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专利号: 2020112403511
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-05-17
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于注意力自编码网络的高光谱异常检测方法,其特征在于,按照以下步骤具体实施:步骤1、制作训练数据集,

假设输入原始高光谱影像为 上角标w、h和d分别表示高光谱影像的宽、高和波段数;以每个像素为中心,选取其邻域大小5×5范围内的像素来表示中心像素,遍历所有像素,对于边缘像素采用镜像操作进行填充,得到n个训练样本,即 其中n=w×h;

步骤2、采用通道注意力机制来区分不同波段对异常检测的贡献;

步骤3、采用空间注意力机制来增大异常像素与背景像素的可分性;

步骤4、采用编码网络提取空谱特征,

将经过空谱注意力模块纠正后的数据送入编码网络,得到编码后的特征向量;

步骤5、采用记忆模块弱化网络表达能力,

假设记忆矩阵 N表示记忆矩阵中包含的向量个数,C表示每个记忆向量的维度,本步骤中设定记忆矩阵的维度等于编码特征的维度,即C=21;假设mi,|i=1,2,...N|表示记忆矩阵的第i行,对于每一个特征向量XL,通过一个寻址向量 来在记忆矩阵中寻找与之对应的记忆向量 则寻址向量 表达式是:其中,d(·)表示余弦相似性度量,具体表达式是:在训练过程中,向量采用硬压缩策略,只保留与查询向量相似度大于特定阈值的记忆向量,具体表达式是:其中,λ为提前设置的阈值,ε为一个极小值;

步骤6、通过解码器重构输入数据,

通过解码器解码之后,得到重构数据,表达式如下:其中, 表示重构的数据,Θde表示解码器的权重,bde表示解码器的偏置项;

步骤7、在重构图像上用RX算法确定每个像素的异常程度,在得到重构的数据 后,把 拉伸成二维矩阵 其中n=w×h表示像素个数,通过在 上用RX检测算法进行异常检测,具体表达式是:其中, 表示 的第i个样本, 表示 的均值向量, 表示 协方差矩阵的逆,Map表示最终的2D检测结果图。

2.根据权利要求1所述的基于注意力自编码网络的高光谱异常检测方法,其特征在于:所述的步骤2中,采用的通道注意力机制模块是,首先对输入的数据xi在空间维度上分别进行最大池化 和平均池化 操作,将得到的特征向量送入到具有一个隐藏层的多层感知器中,然后将两个特征向量相加,得到最终的通道注意力权重 表达式如下:其中,Maxpool(xi)表示对xi进行最大池化操作,Avgpool(xi)表示对xi进行平均池化操作,δ表示Sigmoid激活函数,W0表示MLP的编码的权重,W1表示MLP的解码的权重;将得到的通道注意力权重和训练样本xi相乘,得到经过通道注意力机制纠正的数据,即:其中, 表示逐像素相乘,Mc表示获取到的通道注意力权重。

3.根据权利要求1所述的基于注意力自编码网络的高光谱异常检测方法,其特征在于:所述的步骤3中,采用的空间注意力机制模块是,首先对纠正的数据xi′沿着光谱维度分别进行最大池化 和平均池化 操作,将得到的特征串联到一块,经过一次卷积得到空间注意力权重 卷积大小设置为3×3,表达式如下:其中,δ表示Sigmoid激活函数,f3×3表示卷积核大小为3×3的卷积操作;将得到的空间注意力机制权重与纠正的数据xi′相乘,得到经过空间注意力模块纠正的数据,即:其中 表示逐像素相乘。

4.根据权利要求1所述的基于注意力自编码网络的高光谱异常检测方法,其特征在于:所述的步骤4中,编码网络结构见表1,编码过程表达式是:XL=f(Θen*X″+ben),其中,XL表示编码后的特征向量,Θen表示编码器的权重参数,ben表示编码器的偏置项;

在编码过程中,每次卷积之后采用批归一化层和LReLu激活;

表1,本步骤4采用的编码网络结构

5.根据权利要求1所述的基于注意力自编码网络的高光谱异常检测方法,其特征在于:所述的步骤6中,解码器的网络结构如表2所示,与编码器对称,前三层采用LReLu激活,输出层采用Sigmoid激活,表2,本步骤6采用的解码器的网络结构