基于空间加权协同稀疏的高光谱解混算法研究

针对传统稀疏解混算法因空间信息利用不足带来的丰度图像空间分布连续性差的问题,本文提出了一种基于空间加权协同稀疏的解混方法.该方法利用协同稀疏正则项刻画丰度系数的行稀疏性;同时,在协同稀疏框架下,引入空间加权因子挖掘高光谱图像邻域像元间的空间相关性.本模型采用交替方向乘子法求解,通过交替迭代,对空间权重和丰度系数进行优化.模拟和真实高光谱数据实验结果表明本文方法能够比现有同类方法获得更精确的解混结果.     

基于SVR和贝叶斯方法的全色与多光谱图像融合

将全色图像和多光谱图像进行融合,可以获得高空间分辨率和高光谱分辨率的融合图像.利用支持向量回归（SVR）模型构建的支持向量值轮廓波变换,对源图像进行多尺度、多方向、多分辨率分解;采用贝叶斯方法获得在不同分解水平上的全色图像和多光谱图像融合算法;利用支持向量回归的强大学习能力,通过全色图像和多光谱图像之间的相关关系,获得超分辨率的多光谱图像,解决贝叶斯方法中的待融合图像分辨率一致性问题.实验结果表明,采用该方法获得的融合图像既具有较高的空间细节表现能力,又保留了多光谱图像的光谱特征,融合效果优于传统的图像融合方法．     

非凸稀疏低秩约束的高光谱解混方法

针对高光谱混合像元的丰度矩阵具有行稀疏特性,提出一种非凸稀疏低秩约束的高光谱解混方法．首先,建立高光谱图像非凸稀疏低秩约束模型,将丰度系数矩阵的非凸p范数作为稀疏约束,并将丰度系数矩阵奇异值的非凸p范数作为低秩约束;其次,构建联合低秩性先验与稀疏性先验的非凸极小化模型,并提出求解的增广拉格朗日交替极小化算法,将复合正则化问题分解成多个单一正则化问题,交替迭代求解．实验仿真结果表明,该算法比贪婪算法和凸优化算法能获得更高的解混精度,并且适用于信噪比较高的高光谱数据．     

基于蚁群算法的多光谱遥感图像分类

该文应用蚊群算法和支持向量机实现多光谱遥感图像分类.首先提取出多光谱遥感图像的光谱特征、纹理特征和形状特征,然后利用蚁群优化算法从提取出的多维特征空间中选择最优的特征子集向量,最后将特征子集作为支持向量机分类器的输入量实现分类.实验结果显示,较传统的K均值方法文章给出的方法能够提高遥感图像的分类精度.     

光谱加权稀疏非负矩阵分解高光谱图像解混

非负矩阵分解(NMF)作为一种盲源分离的方法,在高光谱图像解混方面已得到广泛应用。然而由于NMF的目标函数具有非凸性,使得其极易陷入局部最小值,为了提高解混精度,通常会根据具体的问题加入一定的约束条件。受丰度矩阵体现出的稀疏性启发,基于稀疏约束的非负矩阵分解高光谱解混算法得到迅猛发展。然而目前该类方法存在对丰度系数稀疏性先验表征不充分导致算法稳定性差的问题。针对该问题,提出了一种基于光谱加权稀疏非负矩阵分解高光谱解混方法,该方法在非负矩阵分解解混模型中引入光谱加权因子刻画丰度系数的稀疏性,以促进所有像元之间的联合稀疏性。通过采用乘性迭代规则法求解该模型。模拟和真实的高光谱数据实验结果均表明本文提出的方法与现有同类算法相比在端元提取精度和丰度估计精度上都更为准确。     

变化向量分析结合光谱解混的高光谱变化检测

针对多时相高光谱图像像素级的多类变化检测问题,提出变化向量分析和光谱解混相结合的多类变化检测方法.基于光谱变化向量分析,利用最大期望(EM)算法迭代求阈值,实现变化区域检测.对多时相高光谱图像分别提取端元,求解2个图像中变化区域像元的丰度.以相关系数为相似性判断准则,根据图像分类精细程度自适应确定阈值,实现多时相高光谱图像各端元对应类别的匹配和确定.对变化向量分析方法检测出的变化区域求丰度,根据丰度最大确定各像元类别.通过逐像元类别比较,判断类别变化信息.仿真数据和真实多时相高光谱图像的变化检测实验结果表明,与直接光谱解混分类后变化检测方法相比,采用提出的方法能够明显提高高光谱图像多类变化检测的精度,运行效率提高1倍以上.     

新型高光谱图像的超分辨率制图方法

由于高光谱图像的应用在很大程度上受限于其较低的空间分辨率,为此提出了一种结合支持向量机和小波变换的高光谱图像超分辨率制图方法．先对高光谱图像进行光谱解混得到分量图,然后对分量图进行一级小波分解．各局域窗内中心像元的3个高频系数与邻域像元低频系数之间的对应关系表示为训练样本,用于支持向量机的学习．训练好的模型用来对低分辨率图像即分量图进行超分辨率制图．实验表明,这种借助小波变换来获取训练样本的学习方法无需先验信息,相比采用BP神经网络学习的方法,支持向量机的超分辨率制图效果更佳．     

Robust Deep 3D Convolutional Autoencoder for Hyperspectral Unmixing with Hypergraph Learning

基于超图学习的鲁棒深度3D卷积自动编码器高光谱解混方法

贾培源,张淼,沈毅

（哈尔滨工业大学 控制科学与工程系,哈尔滨 150001）

创新点说明：

1） 提出一种深度解混网络模型R3dCAE。深度学习能够通过深层非线性映射,实现高阶特征提取与数据变换,在解混领域展现出了巨大的应用价值。为去除影像内高噪声对解混带来的不利影响,通过去噪自编码网络与非负自编码网络级联,实现数据恢复与高精度解混工作。

2） 针对高光谱三维体数据特殊结构,将去噪自编码网络和三维卷积网络相结合,通过构建三维卷积层/反卷积层与三维池化/反池化层,深层解混模型R3dCAE能够无监督学习鲁棒的空谱联合特征信息;采用一系列噪声抽样的影像数据对网络参数进行训练优化,该模型能够对含噪数据输入实现高精度数据重建。

3） R3dCAE模型采用结合超图约束的自编码网络同步提取端元与丰度信息。通过邻域光谱相似性度量,超图结构能够描述物质分布的低维流形关系,从而表示物质分布的空间一致性信息;同时引入l2,1范数稀疏约束,在网络的迭代优化中实现精确的端元提取与丰度反演任务。

研究目的：

针对现有高光谱解混算法处理光谱混合数据,端元提取受噪声影响大,鲁棒性差,并且获得的丰度无法提现物质空间分布相关性信息,解混精度受限,探索一种基于深度学习的高光谱解混网络架构,通过网络的深层学习与优化,实现端元与丰度信息的高精度求取任务。

研究方法：

所提出深度解混框架R3dCAE由三维去噪卷积自编码网络与结合超图学习的非负稀疏自编码网络级联构成。三维去噪卷积自编码网络通过在编码层搭建卷积层与池化层,在解码层搭建反卷积层与反池化层,从而实现无监督提取光谱维与空间维的联合特征信息,通过学习含噪数据获得去噪影像光谱信息;非负稀疏自编码网络以三层网络映射的方式实现端元与丰度信息的联合优化,引入超图约束和稀疏约束,以更好实现端元特征提取和丰度信息求取。

研究结果：

采用仿真数据集对所提出解混框架和目前先进解混算法,包括MVSA, RCo-NMF, MVC-NMF, SGSNMF, 与uDAs等进行比较,对比各算法端元提取与丰度反演结果与参考端元和丰度信息的误差,结果显示R3dCAE在不同信噪比下都具有优异的性能表现;针对实际高光谱遥感数据集,对比各算法获得的端元信号误差,从而展示了所提出解混网络的有效性与鲁棒性。

结论：

本文针对高光谱图像数据光谱混合问题,提出一种新型的结合空间信息的高光谱深层自编码解混网络框架。该深度解混框架由三维去噪卷积自编码网络与结合超图学习的非负稀疏自编码网络级联构成。通过三维卷积与池化操作,三维去噪卷积自编码网络能够以无监督的方式提取光谱维与空间维的联合特征信息,并通过解码层的构建获得去噪影像数据;在非负稀疏自编码网络中,为保证丰度解的稀疏性和丰度在空间分布相关性,在网络上构建中引入超图学习和l2,1范数稀疏约束,从而使得求取的端元与丰度不仅满足非负性与和为一约束,同时丰度具有空间分布相关性信息。在实验验证中采用仿真数据集和真实高光谱影像对所提出解混框架和其他先进解混算法进行比较,展示了所提出解混网络的有效性与鲁棒性。

关键词：深度学习;无监督解混;卷积自编码网络;超图;高光谱图像;

     

改进鲸群优化子空间匹配追踪的稀疏解混算法

为了提升高光谱图像的稀疏解混精度,提出一种基于改进鲸群优化算法的子空间匹配追踪(improved whale optimized subspace matching pursuit,IWOSMP)的稀疏解混算法.对鲸群优化算法进行改进,通过引入非线性种群控制参数和进化策略,提高鲸群优化算法的收敛速度和收敛精度,基于子空间匹配追踪算法,以约束稀疏回归为目标函数,利用改进的鲸群优化算法对已知端元集求解丰度系数.以重构误差最小为标准,通过最大程度地去除系数较小的冗余端元,提高子空间匹配追踪算法的端元提取的精确度,进一步提高了高光谱图像的解混精度.合成图像实验和真实遥感图像实验表明,IWOSMP能有效去除大量的冗余端元,且解混精度更高.     

SVM和RVM对高光谱图像分类的应用潜能分析

针对高光谱图像分类一直面临的小样本、非线性及高维数等问题,分别从原理和实验两个方面分析比较了两种最新的核学习方法——支持向量机(SVM)和相关向量机(RVM)在高光谱图像分类中的异同点.通过对稀疏性、运算时间及分类精度的实验仿真,结果表明:与SVM相比,RVM模型更加稀疏,从而测试时间更短,更有利于大数据量在线测试;然而,RVM的缺点是分类精度略低于SVM.基于此,本文利用Fisher线性鉴别分析(FLDA)技术,在分类前对高光谱数据作可分性预处理,一方面可以降低数据维数、减少计算量,另一方面可以有效地提高小样本区域的分类精度,进而提高RVM的总体分类精度,使得RVM与SVM相比在高光谱图像精细分类方面更具优势.     

立方准晶的反平面问题与Ⅲ型裂纹问题

发展了立方准晶材料的断裂理论 .通过应用Fourier分析和对偶积分方程理论 ,得到了立方准晶材料Ⅲ型裂纹问题的精确解析解 ,并由此确定了位移与应力场 ,应力强度因子和应变能释放率 .结果表明 ,应力强度因子与材料常数无关 ,而应变能释放率依赖于所有的材料常数 .这些为研究此新固体材料的变形和断裂提供了重要的信息 .     

FMS中加工质量故障预报的新方法

对引起加工质量故障的原因进行了研究,建立了用于加工中心加工质量故障分析的与/或故障树,提出了隐加工质量故障(FMQF)的概念和由·FMQF 找出制造系统故障的决策树方法.本文在模糊理论基础上,提出了隐加工质量故障识别的新方法,用这种方法可以根据控制图的变化进行设备状态估计.基于以上研究,建立了可用于柔性制造系统隐加工质量故障预测和预报的专家系统.     

Genomics,metagenomics,and microbial oceanography—A sea of opportunities

Microbial oceanography is an emerging discipline resulted from the interaction,cross-fertilization and integration of life science and ocean science.Microbial oceanography integrates the principles of marine microbiology,microbial ecology and oceanography to study the role of microorganisms in the biogeochemical dynamics of natural marine ecosystems.The application of genomics tools to study marine microbes is resulting in rapid advancements in microbial oceanography that has important implications in globa...     

Information for Authors

正General Journal of Beijing Institute of Technology(JBIT),an English language journal sponsored by Beijing Institute of Technology,was established in 1992.JBIT mainly publishes research articles that reflect the latest achievements in basic theory and experimental studies in various engineering fields and in applied mathematics,mechanics,physics,chemistry,and so on.JBIT is listed in Ei,CA,SA,AJ,CSA,MR,ZM and many other abstracting indexes.     

Information for Authors

正General Journal of Beijing Institute of Technology(JBIT),an English language journal sponsored by Beijing Institute of Technology,was established in 1992.JBIT mainly publishes research articles that reflect the latest achievements in basic theory and experimental studies in various engineering fields and in applied mathematics,mechanics,physics,chemistry,and so on.     

Research on How to Teach Vocabulary by Adopting Morphological Method

On the basis of some theories and teaching experience, the thesis first attaches importance to vocabulary teaching and suggests that a morphological method should be applied. Supported by some examples, how to teach vocabulary in a morphological way is mainly discussed in the essay.     

基于WPA的无线局域网安全性分析

本文详细分析了最新的无线安全加密体制WPA的规范并对其安全性做了分析,结合目前广 泛使用的WEP加密体制的弱点,分析WPA的相比与WEP的优点,指出了WPA代替WEP成为无线安全屏 障的必然。     

Banach代数中的不变行列式

研究了 Banach 代数中的不变行列式问题.获得了整迹 Banach 代数(A,τ)具有 G-不变行列式的充要条件,这里 G 表示 A 的自同构群并且保持迹不变.     

热图像显示的连续伪彩色编码

讨论了连续伪彩色编码的视觉特性,提出了连续伪彩色标尺的优化设计方法:以相关性、自然性约束色调、明度、饱和度的变化范围和方向,在均匀颜色空间先自动计算节点的色品坐标,使标尺的路径最长,再进行等色差插值,获取视觉上均匀的连续伪彩色标尺.用于热图像的伪彩色显示,保留了原始图像的相关性、自然性和目标整体模式的认知特性,增加了图像的视觉动态范围和可视信息量,提高了识别目标的对比灵敏度,避免了标尺设计的盲目性.     

基于田口方法的生态环境敏感性评估方法研究

提出基于田口法的生态环境敏感性评估方法。采用统计分析方法描述生态环境敏感性特征,构建生态环境敏感性数据的统计分析模型,结合大数据挖掘方法进行生态环境敏感性关联数据挖掘,提取生态环境敏感性数据统计分布的模糊聚类特征量,采用模糊C均值聚类分析方法和相关性融合分析方法,实现对生态环境敏感性评估和检测,基于田口方法构建生态环境敏感性评估的检测统计量,根据稳健性检验和统计回归分析方法,实现对生态环境敏感性评估和预测。仿真结果表明,采用该方法进行生态环境敏感性评估的自适应性能较好,预测准确度较高,提高了生态环境敏感性评估的置信度水平。