Input features are conventionally represented as vectors, matrices, or third order tensors in the real field, for color image classification. Inspired by the success of quaternion data modeling for color images in image recovery and denoising tasks, we propose a novel classification method for color image classification, named as the Low-rank Support Quaternion Matrix Machine (LSQMM), in which the RGB channels are treated as pure quaternions to effectively preserve the intrinsic coupling relationships among channels via the quaternion algebra. For the purpose of promoting low-rank structures resulting from strongly correlated color channels, a quaternion nuclear norm regularization term, serving as a natural extension of the conventional matrix nuclear norm to the quaternion domain, is added to the hinge loss in our LSQMM model. An Alternating Direction Method of Multipliers (ADMM)-based iterative algorithm is designed to effectively resolve the proposed quaternion optimization model. Experimental results on multiple color image classification datasets demonstrate that our proposed classification approach exhibits advantages in classification accuracy, robustness and computational efficiency, compared to several state-of-the-art methods using support vector machines, support matrix machines, and support tensor machines.


翻译:在彩色图像分类中,输入特征通常以实域中的向量、矩阵或三阶张量表示。受四元数数据建模在图像恢复与去噪任务中成功应用于彩色图像的启发,本文提出一种新颖的彩色图像分类方法,命名为低秩支持四元数矩阵机(LSQMM)。该方法将RGB通道视为纯四元数,通过四元数代数有效保持通道间的内在耦合关系。为促进由强相关颜色通道产生的低秩结构,我们在LSQMM模型的铰链损失中引入了四元数核范数正则项,该正则项是传统矩阵核范数在四元数域的自然扩展。设计了一种基于交替方向乘子法(ADMM)的迭代算法,以有效求解所提出的四元数优化模型。在多个彩色图像分类数据集上的实验结果表明,与采用支持向量机、支持矩阵机和支持张量机的若干先进方法相比,本文提出的分类方法在分类精度、鲁棒性和计算效率方面均展现出优势。

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