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Hybrid Quantum Deep Learning With Superpixel Encoding for Earth Observation Data Classification

Fan, Fan und Shi, Yilei und Guggemos, Tobias und Zhu, Xiao Xiang (2025) Hybrid Quantum Deep Learning With Superpixel Encoding for Earth Observation Data Classification. IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems, 36 (6), Seiten 11271-11284. IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers. doi: 10.1109/TNNLS.2024.3518108. ISSN 2162-237X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1109/TNNLS.2024.3518108

Kurzfassung

Earth observation (EO) has inevitably entered the Big Data era. The computational challenge associated with analyzing large EO data using sophisticated deep learning models has become a significant bottleneck. To address this challenge, there has been a growing interest in exploring quantum computing as a potential solution. However, the process of encoding EO data into quantum states for analysis potentially undermines the efficiency advantages gained from quantum computing. This article introduces a hybrid quantum deep learning model that effectively encodes and analyzes EO data for classification tasks. The proposed model uses an efficient encoding approach called superpixel encoding, which reduces the quantum resources required for large image representation by incorporating the concept of superpixels. To validate the effectiveness of our model, we conducted evaluations on multiple EO benchmarks, including Overhead-MNIST, So2Sat LCZ42, and SAT-6 datasets. In addition, we studied the impacts of different interaction gates and measurements on classification performance to guide model optimization. The experimental results suggest the validity of our model for accurate classification of EO data. Our models and code are available on https://github.com/zhu-xlab/SEQNN.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/222170/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Hybrid Quantum Deep Learning With Superpixel Encoding for Earth Observation Data Classification
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Fan, FanFan.Fan (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shi, YileiNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Guggemos, Tobiastobias.guggemos (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zhu, Xiao Xiangxiao.zhu (at) tum.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:25 Juni 2025
Erschienen in:IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:36
DOI:10.1109/TNNLS.2024.3518108
Seitenbereich:Seiten 11271-11284
Verlag:IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers
ISSN:2162-237X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Image classification,quantum circuit,quantum image encoding,quantum machine learning (QML),superpixel
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Künstliche Intelligenz
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > EO Data Science
Hinterlegt von: Guggemos, Tobias
Hinterlegt am:21 Jan 2026 12:21
Letzte Änderung:23 Jan 2026 08:28

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