利用约束非负矩阵分解的高光谱解混算法

由于利用非负矩阵分解方法解决高光谱解混问题时,标准非负矩阵分解目标函数的非凸性影响了最优解的获取.通过对高光谱图像的端元光谱和空间分布特性的分析,提出了以最小估计丰度协方差和单形体各顶点到中心点均方距离总和最小约束的非负矩阵分解(MCMDNMF)算法,其采用投影梯度作为非负矩阵分解的迭代学习规则.MCMDNMF既利用了非负矩阵分解的优点又考虑了高光谱图像的特性,也不需要混合像元中必须有纯像元.仿真实验表明,MCMD-NMF算法能正确地解混出高光谱混合像元中含有的端元光谱,并精确估计出丰度分布.     

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。     

利用独立性约束非负矩阵分解的高光谱解混算法

为了克服经典非负矩阵分解目标函数的非凸性引起的局部极小值的影响,获得高光谱混合像元分解的最优解,引入端元光谱数学期望的四阶累积量和负熵的约束,提出一种端元独立性约束条件下的非负矩阵分解的高光谱混合像元分解算法(I-NMF)。非负矩阵分解采用投影梯度迭代方法。I-NMF算法既利用了非负矩阵分解的优点,又考虑了端元光谱的独立性,并且适用于无纯像元的混合像元分解。模拟和实际数据实验表明,I-NMF算法能够精确地进行混合像元分解,且抗噪声能力较好。     

高光谱图像亚像元级地物端元提取方法

针对高光谱图像中以亚像元形式存在的地物的端元光谱提取问题,提出凸面理论和部分非负矩分解相结合的端元提取方法.通过去噪的正交基子空间投影方法和相似度比较获得原始图像中纯像元端元,利用纯像元端元光谱对图像逐点求取丰度和重构误差,对误差大于设定阈值的像素集合进行部分非负矩阵分解,求得亚像元级地物的端元光谱.实验结果表明,该端元提取方法能够弥补传统方法的不足,从而实现对亚像元级地物端元光谱的有效提取.     

体积约束的稀疏NMF高光谱解混

为了解决单纯非负矩阵分解计算繁复,收敛速度慢的问题,本文提出了一种基于自然梯度下降的体积最小及丰度稀疏约束的非负矩阵分解方法。该方法在目标函数中加入体积最小和丰度稀疏约束,可以对混合图像进行较好地分解;采用自然梯度下降的方法进行迭代,加快了算法收敛速度。实验结果表明:该方法能有效克服最小体积约束非负矩阵分解法速度慢且不稀疏的缺陷,相对于解混效果(SAD)相近的方法提速100倍,相对于解混时间相近的算法,此方法的解混精度提高0. 02°;此方法尤其适用于像元较多的高光谱图像。     

基于近邻保留PNMF特征提取的高光谱图像分类

通过对投影非负矩阵分解(PNMF)增加近邻保留假设,提出了一种新的高光谱图像线性特征提取方法———近邻保留投影非负矩阵分解(NPPNMF)。NPPNMF保留了高光谱数据在低维特征空间中的局部几何结构,克服了PNMF基于Euclidean的缺点。根据在构造k近邻图时是否使用训练样本的类标签信息决定了NPPNMF既可以是无监督的特征提取方法,也可以是有监督的特征提取方法,从而提高了PNMF算法的鉴别力。理论证明和高光谱图像数据的分类结果表明了该方法的有效性及应用潜力。     

稀疏正则化的非负矩阵分解高光谱解混算法比较与分析

非负矩阵分解(NMF)可以将一个非负的矩阵分解为左右两个非负矩阵的乘积,广泛应用于高光谱影像解混。介绍了非负矩阵分解和高光谱解混的基本原理,对稀疏正则化非负矩阵分解高光谱解混模型进行分析,重点分析了L_1稀疏、L_(1/2)稀疏、以及近似L_0正则化方法,并采用模拟数据和真实数据对各解混算法性能进行了比较和分析。     

基于L_0稀疏约束的近似NMF高光谱解混

非负矩阵分解(NMF)由于其非负性和分块表征能力,使得该算法大量的应用于机器学习和信号处理等相关领域。经典NMF与线性混合的高光谱模型比较一致,因此在高光谱解混中被广泛应用。因为传统的NMF模型对初值非常敏感,难以保证算法的收敛性。所以,通常对其加入各种稀疏性约束。本文就NMF的L_0约束提出了一种联合稀疏特性的近似NMF算法,它分别约束基础矩阵和系数矩阵,并将其与不受约束的NMF技术结合,诸如乘法更新规则或交替的非负最小二乘方案。最后采用真实仿真数据验证了该算法在光谱解混中相对其他算法所具有的优越性和有效性。     

基于非负稀疏嵌入投影的高光谱数据降维方法

针对因数据冗余及Hughes现象带来的高光谱数据分类精度降低问题,提出一种基于样本依赖排斥图的非负稀疏嵌入投影降维（NSEPSRG）算法.首先,利用非负稀疏表示方法,得到样本的非负稀疏重构权重矩阵.然后,利用样本的先验类别信息,构建样本依赖排斥图,有助于避免误分类和提高分类精度.最后,为保持每个样本间的稀疏结构关系和各样本的内在流形结构不变,根据非负稀疏重构权重矩阵和样本依赖排斥图的邻接矩阵,将样本嵌入投影到低维子空间,有助于从高维高光谱数据中提取信息量大的光谱波段,从而使得到的分类图像更清晰、平滑.AVIRIS高光谱数据上的实验结果表明,运用支持向量机对经过NSEPSRG降维处理后的高光谱数据进行分类,分类整体精度和Kappa系数分别达到了87.87%和0.856 6.     

MRF和GM模型高光谱图像地物标记

利用马尔可夫随机场和高斯混合模型构造了一种对高光谱图像进行地物标记的新方法。该方法利用PCA降维后的高光谱图像及其差分图像的先验信息建立高光谱图像的随机模型,并把最大后验估计作为地物标记优化的评判标准,用模拟退火算法实现地物标记。实验结果显示该算法是一种精确、高效、稳定的图形标记算法。     

基于FrFT变换和全变分正则化的异常检测算法

针对低秩稀疏表示的高光谱异常检测算法中背景字典易被污染、空间信息利用不足的问题,提出基于分数阶傅里叶变换（FrFT）和全变分正则化约束的高光谱图像异常检测算法. 通过聚类算法,将图像高维数据映射至多个子空间;构造FrFT-RX算子,增大背景和异常的可分性,得到较纯净的背景字典. 为了表示FrFT变换后中间域内背景与异常的空间特征,在低秩稀疏表示模型中引入全变分正则化项约束. 采用交替方向乘子法对模型进行优化求解,得到异常检测的结果. 在3个真实高光谱数据上开展目标检测实验,实验结果表明,与其他5种异常检测算法相比,本文算法具有更高的检测率和较低的虚警率.     

基于空域滤波的核RX高光谱图像异常检测算法

核RX算法将原始高光谱数据通过非线性映射到高维特征空间进行处理,具有很好的非线性异常检测性能,但当背景数据中混入异常点后背景核矩阵将发生退化,使得漏检率上升.针对此问题,该文提出一种基于空域滤波的核RX算法,利用高光谱图像同一波段相邻像素的空间相关性,采用分波段空域滤波的方式优化背景数据的分布,抑制了异常数据对背景的干扰,构造更加符合背景分布的核矩阵,有效提高检测概率的同时降低了虚警概率.通过试验模拟数据和真实AVIRIS数据的测试检验,说明该算法性能优于传统RX算法以及核RX算法.     

基于KL散度的增量非负矩阵分解盲源分离算法

利用KL散度衡量增量非负矩阵分解效果,提高非负矩阵分解性能;施加行列式、稀疏性和相关性等约束条件,保证盲源信号分离的唯一性和性能;采用自然梯度下降法并选择合适的学习速率,得到源分离算法,该算法利用前一次分离结果和现在的输入信号矢量,迭代更新分离矩阵。仿真表明,KL-INMF盲源分离算法性能优于基于欧式距离INMF的盲源分离算法。     

Hyperspectral unmixing method based on the non-convex sparse and low-rank constraints

Aiming at the row sparse feature of the abundance matrix of hyperspectral mixed pixels, a hyperspectral unmixing method based on the non-convex sparse and low-rank constraints is presented. The non-convex sparse representation and non-convex low-rank models are first constructed, which take the non-convex p-norm of the abundance matrix as the sparse constraint and the non-convex p-norm of the singular values of the abundance matrix as the low-rank constraint. Then the low-rank prior and the sparse prior are jointly utilized to construct a non-convex minimization model. An augmented lagrange alternating minimization method is proposed to solve the unmixing model, the compound regularization problem is decomposed into multiple single regularization problems solved by the variable separation method. Experimental results demonstrate that the proposed method outperforms the greedy algorithm and the convex algorithms with a better spectral unmixing accuracy, and is suitable for high signal-to-noise ratio hyperspectral data.     

端元选择算法在波段选择中的应用

冗余信息的大量存在,给高光谱数据的分析和处理带来很大的困难。波段选择能够有效地去除由于高光谱图像较高的数据维导致的冗余信息,从而减少计算量。高光谱图像处理的另一重要技术——端元选择到波段选择存在着方法上的可移植性。作者经过可行性分析,将3种典型的端元选择算法应用于波段选择之中,并通过引入自动子空间分解、核主成分分析、距离等效原则等内容来解决由此带来的相关问题。仿真实验证明了这种算法移植的有效性。     

基于冗余字典的高光谱图像超分辨率复原算法

为了提高高光谱图像的空间分辨率,将基于冗余字典的信号稀疏表示理论应用到高光谱图像的超分辨率复原领域,提出一种基于冗余字典的高光谱图像超分辨率复原算法.该算法通过训练一组高低分辨率相对应的冗余字典对,使得高低分辨率相对应的像元曲线在基于各自的冗余字典进行稀疏分解时,具有相同的稀疏表示系数.超分辨率复原过程中,将待复原的低分辨率高光谱图像基于低分辨率冗余字典进行稀疏分解,利用所得的稀疏表示系数和对应的高分辨率字典,重建高分辨率的图像.实验结果表明:与基于图像块字典的超分辨率复原算法及传统的双线性插值图像放大方法相比,重建图像的峰值信噪比(peak signal to noise radio,PSNR)得到了显著提高.该算法将高光谱图像沿光谱维方向进行整体稀疏分解,避免了传统算法逐波段进行超分辨率复原带来的波段间的光谱失真问题,显著降低了算法的运算量.     

超谱遥感图像的模糊最大似然分类研究

分类识别是超谱遥感图像的重要研究领域.由于超谱图像空间分辨率低,像元混合的概率大,因此采用单纯的聚类或者监督分类都不能取得好的效果.为了提高超谱图像分类的精度,提出了模糊最大似然分类算法.先用模糊C-均值法对图像进行聚类,再在聚类结果的基础上,参考真实地物图,选择训练样本,用最大似然法进行最终的分类.实验结果表明,提出的算法由于在聚类的基础上选择监督分类的样本,因而获得了关于图像的更准确的信息,最终分类结果比模糊C均值聚类高出34.38%,比最大似然分类高出10.46%.     

基于协同表示的高光谱和多光谱图像融合算法

为了增强高光谱图像的空间分辨率,该文提出一种基于传统Pan-sharpening技术的高光谱和多光谱融合框架,该融合框架将高光谱和多光谱(HS-MS)图像融合问题简化为若干个多波段和单波段(MB-IB)图像融合问题。在此基础上,对于每个多波段和单波段图像融合的问题提出一种基于局部自适应(LA)字典和协同表示(CR)的图像融合(LACRF)算法,得到高空间分辨率的多波段(HRMB)图像,并最终获到了高空间分辨率的高光谱图像(HHS)。通过实验可知,LACRF算法具有良好的融合效果。     

Topo semantic constraint-violations in spatial database

Aiming at the problem that current geographical information systems （GIS） usually does not maintain semantic and user-defined constraints out of three consistency-constrains （ third refers to topology constraint）, this research focuses on building an efficient spatial data management system using two constraint violation detection methods. An algorithm for constraint violation detection has been derived to maintain the error-free upto-date spatial database. Results indicate that the developed constraint violation detection （ CVD ） system is more efficient compared with conventional systems.     

基于异构模式的高光谱数据加速处理方法研究

随着遥感卫星更高时空分辨率的大气探测需求,大气遥感高光谱数据量骤增,传统高光谱数据的处理效率较低,无法满足高性能处理高光谱数据的需求.首先介绍了国内外研究者利用图形处理器(GPU)加速处理遥感高光谱数据的应用实例,然后对基于CPU?GPU异构模式的大气遥感高光谱数据傅里叶分析的并行化计算进行了研究,并进行算法实现,最后...