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MSDFENet:基于多尺度差异特征增强的高分光学遥感影像变化检测方法
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作者 彭代锋 李垭宁 +1 位作者 周顶蔚 管海燕 《地球信息科学学报》 北大核心 2025年第9期2250-2267,共18页
【目的】传统光学遥感变化检测方法步骤繁琐、自动化程度低,而深度学习变化检测方法具有启发继承式特征表达能力,可自动学习变化模式、实现端到端变化检测,显著提升变化检测算法的精度与自动化程度,是遥感大数据时代主流变化检测方法。... 【目的】传统光学遥感变化检测方法步骤繁琐、自动化程度低,而深度学习变化检测方法具有启发继承式特征表达能力,可自动学习变化模式、实现端到端变化检测,显著提升变化检测算法的精度与自动化程度,是遥感大数据时代主流变化检测方法。然而,高分遥感影像地物时空分布复杂度高,现有深度学习变化检测方法往往采用孪生编码器架构提取多时相影像特征并通过特征差值方式提取差异信息,导致差异信息建模能力不足且容易受到复杂背景、阴影和光照等因素干扰。【方法】针对以上问题,本文提出一种基于多尺度差异特征增强的全卷积变化检测网络(Multi-Scale Differential Feature Enhancement Network,MSDFENet),MSDFENet采用孪生编码器架构从双时相遥感影像中提取多尺度特征,通过引入非对称部分双卷积模块(Asymmetric Partial Double Convolution,APDC)降低参数数量、减少冗余信息。进一步地,通过差分运算提取差异特征以捕捉变化信息的多尺度细节。在解码阶段,设计多尺度特征注意力模块(Multi-scale Feature Attention,MSFA),通过引入空间坐标注意力机制实现深层语义特征与浅层几何特征的协同优化。最后,通过渐进式上采样逐级恢复变化区细节信息,并利用简单卷积层输出变化图。【结果】为验证本文方法的有效性,在LEVIR-CD、CDD和WHU-CD数据集上与主流深度学习变化检测方法进行对比实验与分析,定量结果表明,MSDFENet在3个数据集上均取得更优精度指标,其F1分数分别达到90.68%、94.65%和91.64%,IoU分别达到82.96%、89.78%和84.56%。目视结果显示MSDFENet可有效抑制复杂背景干扰,提高边缘定位精度,取得最优目视效果。模型复杂度分析表明,MSDFENet实现了精度与效率的最佳平衡。【结论】本文提出的MSDFENet可有效增强差异特征表达,在有效抑制复杂背景噪声干扰的同时,显著提升多尺度变化捕捉能力、改善变化检测效果。 展开更多
关键词 高分遥感影像 变化检测 差异特征增强 多尺度融合 注意力机制 深度学习 非对称部分双卷积
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DFFMamba:A Novel Remote Sensing Change Detection Method with Difference Feature Fusion Mamba
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作者 peng daifeng DONG Fengxu GUAN Haiyan 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 2025年第6期728-748,共21页
Change detection(CD)plays a crucial role in numerous fields,where both convolutional neural networks(CNNs)and Transformers have demonstrated exceptional performance in CD tasks.However,CNNs suffer from limited recepti... Change detection(CD)plays a crucial role in numerous fields,where both convolutional neural networks(CNNs)and Transformers have demonstrated exceptional performance in CD tasks.However,CNNs suffer from limited receptive fields,hindering their ability to capture global features,while Transformers are constrained by high computational complexity.Recently,Mamba architecture,which is based on state space models(SSMs),has shown powerful global modeling capabilities while achieving linear computational complexity.Although some researchers have incorporated Mamba into CD tasks,the existing Mamba⁃based remote sensing CD methods struggle to effectively perceive the inherent locality of changed regions when flattening and scanning remote sensing images,leading to limitations in extracting change features.To address these issues,we propose a novel Mamba⁃based CD method termed difference feature fusion Mamba model(DFFMamba)by mitigating the loss of feature locality caused by traditional Mamba⁃style scanning.Specifically,two distinct difference feature extraction modules are designed:Difference Mamba(DMamba)and local difference Mamba(LDMamba),where DMamba extracts difference features by calculating the difference in coefficient matrices between the state⁃space equations of the bi⁃temporal features.Building upon DMamba,LDMamba combines a locally adaptive state⁃space scanning(LASS)strategy to enhance feature locality so as to accurately extract difference features.Additionally,a fusion Mamba(FMamba)module is proposed,which employs a spatial⁃channel token modeling SSM(SCTMS)unit to integrate multi⁃dimensional spatio⁃temporal interactions of change features,thereby capturing their dependencies across both spatial and channel dimensions.To verify the effectiveness of the proposed DFFMamba,extensive experiments are conducted on three datasets of WHU⁃CD,LEVIR⁃CD,and CLCD.The results demonstrate that DFFMamba significantly outperforms state⁃of⁃the⁃art CD methods,achieving intersection over union(IoU)scores of 90.67%,85.04%,and 66.56%on the three datasets,respectively. 展开更多
关键词 change detection state space model(SSM)change feature fusion deep learning difference Mamba(DMamba) local difference Mamba(LDMamba) spatial⁃channel token modeling SSM(SCTMS)
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MtSCCD:面向深度学习的土地利用场景分类与变化检测数据集 被引量:10
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作者 周维勋 刘京雷 +2 位作者 彭代锋 管海燕 邵振峰 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期321-333,共13页
利用遥感影像识别土地利用类型及监测其变化情况在城市规划和土地利用优化等领域发挥着重要作用。当前,相关数据集存在样本量少、类别划分不合理、数据不开源等局限,难以满足样本驱动的深度学习遥感信息提取范式的需求。本文构建了一个... 利用遥感影像识别土地利用类型及监测其变化情况在城市规划和土地利用优化等领域发挥着重要作用。当前,相关数据集存在样本量少、类别划分不合理、数据不开源等局限,难以满足样本驱动的深度学习遥感信息提取范式的需求。本文构建了一个面向深度学习的大规模场景分类与变化检测数据集MtSCCD (Multi-temporal Scene Classification and Change Detection)。该数据集包括MtSCCD_LUSC (MtSCCD Land Use Scene Classification)和MtSCCD_LUCD (MtSCCD Land Use Change Detection)两个子数据集,分别用于土地利用场景分类与变化检测任务。该数据集具有以下特点:(1) MtSCCD是目前规模最大的公开的土地利用类型识别与检测数据集,包含10种土地利用类型共65548幅图像,并且样本覆盖中国5个城市的中心区域;(2)由于MtSCCD数据集根据城市划分训练集、验证集以及测试集,对于新增的城市土地利用数据,可以根据需求划分为训练集与验证集或测试集,因此可扩展性较高;(3) MtSCCD数据集中测试集与训练集的样本来自不同的城市,因此符合实际业务需求,且能够验证模型的泛化性能。基于MtSCCD_LUSC和MtSCCD_LUCD两个子数据集,本文评估了多个深度学习网络的分类与变化检测效果,为后续的相关研究提供了参考。 展开更多
关键词 土地利用 场景分类 变化检测 数据集 信息提取 特征提取 深度学习 卷积神经网络
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基于金字塔语义token全局信息增强的高分光学遥感影像变化检测 被引量:3
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作者 彭代锋 翟晨晨 +3 位作者 周顶蔚 张永军 管海燕 臧玉府 《测绘学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期1195-1211,共17页
针对复杂背景、光谱变化等因素导致高分辨率遥感影像中细小地物检测缺失,几何结构检测不完整等问题,本文联合卷积网络和Transformer网络优势,提出一种基于金字塔语义token全局信息增强的变化检测网络(PST-GIENet)。首先,利用无最大池化... 针对复杂背景、光谱变化等因素导致高分辨率遥感影像中细小地物检测缺失,几何结构检测不完整等问题,本文联合卷积网络和Transformer网络优势,提出一种基于金字塔语义token全局信息增强的变化检测网络(PST-GIENet)。首先,利用无最大池化层的ResNet18网络提取多时相影像深度特征以构建融合特征,并采用联合注意力机制和深监督策略提高融合特征表达能力;然后,通过空间金字塔池化将影像特征表示为多尺度语义token,进而利用Transformer编码器和解码器对融合特征空间进行全局上下文建模;最后,通过逐层上采样解码器生成最终变化图。为验证本文方法有效性,采用LEVIR-CD、CDD和WHU-CD 3个公开变化检测数据集进行对比试验与分析,定量结果表明PST-GIENet在3个数据集中均取得最优精度指标,其F 1值分别达到91.71%、96.16%和94.08%。目视结果表明PST-GIENet可有效抑制复杂背景、光谱变化等因素干扰,显著增强网络对地物边缘结构和多尺度变化的捕捉能力,取得最佳目视效果。 展开更多
关键词 高分辨率遥感影像 变化检测 金字塔语义token 全局依赖性 注意力机制
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基于深度神经网络的图像语义分割研究综述 被引量:58
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作者 景庄伟 管海燕 +1 位作者 彭代峰 于永涛 《计算机工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1-17,共17页
随着深度学习技术的快速发展及其在语义分割领域的广泛应用,语义分割效果得到显著提升。对基于深度神经网络的图像语义分割方法进行分析与总结,根据网络训练方式的不同,将现有的图像语义分割分为全监督学习图像语义分割和弱监督学习图... 随着深度学习技术的快速发展及其在语义分割领域的广泛应用,语义分割效果得到显著提升。对基于深度神经网络的图像语义分割方法进行分析与总结,根据网络训练方式的不同,将现有的图像语义分割分为全监督学习图像语义分割和弱监督学习图像语义分割,对每种方法中代表性算法的效果以及优缺点进行对比与分析,并阐述深度神经网络对语义分割领域的贡献。在此基础上,归纳当前主流的公共数据集和遥感数据集,对比主要的图像语义分割方法的分割性能,探讨当前语义分割技术面临的挑战并对其未来的发展方向进行展望。 展开更多
关键词 深度神经网络 图像语义分割 计算机视觉 全监督学习 弱监督学习
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基于局部-全局语义特征增强的遥感影像变化检测网络模型 被引量:13
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作者 高建文 管海燕 +4 位作者 彭代锋 许正森 康健 季雅婷 翟若雪 《地球信息科学学报》 CSCD 北大核心 2023年第3期625-637,共13页
尽管卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)已广泛应用于遥感影像变化检测任务,但CNN感受野有限,难以有效提取全局语义信息。针对上述问题,本文提出一种用于变化检测任务的端到端局部-全局特征增强的编-解码网络模型(Local-Gl... 尽管卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)已广泛应用于遥感影像变化检测任务,但CNN感受野有限,难以有效提取全局语义信息。针对上述问题,本文提出一种用于变化检测任务的端到端局部-全局特征增强的编-解码网络模型(Local-Global Feature Enhancement Network,LGE-Net)。在编码部分,LGE-Net利用CNN_ResNet34骨干网络分别获得双时相遥感影像局部语义特征,级联后输入Locally Enhanced Transformer(LE-Transformer)结构捕获远距离语义依赖,提取深层全局语义特征。在解码部分,嵌入语义增强模块(Context Enhancement Module,CEM)连接解码特征与多尺度局部特征,实现变化对象的准确定位与分割。此外,针对LE-Transformer各分块内部以及相邻分块序列间缺乏局部信息交互问题,设计了局部特征增强前馈网络(Locally Enhanced Feed Forward Network,LEFFN)。在LEVIR-CD和CDD变化检测数据集上的综合对比试验表明,本文提出LGE-Net模型取得的F1-score分别达到91.06%和94.78%,显著优于其他对比模型,可更加精准识别变化区域,进一步减少误检以及漏检率,且具有良好的泛化能力。 展开更多
关键词 深度学习 变化检测 语义分割 注意力机制 TRANSFORMER 局部特征增强
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高分辨率遥感影像建筑物提取的注意力胶囊网络算法 被引量:7
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作者 许正森 管海燕 +3 位作者 彭代锋 于永涛 雷相达 赵好好 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第8期1636-1649,共14页
高分辨率遥感影像建筑物自动提取在防灾减灾、灾害估损、城市规划和地形图制作等方面具有重要意义。但是,目前常用的传统卷积神经网络模型存在异变性强而同变性弱缺陷。针对该问题,本文提出一种基于通道和空间双注意力胶囊编码—解码网... 高分辨率遥感影像建筑物自动提取在防灾减灾、灾害估损、城市规划和地形图制作等方面具有重要意义。但是,目前常用的传统卷积神经网络模型存在异变性强而同变性弱缺陷。针对该问题,本文提出一种基于通道和空间双注意力胶囊编码—解码网络DA-CapsNet(dual-attention capsule encoder-decoder network)的建筑物提取通用模型。该模型通过胶囊卷积和空间—通道双注意力模块增强高分辨率遥感影像中建筑物高阶特征表达能力,实现建筑物遮挡部分以及对非建筑不透水层的准确提取与区分。模型首先利用胶囊编码—解码结构提取并融合多尺度建筑物胶囊特征,获得高质量建筑物特征表达。之后,设计通道和空间注意力特征模块进一步增强建筑物上下文语义信息,提高模型性能。本文选取3种高分辨率建筑物数据集进行试验,最终的平均精度、召回率和F1-score分别为92.15%、92.07%和92.18%。结果表明,本文提出的DA-CapsNet能有效克服高分辨率遥感影像中的空间异质性、同物异谱、异物同谱以及阴影遮挡等影响,实现复杂环境下的高精度建筑物自动提取。 展开更多
关键词 建筑物提取 深度学习 通道注意力 空间注意力 编码器—解码器 胶囊网络
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