基于深度学习的图像分类及其在高光谱图像中的应用研究

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1、中图分类号：TP391论文编号：102870316-S043学科分类号：080402硕士学位论文基于深度学习的图像分类及其在高光谱图像中的应用研究研究生姓名李新国学科、专业测试计量技术及仪器研究方向信号处理指导教师黄晓晴副教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一六年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonimageclassificationbasedondeeplearningwithitsapplicat

2、iononhyperspectralimageclassificationAThesisinInstrumentationScienceandTechnologybyLiXinguoAdvisedbyProf.HuangXiaoqingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2016承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不

3、包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着互联网技术的发展，图像识别分类技术已经广泛用于各个领域。深度学习网络的多层结构使其能够学习到图像更深层次的特征，提高图像识别和分类的准确性。本文研究了目前国内外公认的深度置信网（DBN）和卷积神经网络（CNN）两种深度学习方法的理论知识及其应用。图像特征的提取是图像分类问题的关键，首先，本论文分析了现有的特征

4、提取算法以及存在的问题，并与深度学习的方法做了对比分析，文章中详细的叙述了深度学习的发展过程和取得的成果，深入研究了人工神经网络(NN)、DBN和CNN三种网络的构建过程和训练方法，通过对比实验表明了深度学习的方法相对于传统神经网络在图像识别问题上的优势；其次，论文将DBN用于高光谱图像识别分类实验中，对高光谱数据进行了样本扩充、数据降维和重构输入三种数据预处理的操作，利用AE和PCA相结合的方法对数据进行降维，结合邻居样本进行数据重构以挖掘数据的空间相关性。将DBN的分类方法与其他方法进行对比实验分析，表明DBN能够取得比支持向量机等传统方案更好的分类结果，并且能够简化分类过

5、程；最后，本文探究了CNN在自然场景图像分类问题中的性能和潜能，在基础的CNN模型上做出改进，包括对每层特征图的边缘扩充、卷积和下采样操作步长的调整、改变卷积窗口和采样窗口的大小、使用新的激活函数Relu、加入Dropout等操作，通过多组对比实验探究效果最好的CNN分类模型。并将CNN算法同其它算法在cifar-10数据集上的分类效果进行对比验证，分析了CNN在自然场景图像分类问题中的优劣。关键词：人工神经网络，深度置信网，卷积神经网络，高光谱图像分类，自然场景图像分类I基于深度学习的图像分类及其在高光谱图像中的应用研究ABSTRACTWiththedevelopmentof

6、Internettechnology,imagerecognitionandclassificationtechnologyhasbeenwidelyusedinvariousfields.Themultilayerstructureofdeeplearningnetworkenablesittolearnthecharacteristicsofthedeeperlevel,andimprovetheaccuracyofimagerecognitionandclassification.Inthispaper,thetheoryandapplicationofthetwokin

7、dsofmethodsofdeeplearningarestudiedwhicharedeepbeliefnetwork(DBN)andconvolutionalneuralnetwork(CNN).Imagefeatureextractionisthekeyofimageclassification.Thispaperanalyzestheexistingfeatureextractionalgorithmsandtheexistingproblems,thencomparesthemwi