.XinlianCollegeofHenanNormal
University,XinxiangHenan453000,China;3.SchoolofInformationScience& Engineering,CentralSouthUniversity,Changsha410083,
China)
Abstract:Inordertoimprovetheaccuracyandefficiencyofrealtimeclassificationofremotesensingimages,thispaperpro
posedarealtimeclassificationalgorithm ofremotesensingimagesbasedontheantcolonyoptimizationalgorithm andinde
pendentfeaturesets.Firstly
,itabstractedwaveletfeaturesandcolorfeaturesofremotesensingimages,andthefeatures
formedthefeaturevectors.Then,itadoptedtheantcolonyoptimizationalgorithmtooptimizethefeaturespace,anditselected
thesignificantfeaturesetofeachclassindependentlytoreducethedimensionofeachfeaturesubspace.Lastly,ittrainedex
tremelearningmachineforeachclassindependentlytorealizetheremotesensingimagesclassification.Simulationexperimen
talresultsbasedonthepublicremotesensingimagedatasetshowthattheproposedalgorithmrealizesagoodclassificationac
curacyandcomputationalefficiency.
Keywords:artificialintelligence;featureabstraction;remotesensingimage;computationalefficiency;antcolonyoptimiza
tionalgorithm
;extremelearningmachine
0 引言
遥感技术是军事侦察、导弹预警、军事测绘、海洋监视与气
象观测等领域的重要研究课题之一,其中通过遥感图像对地面
进行探测与侦查具有巨大的研究价值
[1]
。在矿产检测与石油
勘探工程应用中,通过卫星遥感图像对地表进行初步勘探、分
析地表结构已成为一个重要的技术手段
[2]
。此外,在机器人
探索荒漠地区的工程应用中,采集遥感图像也是探测机器人的
一个重要任务
[3]
。但是探测机器人与卫星的通信能力有限,
如果将遥感图像集实时地发送至工作站,则会带来巨大的通信
负担
[4]
。因此,在探测机器人或者卫星中实时地对遥感图像
集进行预处理,不仅可以减轻通信负担,而且有助于对地表的
定位效果
[5,6]
。遥感图像的细节信息丰富、特征维度高,一般
采用传统的特征提取方案提取遥感图像的特征,获得的特征表
达能力弱并且信息损失严重,对遥感图像后续的处理具有不利
的影响
[7]
。文献[8]对预处理后的图像进行降维处理,提取像
素的光谱维特征,并且使用卷积神经网络提取图像块的空间特
征,然后将这两个提取的特征串行拼接,该方案使用支持向量
机作为遥感图像集的分类器。该方案有效地提高了图像分类
准确率,但是时间效率较低。文献[
9]提出了一种基于显著特
征和 GVFSnake的高分辨率遥感图像道路提取方法,通过融合
颜色对比度和空间统计特征计算显著性图,并以输出的显著图
最大值作为
GVFSnake的初始种子点。该方案同时提高了计
算效率与检测精度,但是由于采用了 GVFSnake的种子生长算
法,导致该方案仅对轮廓显著的目标具有效果。
小波特征能够提取遥感图像的细节信息
[10]
,因此本文同
时考虑了遥感图像的小波域特征与颜色特征。目前,卓有成效
的特征 优 化 方 案 主 要 有 蚁 群 优 化 算 法
[11]
、粒 子 群 优 化 算
法
[12]
、遗传算法
[13]
等。其中蚁群优化算法取得了更好的效
果,为了有效地减少特征数量,本文采用蚁群优化算法对每个
分类的特征集进行优化处理。分类器的时间效率也是决定遥
感图像分类效率的一个重要因素,目前遥感图像分类领域中常
用的分类器主要为支持向量机
[14]
,本文通过实验发现极限向
量机的计算效率略优于支持向量机,为了保证较低的图像分类
处理时间,本文采用极限向量机作为分类器。
综上所述,为了在遥感测量终端实现对遥感图像集的实时
第 37卷第 2期
2020年 2月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol.37No.2
Feb.2020