MSLAN: A Two-Branch Multidirectional Spectral–Spatial LSTM Attention Network for Hyperspectral Image Classification

计算机科学 人工智能 模式识别(心理学) 高光谱成像 特征(语言学) 深度学习 上下文图像分类 特征学习 图像(数学) 语言学 哲学
作者
Tiecheng Song,Yuanlin Wang,Chenqiang Gao,Haonan Chen,Jun Li
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:25
标识
DOI:10.1109/tgrs.2022.3176216
摘要

Recurrent neural networks (RNNs) have been widely used for hyperspectral image (HSI) classification via sequence modeling. However, most of the RNN methods focus on modeling long-range dependencies along the spectral direction, without fully exploring multi-directional dependencies in the joint spectral-spatial domain. To tackle this issue, we propose MSLAN, a two-branch multi-directional spectral-spatial long short-term memory (LSTM) attention network, for HSI classification. In particular, we employ LSTMs to extract six-directional spatial-spectral features which simultaneously capture the spectral-spatial dependencies along different directions. We then design an attention-based feature fuse module to integrate these directional features, followed by a fully connected layer with cross-entropy loss for classification. Additionally, we incorporate an auxiliary branch into our model to enhance the generalization capability. In this branch, random spatial shuffle and a cosine loss are explored for feature consistency learning by taking into account the varying spatial distributions. The resulting two branch networks, sharing the same network structure and weights, are incorporated into a unified deep learning architecture for training. Experiments show the superiority of MSLAN to the state-of-the-art methods for HSI classification with limited training samples.
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