Few-Shot SAR Target Classification via Metalearning

NIST公司 初始化 计算机科学 自动目标识别 人工智能 合成孔径雷达 人工神经网络 模式识别(心理学) 杠杆(统计) 机器学习 目标捕获 计算机视觉 上下文图像分类 图像(数学) 语音识别 程序设计语言
作者
Kun Fu,Tengfei Zhang,Yue Zhang,Zhirui Wang,Xian Sun
出处
期刊:IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:60: 1-14 被引量:75
标识
DOI:10.1109/tgrs.2021.3058249
摘要

The state-of-the-art deep neural networks have made a great breakthrough in remote sensing image classification. However, the heavy dependence on large-scale data sets limits the application of the deep learning to synthetic aperture radar (SAR) automatic target recognition (ATR) field where the target sample set is generally small. In this work, a metalearning framework named MSAR, consisting of a metalearner and a base-learner, is proposed to solve the sample restriction problem, which can learn a good initialization as well as a proper update strategy. After training, MSAR can implement fast adaptation with a few training images on new tasks. To the best of our knowledge, this is the first study to solve a few-shot SAR target classification via metalearning. In particular, the few-task problem is defined by analyzing the effect of available training classes on the performance of metalearning models. In order to reduce the metalearning difficulties caused by the few-task problem, three transfer-learning methods are employed, which can leverage the prior knowledge from the pretraining phase. Besides, we design a hard task mining method for effective metalearning. Based on the Moving and Stationary Target Acquisition and Recognition (MSTAR) data set, a specialized data set named NIST-SAR is devised to train and evaluate the proposed method. The experiments on NIST-SAR have shown that the proposed method yields better performances with the largest absolute improvements of 1.7% and 2.3% for 1-shot and 5-shot, respectively, over the next best, which indicates that the proposed method is promising and metalearning is a feasible solution for few-shot SAR ATR.

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