面向高光谱影像解译的无监督迁移深度表示模型与学习方法

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61906147
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0601.人工智能基础
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

It is crucial to efficiently use the massive hyperspectral images obtained by space-borne imaging sensors with costly expense. It is the key of improving the comprehensive applied ability of remote sensing and the challenge in the community of information science as well. This project aims at solving the curse of dimensionality and relatively small sample problems existing in feature representation, optimization and learning for massive, high-dimensional, non-structural and multi-model hyperspectral images. Inspired from the cognitive mechanisms of the human brain, which involving unsupervised learning and transfer learning, unsupervised transfer deep neural network (DNN) feature representation model is established for data reconstruction and data real distribution. An end-to-end unsupervised training style is designed and knowledge can be transferred between multi-source data sets effectively. Combing DNN with information theory and sparse representation theory, multi-objective models are built and efficient multi-objective optimization algorithms are designed for the proposed models. Feature dimension reduction and structure of networks can be optimized adaptively with a reasonable tradeoff. Based on the characteristics of hyperspectral images, some key learning problems in spatial-spectral feature representation for hyperspectral images are solved, which provides stable and robust approaches for spatial-spectral joint interpretation in multi-source complex hyperspectral scenes. It is expected to publish over 8 high quality papers, apply for over 4 patents, and jointly train 6 PH.D. or Master students.
花费巨大代价通过星载/机载传感器获取的海量高光谱遥感数据,如何有效解译与利用既是提高遥感综合应用能力的关键,也是信息科学领域的新挑战。本课题针对海量、高维、非结构、多模态高光谱遥感影像特征表示优化与学习中的维数灾难与相对小样本等问题,借鉴人脑认知的机理,从无监督学习与迁移学习出发,面向数据重构与数据真实分布建立无监督迁移深度神经网络特征表示模型,实现端到端的无监督训练模式以及多源数据集之间的知识迁移。将深度神经网络与信息论和稀疏表示理论结合建立多目标模型,设计高效的多目标优化方法,实现特征降维与网络结构的自适应权衡优化。结合高光谱遥感影像的成像特点与地物特性,求解高光谱遥感影像空谱联合特征表示中的关键学习问题,为多源复杂场景下的高光谱遥感影像的空谱联合解译提供稳健的方法。发表高水平论文8篇以上;申请国家发明专利4项以上;联合培养博士、硕士研究生6人。

结项摘要

本课题严格按照研究计划进行,主要研究成果包括:针对高光谱遥感数据标注训练样本匮乏的问题,构造全新的无监督深度神经网络模型,使其训练过程摆脱对标签样本的严重依赖,实现在分类等后续解析任务上在不降低过多精度的前提下,大大减少对标注样本的需求量;针对高光谱遥感数据的多模态特点,以及标注数据的匮乏问题,利用迁移学习原理,实现对已有数据集深度表达模型的知识迁移,即充分利用已有数据集的标注信息,获得在无标注信息或只有少量标注信息的全新数据集上的高效特征表达学习与推理能力;针对空谱遥感数据的非结构化特点,提出了基于注意力模型的空谱联合特征提取模型,能够通过自适应光谱和空间注意力机制降低特征提取过程中不相关光谱和空间信息的影响,得到高质量的空谱联合特征;同时还将所提出的特征提取方法应用到了变化检测,分类等任务中,获得了良好的性能。本项目共发表论文10篇,均发表在《IEEE Transactions on Cybernetics》,《IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing》,《Pattern Recognition》,《Knowledge-Based Systems》等一区权威期刊上,申请国家发明专利2项,授权国家发明专利3项,联合培养博士2人硕士4人,研究成果获2022年陕西省电子学会自然科学二等奖(第一完成人),圆满完成了预期目标。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Multiobjective Endmember Extraction Based on Bilinear Mixture Model
基于双线性混合模型的多目标端元提取
  • DOI:
    10.1109/tgrs.2020.2988519
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Jiang Xiangming;Gong Maoguo;Zhan Tao;Zhang Mingyang
  • 通讯作者:
    Zhang Mingyang
Multiform Ensemble Self-Supervised Learning for Few-Shot Remote Sensing Scene Classification
用于少镜头遥感场景分类的多形式集成自监督学习
  • DOI:
    10.1109/tgrs.2023.3234252
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Jianzhao Li;Maoguo Gong;Huilin Liu;Yourun Zhang;Mingyang Zhang;Yue Wu
  • 通讯作者:
    Yue Wu
Unsupervised Scale-Driven Change Detection With Deep Spatial–Spectral Features for VHR Images
具有 VHR 图像深度空间光谱特征的无监督尺度驱动变化检测
  • DOI:
    10.1109/tgrs.2020.2968098
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    EEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Tao Zhan;Maoguo Gong;Xiangming Jiang;Mingyang Zhang
  • 通讯作者:
    Mingyang Zhang
Self-structured pyramid network with parallel spatial-channel attention for change detection in VHR remote sensed imagery
具有并行空间通道注意的自结构金字塔网络用于 VHR 遥感图像中的变化检测
  • DOI:
    10.1016/j.patcog.2023.109354
  • 发表时间:
    2023-01
  • 期刊:
    Pattern Recognition
  • 影响因子:
    8
  • 作者:
    Mingyang Zhang;Hanhong Zheng;Maoguo Gong;Yue Wu;Hao Li;Xiangming Jiang
  • 通讯作者:
    Xiangming Jiang
A Spectral and Spatial Attention Network for Change Detection in Hyperspectral Images
用于高光谱图像变化检测的光谱和空间注意网络
  • DOI:
    10.1109/tgrs.2021.3139077
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing
  • 影响因子:
    8.2
  • 作者:
    Maoguo Gong;Fenlong Jiang;A. K. Qin;Tongfei Liu;Tao Zhan;Di Lu;Hanhong Zheng;Mingyang Zhang
  • 通讯作者:
    Mingyang Zhang

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其他文献

基于广义Kelvin链钢管混凝土徐变研究
  • DOI:
    10.6052/j.issn.1000-4750.2021.01.0042
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    工程力学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨超;陈梦成;张明阳;李骐;方苇;温清清
  • 通讯作者:
    温清清
喀斯特石漠化信息遥感提取的不确定性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
    地球科学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    岳跃民;王克林;张兵;刘波;陈洪松;张明阳
  • 通讯作者:
    张明阳
基于粒子群-遗传优化算法的船舶避碰决策研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中国航海
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曾勇;张金奋;张明阳;张笛
  • 通讯作者:
    张笛
三波段大气传输红外偏振特性对比分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    红外与激光工程
  • 影响因子:
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  • 作者:
    陈振跃;王霞;张明阳;金伟其
  • 通讯作者:
    金伟其
钙依赖性蛋白激酶Ⅱδ在脑外伤后皮质中的表达变化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    法医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐冬冬;谷振勇;陶陆阳;张明阳
  • 通讯作者:
    张明阳

其他文献

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张明阳的其他基金

面向空谱遥感图像地物分类的多任务特征学习模型与方法
  • 批准号:
    62376205
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    49 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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