Image Classification using Random Forests and Ferns

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随机森林算法在遥感影像分类中的性能分析与改善设计

随机森林算法在遥感影像分类中的性能分析与改善设计

随机森林算法在遥感影像分类中的性能分析与改善设计遥感影像分类是利用遥感数据进行地物分类和识别的一种重要方法。

而随机森林算法作为一种强大的机器学习方法,已经在许多领域取得了显著的成功。

本文将对随机森林算法在遥感影像分类中的性能进行分析,并提出改善设计来进一步提高分类的准确性和效率。

首先,我们来分析随机森林算法在遥感影像分类中的性能。

随机森林算法是一种基于决策树的集成学习方法,它通过构建多个决策树,并使用投票或平均的方式来获得最终的分类结果。

相比于单个决策树,随机森林能够在减少过拟合的同时保持较高的分类准确性。

在遥感影像分类中,随机森林算法具有以下性能优势:1. 鲁棒性:遥感影像数据通常包含大量的噪声和干扰,而随机森林算法对于噪声和干扰具有较强的鲁棒性。

它能够自动选择最重要的特征,并根据特征的贡献程度进行分类,从而减少了噪声对分类结果的影响。

2. 高维特征处理能力:遥感影像数据通常具有高维特征,而随机森林算法能够有效处理高维数据,并进行自动特征选择。

它通过选择最佳分割点来构建决策树,从而实现对高维特征的有效利用。

3. 并行计算能力:随机森林算法中每个树都能够独立地构建和分类,因此可以通过并行计算来加速训练和分类的过程。

这使得随机森林算法在大规模遥感影像分类中具有较高的效率。

然而,随机森林算法在遥感影像分类中仍然存在一些挑战和改进的空间。

为了进一步提高性能,我们可以考虑以下改善设计:1. 特征选择:在构建随机森林模型之前,可以使用特征选择方法来选择最具代表性的特征。

这样可以减少特征维度,提高分类的速度和准确性。

一种常用的特征选择方法是基于信息增益或方差的方法。

2. 样本均衡:遥感影像数据中不同类别样本数量可能存在不平衡,这会导致随机森林模型对样本较多的类别具有较高的准确性,而对样本较少的类别准确性较低。

因此,可以采用过采样或欠采样等方法来解决样本不平衡问题,从而提高分类的平衡性。

3. 参数调优:随机森林算法中有一些重要的参数,如树的数量、最大深度和节点分裂准则等。

基于随机森林的遥感影像分类算法研究

基于随机森林的遥感影像分类算法研究

基于随机森林的遥感影像分类算法研究遥感是一种应用广泛的技术,可以用于多种领域,如自然灾害预警、气象预测、资源测量等。

在遥感应用中,遥感影像分类是一项重要的技术,它可以把遥感影像中的像素点按照不同类别进行分类,比如陆地、植被、水体等。

目前,随机森林(Random Forest)是一种比较常用的遥感影像分类算法。

它是由多棵决策树组成的集成学习模型,通过随机采样、节点分裂、投票等方式来提高分类的准确率和泛化能力。

在使用随机森林进行遥感影像分类之前,需要进行以下几个步骤:1. 特征提取特征提取是指从遥感影像中提取有用的信息,以便于后续的分类分析。

通常情况下,遥感影像中的像素点包含着多个波段的数据,如红、绿、蓝、红外等波段。

因此,需要把这些波段的数据转化为能够描述像素点属性的特征向量。

特征提取有多种方法,如主成分分析(PCA)、小波变换(WT)、光谱特征提取(SFE)等。

其中,光谱特征提取是比较常用的方法,它可以通过计算像素点在不同波段上的统计特征,如均值、标准差、最大值、最小值等,来表示像素点的光谱特征。

2. 样本选择样本选择是指从遥感影像中选取代表不同类别的像素点作为训练样本。

样本的选择应该具有代表性、统一性和可比性。

通常可以通过人工选择、随机采样或基于聚类的方法进行样本选择。

在样本选择时,需要注意以下问题:(1) 样本应该覆盖整个遥感影像,不应该存在遗漏或重叠的情况。

(2) 样本的数量应该充足,以保证分类模型的准确率和泛化能力。

(3) 不同类别之间的样本比例应该平衡,避免某些类别过多或过少导致分类结果偏差。

3. 模型训练模型训练是指利用已选择的样本训练随机森林分类器。

在训练过程中,需要对随机森林的参数进行设置,如决策树的数量、节点最小样本数、特征选择方式等。

这些参数的设置会影响分类器的效果。

4. 模型测试模型测试是指测试已训练好的随机森林分类器的分类准确率和泛化能力。

通常可以通过交叉验证等方法进行模型测试。

应用U-Net模型和多时相Landsat-8影像对森林植被的分类

应用U-Net模型和多时相Landsat-8影像对森林植被的分类

第49卷第9期东 北 林 业 大 学 学 报Vol.49No.92021年9月JOURNALOFNORTHEASTFORESTRYUNIVERSITYSep.20211)“十三五”国家重点研发计划项目(2017YFD0600400)。

第一作者简介:杨丹,女,1997年4月生,西安科技大学测绘科学与技术学院,硕士研究生。

E-mail:2539381809@qq.com。

通信作者:李崇贵,西安科技大学测绘科学与技术学院,教授。

E-mail:864958361@qq.com。

收稿日期:2020年8月10日。

责任编辑:王广建。

应用U-Net模型和多时相Landsat-8影像对森林植被的分类1)杨丹 李崇贵 常铮 李煜 雷田旺 (西安科技大学,西安,710054) (西安交通工程学院) 摘 要 为了探讨深度学习全卷积神经网络模型(U-Net)在多时相Landsat-8影像上的森林植被分类效果,以黑龙江孟家岗林场为研究区,采用多时相的Landsat-8影像为数据源,根据各森林类别多时相的光谱曲线确定分类的最佳时相,并对优化后的U-Net模型进行训练并验证。

同时,进一步构建多时相植被指数特征,训练分类模型并对森林植被进行分类,比较优化后的U-Net分类方法和最大似然分类法的分类精度。

结果表明:加入多时相植被指数的U-Net模型分类精度为83.5%,比单一时相分类精度高6.1%;优化后的U-Net模型分类方法精度明显高于最大似然分类方法,说明加入多时相植被指数的U-Net模型分类方法可以有效的提高森林分类精度。

关键词 Landsat8多时相影像;U-Net模型;最大似然法;植被指数;森林分类分类号 S715.3ClassificationofForestVegetationBasedonU NetModelforMulti temporalLandsat 8Images//YangDan,LiChonggui,ChangZheng,LiYu(Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’an710054,P.R.China);LeiTianwang(Xi’anTrafficEngineeringInstitute)//JournalofNortheastForestryUniversity,2021,49(9):55-59,66.Inordertoexploretheeffectofdeeplearningfullyconvolutionalneuralnetworkmodel(U Net)onforestvegetationclassificationonmulti temporalLandsat 8images,MengjiagangForestFarminHeilongjiangwasusedastheresearcharea,andmulti temporalLandsat 8imageswereusedasthedatasource.Accordingtothemulti temporalspectrumcurvediagramofeachforestcategory,thebesttimeforclassificationwasdetermined,andtheoptimizedU Netmodelwastrainedandverified.Furtherconstructthefeaturesofmulti temporalvegetationindex(DVI,EVIandGVI),traintheclassificationmodelandclassifyforestvegetation,andusetheoptimizedU Netclassificationmethodandthemaximumlikelihoodclassi ficationmethodforsingle phaseimageandaddMulti temporalvegetationindeximageswereusedforcomparisonexperi ments.TheresultsshowthattheclassificationaccuracyoftheU Netmodelwithmulti temporalvegetationindexis83.5%,whichis6.1%higherthanthatofthesingle phaseclassification;theaccuracyoftheoptimizedU Netmodelclassificationmethodissignificantlyhigherthanthatofthemaximumlikelihoodclassificationmethod.TheU Netmodelclassificationmethodwithmulti temporalvegetationindexcaneffectivelyimprovetheaccuracyofforestclassification.Keywords Multi temporalLandsat 8image;U Netmodel;Maximumlikelihoodmethod;Vegetationindex;Forestclassification 森林作为地球上最大的陆地生态系统,对维系生态平衡起着至关重要的作用,也是人类赖以生存和发展的基础条件[1],因此,对森林资源的调查和实时监测显得尤为重要。

基于归一化KNNI的随机森林填补算法

基于归一化KNNI的随机森林填补算法

第36卷第1期 2021年2月成都信息工程大学学报JOURNAL OF CHENGDU UNIVERSITY OF INFORMATION TECHNOLOGYVol. 36 No. 1Feb. 2021文章编号:2096-1618(2021 )01^0032~09基于归一化KNNI的随机森林填补算法游凤,李代伟,张海清,汪杰,彭莉,王震(成都信息工程大学软件工程学院,四川成都61〇225)摘要:随机森林填补算法在对不完备信息系统填补时具有可靠的填补性能,同时由于填补时需要多次进行随 机森林建模导致算法计算量大。

为了缩短算法的运行时间,提出了 NKNNI-RFI(normalization k nearest neighbor im- putation-random forest imputation)缺失数据填补算法。

通过改变R F I算法中预填补,即使用填补更为准确的归一化 KNNl(normalization k nearest neighbor imputation,NKNNI)作为预填补,为R F I算法中使用随机森林模型预测填补值 提供了更接近于原始数据集的数据,使R F I算法能够在更短的时间内完成填补任务且保持良好的填补效果。

实验 中使用10个U C I标准数据集,将提出的算法与R F I、NKNNI、SVM I和R0USTIDA算法进行比较并使用NRMSE、PFC 和A R T填补评价方法对算法效果进行评价。

实验结果表明:提出算法的N RM SE和P F C与R F I算法相同,NRMSE 比NKNN1、SVM1 和R0USTIDA 算法约低0.02~0.8,P F C比NKNNI、SVMI 和 R0USTIDA 算法约低0.01 ~0.6,ART 相比R F1算法最大减少程度达53%。

关键词:不完备信息系统;缺失数据填补;NKNNI;随机森林填补;填补评价方法中图分类号:TP301.6 文献标志码:Adoi :10. 16836/j. cnki. jcuit. 2021.01.0060引言在数据挖掘领域,大多数研究都把方法和模型建 立在完备信息系统(complete information system)上,研 究中假设方法和模型使用的信息系统均没有考虑数据 缺失。

针对苹果树叶病害图像分类的小样本学习方法

针对苹果树叶病害图像分类的小样本学习方法

第60卷第4期吉林大学学报(理学版)V o l.60 N o.4 2022年7月J o u r n a l o f J i l i nU n i v e r s i t y(S c i e n c eE d i t i o n)J u l y2022d o i:10.13413/j.c n k i.j d x b l x b.2021397针对苹果树叶病害图像分类的小样本学习方法李蛟1,王紫薇2,范丽丽3,赵宏伟3(1.吉林大学图书馆,长春130012;2.吉林省商务信息中心,长春130061;3.吉林大学计算机科学与技术学院,长春130012)摘要:针对苹果树叶病害样本数量少且缺乏足够的标签,导致苹果树叶病害早期发现分类困难的问题,提出一种苹果树叶病害图像分类的小样本学习方法.先根据图像间的特征向量距离和样本点密度,找出样本中的离群因子,将离群因子剔除后,求取嵌入空间中支持集的平均值,再根据查找样本与该值的关系进行分类.实验结果表明,该小样本学习方法能明显提高模型的分类性能和收敛速度,分类准确率较高,平均分类准确率达97.62%,对苹果树叶锈病㊁黑星病㊁混合病害㊁健康树叶4类的分类准确率分别达98.01%,97.32%,96.30%, 98.85%,且对样本不平衡㊁背景不均匀等数据集有较强的鲁棒性.关键词:苹果树叶病害;图像分类;小样本学习;离群点剔除中图分类号:T P391文献标志码:A 文章编号:1671-5489(2022)04-0906-05F e w-S h o t L e a r n i n g M e t h o d f o r I m a g eC l a s s i f i c a t i o no fA p p l eL e a fD i s e a s e sL I J i a o1,WA N GZ i w e i2,F A N L i l i3,Z H A O H o n g w e i3(1.L i b r a r y o f J i l i nU n i v e r s i t y,C h a n g c h u n130012,C h i n a;2.C e n t e r o f J i l i nB u s i n e s s I n f o r m a t i o n,C h a n g c h u n130061,C h i n a;3.C o l l e g e o f C o m p u t e rS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,J i l i nU n i v e r s i t y,C h a n g c h u n130012,C h i n a)A b s t r a c t:A i m i n g a t t h e p r o b l e m o fs m a l ln u m b e ro fs a m p l e so fa p p l e l e a fd i s e a s ea n dt h e l a c ko f s u f f i c i e n t l a b e l s,w h i c hl e dt ot h ed i f f i c u l t y o ft h ee a r l y d e t e c t i o na n dc l a s s i f i c a t i o no fa p p l el e a f d i s e a s e s,w e p r o p o s e d a f e w-s h o t l e a r n i n g m e t h o d f o r i m a g e c l a s s i f i c a t i o n o f a p p l e l e a f d i s e a s e s.F i r s t, a c c o r d i n g t o t h e d i s t a n c e o f f e a t u r e v e c t o r s b e t w e e n t h e i m a g e s a n d t h ed e n s i t y o f s a m p l e p o i n t s,w e f o u n do u t t h eo u t l i e r f a c t o r s i nt h es a m p l e s,a f t e r t h eo u t l i e r f a c t o r sw e r ee l i m i n a t e d,t h ea v e r a g e v a l u eo ft h es u p p o r ts e ti nt h ee m b e d d i n g s p a c e w a sc a l c u l a t e d,a n dt h e nt h ec l a s s i f i c a t i o n w a s p e r f o r m e d a c c o r d i n g t o t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h es e a r c hs a m p l ea n dt h ev a l u e.T h ee x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o wt h a t t h e p r o p o s e df e w-s h o t l e a r n i n g m e t h o dc a ns i g n i f i c a n t l y i m p r o v e t h ec l a s s i f i c a t i o n p e r f o r m a n c e a n dc o n v e r g e n c es p e e do f t h e m o d e l,a n dh a sh i g hc l a s s i f i c a t i o na c c u r a c y,i t sa v e r a g e c l a s s i f i c a t i o na c c u r a c y i s97.62%,a n d t h e c l a s s i f i c a t i o na c c u r a c y o f a p p l e r u s t,s c a b,m i x e dd i s e a s e s a n dh e a l t h y l e a v e s i s98.01%,97.32%,96.30%,98.85%,r e s p e c t i v e l y.I t h a s s t r o n g r o b u s t n e s s t o d a t a s e t s s u c ha s s a m p l e i m b a l a n c e a n du n e v e nb a c k g r o u n d,e t c.K e y w o r d s:a p p l e l e a f d i s e a s e;i m a g e c l a s s i f i c a t i o n;f e w-s h o t l e a r n i n g;o u t l i e r r e m o v a l 收稿日期:2021-10-20.第一作者简介:李蛟(1988 ),女,汉族,硕士,馆员,从事图书管理及智能信息系统的研究,E-m a i l:l i j i a o@j l u.e d u.c n.通信作者简介:王紫薇(1970 ),女,汉族,高级工程师,从事电子政务及数字创新的研究,E-m a i l:w z w@j i.g o v.c n.基金项目:吉林省科技创新专项基金(批准号:20190302026G X)和吉林省自然科学基金(批准号:20200201037J C).病原体和昆虫是威胁苹果园安全的主要因素.目前,苹果园的病虫害检测主要依赖于农作物顾问的人工检查[1-2],而使用人力进行观察既慢又提高了生产成本,且在大田间区域连续监视所有植物效率较低.因此,自动检测植物病害目前已被广泛关注.计算机成像技术和机器学习的发展在加快植物病害诊断方面显示了极大的潜力[3].数码相机可捕捉具有疾病症状的高质量图像,计算机视觉方法可利用有症状的数字图像对疾病进行分类[4-5].随着深度学习在计算机视觉领域内的发展,基于图像的植物病害检测已引起广泛关注.深度卷积神经网络(D C N N )[6]在图像分类和检测问题上性能较好.利用该网络对图像特征进行提取,已实现了均匀设置下拍摄的农作物病叶图像的分类[7-8].目前,使用计算机视觉在更复杂的摄影条件下进行农作物病害的识别研究已有很多成果[9-10].A m a r a 等[11]利用L e N e t 卷积神经网络作为基本架构从健康的叶片中检测和区分了香蕉斑点病;D u b e y 等[12]使用K -m e a n s 聚类算法检测苹果树叶受感染的部分,并利用支持向量机根据颜色㊁纹理和形状对健康和受感染的苹果树叶进行分类,此外,还设计了多种支持向量机提取特征,在植物病害分类中具有巨大潜力.卷积神经网络与迁移学习相结合可获得良好的性能,该学习使用如A l e x N e t [3],V G G [13],R e s N e t [4]等预先训练的模型,然后更新参数.目前,基于迁移学习的苹果树叶病害检测已有很多方法[14-16],但迁移学习方法之间的差异很小,并且这些方法的设计,尤其是利用深度卷积神经网络方法,在很大程度上依赖于丰富的标签数据,但对于苹果树叶病害识别,病害种类多且形态各异,数据集的获取和标记需大量的人力和生产成本.本文以常见特征相似的苹果树叶锈病㊁黑星病以及混合病害为研究对象,考察卷积神经网络在小样本下的分类问题.首先,使用卷积神经网络学习输入图像在特征空间的非线性映射,获得每个图像的特征向量;其次,根据特征向量求出中心点㊁所有点距离中心点的平均距离及几个簇的半径;再次,根据点到簇中心的距离与半径的关系,找出离群候选集,计算离群候选集中因子的局部可达密度,并根据密度值确认离群因子进行剔除;最后,将剩余的特征点作为支持集,并求取嵌入空间中支持集的平均值,根据查找最近的类原型,即可对嵌入式查询点进行分类.1 算法实现1.1 符号表示在小样本分类中,将n 个类别的样本定义为s ={(x 1,y 1),(x 2,y 2), ,(x n ,yn )},其中每个x 1ɪℝD 表示每个样本的D 维特征向量,而y i ɪ{1,2, ,K }表示相应的标签,S k 表示类别为k 的一组样本.1.2 模 型网络利用嵌入函数f ø:ℝD ңℝM 计算每个类别的M 维表示c k ɪℝM ,其中ø为嵌入函数中的可学习参数.根据类中所有样本的特征表示,计算得到每一类中心点的均值向量:c k =1S k ð(x i ,y i )ɪS k f ø(x i ),(1)其中S k 表示类别为k 的一组样本的样本数目,fø(x i )表示样本x i 的特征表示.以c k 为类中心点,分别求出每个类别中其他点与中心点距离的平均值为R i =ð(x i ,y i )ɪS k d (c k ,x i )S k ,(2)其中d (㊃,㊃)表示两个样本特征向量之间的欧氏距离.在每一类别中,计算每个样本与中间点之间的距离d (c k ,x i ),并将d (c k ,x i )与R i 进行比较.如果d (c k ,x i )>R i ,则将该样本放入离群点候选集.为方便表示,将样本和每一类的中心都视为点.将中心点定义为O ,其他样本点定义为x .d w (O )为点O 的第w 距离,d w (O )=d (O ,x ),其表示点x 是距离O 最近的第w 个点.图1为第w 距离示意图.由图1可见,点x 6为距离中心O 最近的第6个点,w =6.定义N w (O )为点O 的第w 距离邻域,N w (O )={x ᶄɪD \{O }d (O ,x ᶄ)ɤd w (O )},即N w (O )包含所有到点O 第w 邻域距离的点,易得N w (O )ȡw ,图1中点O 的第6距离邻域为N 6(O )={x 1,x 2,x 3,x 4,x 5,x 6,x 7}.709 第4期 李 蛟,等:针对苹果树叶病害图像分类的小样本学习方法图1第w距离示意图F i g.1S c h e m a t i c d i a g r a mo f w-t hd i s t a n c e根据以上定义,计算点O的第w邻域内所有点到O的平均可达距离,即局部可达密度为ρw(O)=1ðxɪN w(O)d w(O,x)/w=wðxɪN w(O)d w(O,x),(3)其中d w(O,x)为点x到点O的第w可达距离,其至少是点O的第w距离.如果点O与邻域点属于同一类别,则可达距离为较小的d w(O),局部可达密度大;反之,局部可达密度小.根据局部可达密度,可计算局部离群因子,其计算公式为L O F w(O)=w-1ðxɪN w(O)ρw(x)ρw(O).(4)局部离群因子表示点O的邻域N w(O)内其他点的局部可达密度与点O的局部可达密度之比的平均数.如果该值接近1,说明O的邻域点密度相似,O可能与邻域属于同一类别,如果该值小于1,说明O的密度高于其邻域点密度,O为密集点;如果该值大于1,说明O的密度小于其邻域点密度,O可能是异常点.找到异常点后,将异常点剔除.在每一类别中,对剔除异常点的其他特征向量根据式(1)再次求取中心点的均值向量.对于每个需要分类的样本点x,计算其属于类别k的概率为pø(y=k x)=e x p{-d(fø(x),c k)}ðkᶄe x p{-d(fø(x),c kᶄ)},(5)这里取距离的相反数是因为相距最小的最优可能是该样本对应的类.此分布是基于查询集中样本的嵌入与该类重构特征之间距离上的S o f t m a x.小样本学习阶段的损失函数为L=-l o g pø(y=k x)=-l o g e x p{-d(fø(x),c k)}ðkᶄe x p{-d(fø(x),c kᶄ)}=d(f g(q),c k)+l o gðkᶄd(f g(q),c kᶄ).(6) 2实验与分析2.1实验数据数据集M i n i I m a g e N e t是评估小样本学习方法性能的基准.该数据集是从I m a g e N e t中随机选择的子集,仅包含100个类别的60000张图像,每个类别有600张图像.本文参照文献[17]中的数据分割策略,使用其进行网络预训练.苹果树叶病数据集[18]是在美国纽约州未喷洒农药的商业种植园中,利用佳能R e b e lT5iD S L R相机和智能手机在各种光照㊁角度㊁表面和噪声条件下拍摄的,数据集的复杂度较高.其包含3651张高质量的带标签R G B图像,分别为雪松苹果树叶锈病㊁苹果树叶黑星病㊁复杂疾病(同一片树叶中有一种以上疾病)和健康的苹果树叶.其中雪松苹果树叶锈病图片1200张㊁黑星病图片1399张㊁复杂疾病图片187张㊁健康树叶图片865张,样本的不平衡增加了数据集的复杂性.数据集的类别图片如图2所示.为进行分类评估,本文将80%的数据集进行训练,剩余的20%用于测试.2.2实验平台和参数设置本文实验环境为X e o n(R)C P U E5-2620V3,N V I D I A(R)T i t a nX显卡,G P U的内存为12G B,驱动程序为418.67,C U D A为10.1版本,操作系统为U b u n t u18.04L T S,P y t o r c h版本为v1.0.0.主体网络为AM D I M(n d f=192,n d e p t h=8,n r k h s=1536),维度设为1536,学习率为0.0002.2.3实验结果2.3.1剔除离群点为验证剔除离群点对分类效果的影响,在训练时进行对比实验,分别在存在离群点和剔除离群点时对网络进行训练,实验结果列于表1.由表1中损失值和准确率的变化易见,剔除离群点后网络更容809吉林大学学报(理学版)第60卷易收敛,并且分类准确率更高.图2 数据集中4种类型的样本图像示例F i g .2 E x a m p l e s o f f o u r t y p e s o f s a m p l e i m a ge s i nd a t a s e t 表1 剔除离群点与未剔除离群点的性能比较T a b l e 1 P e r f o r m a n c e c o m pa r i s o nb e t w e e no u t l i e r s r e m o v a l a n dn o no u t l i e r s r e m o v a l 迭代次数未剔除离群点损失值准确率/%剔除离群点损失值准确率/%13.418065.392.064869.83101.870179.850.437083.53200.806392.500.099796.48300.155394.670.049097.45400.099795.300.028697.622.3.2 分类性能利用支持向量机(S VM )[19],A l e x N e t ,G o o g L e N e t [20],V G G N e t -16和R e s N e t 学习模型,对苹果树叶病害数据集进行训练,学习率设为0.001,选择S G D 作为优化算法,实验结果列于表2.表2 不同方法的性能比较T a b l e 2 P e r f o r m a n c e c o m p a r i s o no f d i f f e r e n tm e t h o d s 方法S VM A l e x N e t G o o g L e N e t R e s N e t -20V g g N e t -16本文分类准确率/%55.2392.3094.1794.4296.5097.62 由表2可见:本文方法能充分利用信息量大的样本,在测试集上的准确率达97.62%,高于其他模型;A l e x N e t 模型具有良好的分类能力,平均准确率为92.30%;G o o g L e N e t 具有多个I n c e pt i o n s ,并具有多维特征提取的能力,但其网络不受苹果树叶病理图像特征的调节,最终分类准确率达94.17%;R e s N e t -20作为残差神经网络,其准确率为94.42%;V G G N e t -16通过迁移学习实现了96.50%的准确率;带有S G D 优化器的S VM 模型的准确率为55.23%.实验结果表明,传统方法在很大程度上依赖专家设计的分类特征提高识别精度,而专家经验水平对分类特征的选择有较大影响.与传统方法相比,本文小样本学习网络可从多个维度自动提取最佳分类特征,而且还可以学习从边缘㊁角和颜色等低层特征到高层语义的分层特征.综上所述,本文针对传统分类方法中存在苹果树叶病害样本数量少和缺乏标签的问题,利用小样本学习方法和卷积神经网络对苹果树叶病害图像进行了分类实验.首先,使用L O F 将离群因子选出并剔除,对剩余的样本求得特征均值,根据查询样本与均值的关系确立样本类别.其次,将本文模型与传统卷积神经网络模型进行性能对比,结果表明:本文模型不需要大量有标签的样本,避免了样本909 第4期 李 蛟,等:针对苹果树叶病害图像分类的小样本学习方法019吉林大学学报(理学版)第60卷不平衡和背景不均匀对分类结果的影响,鲁棒性强;对光照㊁焦点等变化的适应性较好;训练模型容易迁移,可用于其他小样本的识别.参考文献[1] L A Z E B N I KS,S C HM I D C,P O N C EJ.B e y o n dB a g so fF e a t u r e s:S p a t i a lP y r a m i d M a t c h i n g f o rR e c o g n i z i n gN a t u r a lS c e n e C a t e g o r i e s[C]ʊP r o c e e d i n g s o f2006I E E E C o n f e r e n c e o n C o m p u t e r V i s i o n a n d P a t t e r n R e c o g n i t i o n.P i s c a t a w a y,N J:I E E E,2006:2169-2178.[2] C HA N D R A S E K HA R V,J I EL,MO R E R E O,e t a l.A P r a c t i c a lG u i d e t oC n n sa n dF i s h e rV e c t o r s f o r I m a g eI n s t a n c eR e t r i e v a l[J].S i g n a l P r o c 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randomforest r函数

randomforest r函数

randomforest r函数
随机森林是一种强大的机器学习算法,它可以用于分类和回归问题。

在R语言中,randomForest函数是用于训练随机森林模型的包。

该函数可以通过设置不同的参数来调整模型的性能和精度。

以下是一些可能需要了解的常见参数:
- ntree:指定随机森林中使用的树的数量。

默认为500。

- mtry:指定每个分割节点应考虑的特征数。

默认为sqrt(p),其中p是特征的总数。

- importance:一个布尔值,指定是否计算特征的重要性评分。

默认为TRUE。

- replace:一个布尔值,指定是否使用有放回地抽样来构建每个树。

默认为TRUE。

在使用randomForest函数之前,必须将数据集转换为R中的数据框格式。

此外,为了评估模型的性能,可以使用交叉验证或保持数据集的方法来拆分数据。

当模型训练完毕后,可以使用predict函数来进行预测。

此函数将返回一个向量,其中包含每个样本的预测类别或数值。

此外,可以使用varImpPlot函数来可视化特征的重要性得分。

总的来说,randomForest函数是一种非常有用的工具,可以帮助数据科学家构建高性能的机器学习模型。

- 1 -。

图像识别算法与应用案例分享

图像识别算法与应用案例分享

图像识别算法与应用案例分享1. 引言图像识别是计算机视觉领域中的一个重要研究方向,其应用范围涉及到医疗、军事、工业、交通等各个领域。

本篇文章将重点介绍图像识别算法的原理以及几个典型的应用案例。

2. 图像识别算法的原理图像识别算法的核心是将图像中的目标物体或特定特征提取出来,然后与已知的图像库进行比对,从而达到识别、分类或检测的目的。

图像识别算法的种类有很多,常用的包括卷积神经网络(CNN)、支持向量机(SVM)和随机森林(Random Forest)等。

2.1 卷积神经网络(CNN)卷积神经网络是一种深度学习算法,其内部包含卷积层、池化层和全连接层。

在图像识别中,CNN常用于目标检测、分类和分割等任务。

通过多次迭代训练,CNN能够提取图像中的高级特征,准确地识别出目标物体。

2.2 支持向量机(SVM)支持向量机是一种监督学习算法,其主要思想是通过寻找一个最优超平面来进行分类。

在图像识别中,SVM通过将图像映射到高维特征空间,然后找到一个最优超平面将不同类别的样本分开。

SVM具有较好的泛化能力和鲁棒性,因此在图像识别中有着广泛的应用。

2.3 随机森林(Random Forest)随机森林是一种集成学习算法,其由多个决策树组成。

在图像识别中,随机森林通过多次随机选择特征和数据集来构建多个决策树,然后通过投票的方式进行分类。

随机森林的优点在于能够处理高维数据和大规模数据集,同时具有较好的鲁棒性和准确性。

3. 图像识别算法的应用案例3.1 医学图像识别医学图像识别是图像识别在医学领域的应用。

通过对医学图像进行分析和处理,可以实现疾病的早期诊断和治疗方案的制定。

例如,在CT图像中,可以通过图像识别算法准确地检测出患者体内的肿瘤细胞,帮助医生制定个性化的治疗方案。

3.2 工业质检在工业生产中,图像识别算法可以用于产品质量的检测和缺陷的判定。

例如,通过对产品表面的图像进行分析,可以识别出产品表面的不良状况,从而实现自动化质量控制和提高生产效率。

深度学习方法在松山湖地区地物分类中的应用

深度学习方法在松山湖地区地物分类中的应用

DOI:10.16660/ki.1674-098X.2008-5640-6334深度学习方法在松山湖地区地物分类中的应用①贺丹* 张静(东莞理工学院城市学院计算机与信息学院 广东东莞 523000)摘 要:高分一号(GF-1)遥感影像具有分辨率高、光谱信息丰富、纹理清晰等特征,利用GF-1影像研究地物识别具有重要的现实意义。

本文以东莞市松山湖地区为研究区域,基于GF-1遥感影像数据,分别采用最大似然法、支持向量机、深度学习(随机森林)等方法对研究区的地物进行识别。

实验结果表明:采用深度学习方法对地物分类的总精度为92.24%,Kappa系数为0.91,与最大似然法和支持向量机相比,基于深度学习方法的分类精度更高,分类结果更能体现土地实际利用情况。

关键词:深度学习 松山湖 地物分类 遥感 高分一号中图分类号:TN957.52;TP391.41 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2020)11(c)-0021-05The Application of Deep Learning Method in the FeatureClassification of Songshan Lake AreaHE Dan * ZHANG Jing(School of Computer and Information, City College of DongGuan University of Technology, Dongguan,Guangdong Province, 523000 China)Abstract: GF-1 remote sensing image is characterized by high resolution, rich spectral information and clear texture, etc. Therefore, it is of great practical significance to use GF-1 image to study ground object recognition. Based on GF-1 remote sensing image data, this paper takes Songshan Lake area of Dongguan city as the research area, and adopts maximum likelihood method, support vector machine, deep learning(Random Forest, RF) and other methods to identify ground objects in the research area. The experimental results show that the total accuracy of ground objects classification using deep learning method is 90.24%, and the Kappa coefficient is 0.91. Compared with the maximum likelihood method and support vector machine, the classification based on deep learning method has a higher accuracy, and the classification results can better ref lect the actual land use.Key Words: Deep learning; Songshan lake; Feature classification; Remote sensing; GF-1①基金项目:2020年东莞市社会科技发展(一般)项目(项目名称:基于深度学习的松山湖地区遥感地物识别研究;项目编号:2020507151803),2019年广东大学生科技培育专项资金(“攀登计划”专项资金) (项目名称:基于深度学习的高分遥感影像城市绿地提取研究;项目编号:pdjh2019b0623)。

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Image Classification using Random Forests and Ferns Anna Bosch Computer Vision Group University of Girona aboschr@eia.udg.es Andrew Zisserman Dept. of Engineering Science University of Oxford az@robots.ox.ac.uk Xavier Mu˜noz Computer Vision Group University of Girona xmunoz@eia.udg.es Abstract We explore the problem of classifying images by the object categories they contain in the case of a large number of object categories. To this end we combine three ingredients: (i) shape and appearance representations that support spatial pyramid matching over a region of interest. This generalizes the representation of Lazebnik et al [16] from an image to a region of interest (ROI), and from appearance (visual words) alone to appearance and local shape (edge distributions). (ii) automatic selection of the regions of interest in training. This provides a method of inhibiting background clutter and adding invariance to the object instance’s position, and (iii) the use of random forests (and random ferns) as a multi-way classifier. The advantage of such classifiers (over multi-way SVM for example) is the ease of training and testing. Results are reported for classification of the Caltech-101 and Caltech-256 data sets. We compare the performance of the random forest/ferns classifier with a benchmark multiway SVM classifier. It is shown that selecting the ROI adds about 5% to the performance and, together with the other improvements, the result is about a 10% improvement over the state of the art for Caltech-256. 1. Introduction The objective of this work is image classification – classifying an image by the object category that it contains. This problem has been the subject of many recent papers [14, 15, 16, 26, 27] using the Pascal Visual Object Classes datasets or the Caltech-101 dataset. The release of challenging data sets with ever increasing numbers of object categories, such as Caltech-256 [13], is forcing the development of image representations that can cope with multiple classes and of algorithms that are efficient in training and testing. To date the two approaches that have achieved the best performance on the smaller Caltech-101 dataset have involved an improved scene representation – the spatial pyramid matching of Lazebnik et al. [16], and an improved classifier – the SVM-KNN algorithm of Zhang et al. [26]. In this paper we build on both of these ideas. First the image representation: [16] argued that Caltech- 101 was essentially a scene matching problem so an image based representation was suitable. Their representation added the idea of flexible scene correspondence to the bagof- visual-word representations that have recently been used for image classification [8, 22, 27]. We improve on their representation in two ways. First, for training sets that are not as constrained in pose as Caltech-101 or that have significant background clutter, treating image classification as scene matching is not sufficient. Instead it is necessary to “home in” on the object instance in order to learn its visual description. To this end we automatically learn a Region Of Interest (ROI) in each of the training images in the manner of [7]. The idea is that between a subset of the training images for a particular class there will be regions with high visual similarity (the object instances). These regions can be identified from the clutter by measuring similarity using the spatial pyramid representation of [16], but here defined over a ROI rather than over the entire image. The result is that “clean” visual exemplars [3] are obtained from the pose varying and cluttered training images. The second extension over [16] is to represent both the appearance (using dense vector quantized SIFT descriptors, as they did) but also local shape (using a distribution over edges [5, 7]). These representations are common over all classes. As in Bosch et al. [5] the novelty is that the classifier has the ability to choose the weight given to shape, appearance and the levels of the pyramids. This facilitates representations and classification suited to the class. For example, a car can be better distinguished by its shape and a lion by its appearance, and not all objects require the same pyramid level, e.g. objects with higher intra-class spatial variation are best represented by lower pyramid levels. Turning to the classifier, we employ here a random forest classifier. These classifiers were first introduced in [1] and developed further in [6]. Their recent popularity is largely due to the tracking application of [17]. They have been ap( a) (b) (c) (d) + + = + + = PHOW PHOG Figure 1. Appearance and shape spatial representation. (a,c) Grids for levels l = 0 to l = 2 for appearance and shape representation; (b,d) appearance and shape histogram representations corresponding to each level. plied to object recognition in [20, 24] but only for a relatively

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