复合正则化联合稀疏贝叶斯学习的高光谱稀疏解混算法

将稀疏贝叶斯学习引入线性混合像元分解中,提出一种基于复合正则化联合稀疏贝叶斯学习的高光谱稀疏解混算法.在多观测向量的稀疏贝叶斯框架下,对各参数建立概率模型,经贝叶斯推断得到基于L2,1正则化的联合稀疏贝叶斯解混模型,并将丰度向量的非负与和为一约束加入到凸优化的目标函数中,通过变量分离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,并利用参数自适应算法对正则化参数进行更新.模拟数据和真实数据的实验结果表明,该算法比贪婪算法和凸优化算法能获得更高的解混精度,并且适用于端元个数较多和信噪比较低的高光谱数据.     

基于微分搜索的高光谱图像非线性解混算法

针对线性混合模型在实际高光谱图像解混过程中的局限性,提出一种新的基于微分搜索的非线性高光谱图像解混算法.在广义双线性模型的基础上采用重构误差作为解混的目标函数,将非线性解混问题转化为最优化问题.将目标函数中的待求参数映射为微分搜索过程中的位置变量,利用微分搜索算法对目标函数进行优化求解.在求解过程中,通过执行搜索范围控制等机制满足高光谱图像解混的约束要求,进而求得丰度系数和非线性参数,实现非线性高光谱图像解混.仿真数据和真实遥感数据实验结果表明,所提出的非线性解混算法可以有效克服线性模型下解混算法的局限性,避免了由于使用梯度类优化方法而易陷入局部收敛的问题,较之其它高光谱图像解混算法具有更好的解混精度.     

约束最小二乘的高光谱图像非线性解混

高光谱图像解混是高光谱数据分析的重要研究内容.在现有混合模型的基础上,提出一种新的高光谱图像非线性解混算法.通过在目标函数中引入丰度的非负及和为一约束以及非线性参数的有界约束,该算法将高光谱图像非线性解混问题转化为求解丰度矢量和非线性参数的约束非线性最小二乘问题,继而采用一种交替迭代优化算法求解该问题.仿真和实际高光谱数据的实验结果表明,所提出的算法有效地克服了线性解混的不足,同时具有良好的抗噪声性能,可以作为一种解决高光谱遥感图像非线性解混的有效手段.     

基于相关向量机的高光谱影像混合像元分解

 提出了一种利用相关向量机后验概率进行高光谱影像混合像元分解的方法.基于支持向量机后验概率输出的高光谱影像混合像元分解方法中,类别后验概率需要通过带参数的S形函数近似,而且模型需要通过交叉验证获取较好的规则化系数.相关向量机是在贝叶斯框架下提出的更加稀疏的学习机器,它没有规则化系数,核函数不需要满足Mercer条件.本文从分析支持向量机用于高光谱影像混合像元分解存在的不足出发,介绍了稀疏贝叶斯分类模型和模型参数推断,采用了快速序列稀疏贝叶斯学习算法.通过PHI影像的混合像元分解实验分析,表明了基于相关向量机的高光谱影像混合像元分解方法的优势.     

近似稀疏约束的多层非负矩阵分解高光谱解混

稀疏正则化函数的选取直接影响到稀疏非负矩阵分解高光谱解混的效果。目前,主要采用L0或L1范数作为稀疏度量。L0稀疏性好,但求解困难;L1求解方便,但稀疏性差。提出一种近似稀疏模型,并将其引入到多层非负矩阵分解（AL0-MLNMF）的高光谱解混中,将观测矩阵进行多层次稀疏分解,提高非负矩阵分解高光谱解混的精度,提升算法的收敛性。仿真数据和真实数据实验表明:该算法能够避免陷入局部极值,提高非负矩阵分解高光谱解混性能,算法精度上比其他几种算法都有较大的提升效果,RMSE降低0.001~1.676 7,SAD降低0.002~0.244 3。     

基于光谱相似度量的高光谱图像多任务联合稀疏光谱解混方法

基于图像中存在的邻域以及非局部相似等图像空间特征和联合稀疏解混思想,该文提出一种基于高光谱图像光谱相似性度量的多任务联合稀疏解混方法。通过高光谱图像的光谱特性统计值设定光谱度量阈值,对高光谱图像中相似的像元光谱进行光谱相似性度量分组,再对分组像元光谱数据进行多任务联合稀疏光谱解混模型的构建和求解,得到最终的丰度系数。模拟数据实验结果表明,该方法一定程度上提升了现有联合稀疏光谱解混方法的丰度估计精度,真实数据结果也验证了方法的有效性。     

高光谱图像Pareto优化稀疏解混

高光谱解混是学术界的一个难题,稀疏高光谱解混指的是利用已知光谱库进行解混,旨在从先验光谱库中找到一些可以表征图像的数个纯光谱向量作为高光谱图像的端元,并利用这些端元求解相应的端元丰度,这是一个NP难的组合优化问题。目前多通过将L0范数凸松弛为L1范数进行稀疏解混,但该方法得到的仅仅是近似解。文中提出了一种基于Pareto优化的稀疏解混算法（ParetoSU）,将稀疏解混问题转化为一个两目标优化问题,其中一个优化目标是建模误差,另一个目标是端元稀疏度。ParetoSU直接解决稀疏解混中的组合优化问题,不需要对L0范数进行近似。最后利用仿真数据验证了该解混算法的有效性。     

A sparsity-based Bayesian approach for hyperspectral unmixing using normal compositional model

A new Bayesian-based method is developed for unmixing of hyperspectral images. Endmembers are assumed variable based on the Gaussian distribution. A semi-supervised scenario is considered, and as a practical aspect, the abundance vectors are assumed sparse. We propose the Dirichlet prior to represent the sparsity and derive the corresponding posteriors in Bayesian sense. Numerical results are used to evaluate different methods for both simulated and real data. It is shown that the proposed method achieves a lower error in abundance estimation and image reconstruction.     

基于高阶非线性模型的多目标高光谱图像解混算法

在高阶非线性混合模型的基础上,提出一种多目标高光谱图像解混算法,解决传统方法受高光谱数据异常值影响而解混精度不高的问题。该算法以重构误差与光谱角分布为目标函数建立优化模型,并同时优化两目标函数以减少数据异常值对模型求解的影响,使解混结果在两个评价指标上得到提升;最后采用差分搜索算法求解多目标优化模型,解决梯度类优化方法易陷入局部极值的问题,从而进一步提升解混精度。实验结果表明,文中算法与传统高光谱解混算法相比,具有更精确的端元丰度估计结果和更高的解混精度。     

Supervised nonlinear spectral unmixing using a postnonlinear mixing model for hyperspectral imagery

This paper presents a nonlinear mixing model for hyperspectral image unmixing. The proposed model assumes that the pixel reflectances are nonlinear functions of pure spectral components contaminated by an additive white Gaussian noise. These nonlinear functions are approximated using polynomial functions leading to a polynomial postnonlinear mixing model. A Bayesian algorithm and optimization methods are proposed to estimate the parameters involved in the model. The performance of the unmixing strategies is evaluated by simulations conducted on synthetic and real data.     

基于超像素和低秩的协同稀疏高光谱解混

为了克服经典协同稀疏解混算法的不足以及全变差正则项引起的边缘模糊问题,同时考虑到稀疏性和空间信息对解混精度提高的重要性,采用结合超像素和低秩的协同稀疏高光谱解混算法,进行了理论分析和实验验证.该算法对高光谱图像进行超像素分割,并对每个超像素施加协同稀疏性约束.此外使用低秩正则项代替传统的全变差正则项来利用空间信息,选取...     

基于低秩表示和学习字典的高光谱图像异常探测

提出一种基于低秩表示和学习字典的高光谱遥感图像异常探测算法.相对于其它低秩矩阵分解方法如鲁棒主成分分析,低秩表示方法更为契合高光谱图像的线性混合模型.该算法将低秩表示模型应用到高光谱图像异常探测问题上来,引入表征背景信息的学习字典,大大增强了低秩表示模型对初始参数的鲁棒性.仿真和实际高光谱数据的实验结果表明,所提出的算法有效地提高了异常的探测率,同时对初始参数具有较好的鲁棒性,可以作为一种解决高光谱图像异常探测的有效手段.     

一种新型光谱解混模型的构建与求解

光谱解混是高光谱图像处理的重要技术之一。传统线性光谱混合模型（LSMM）解混方法采用迭代求解方式,由于其中含有非负和归一化约束条件,复杂度较高。为此,首先通过参量替换去除非负和归一化约束条件,使得光谱解混的过程成为以最小均方误差为适应度函数的极值寻优问题;进而,应用田口（Taguchi）优化算法进行迭代寻优,并利用高光...     

一种考虑光谱变异性的高光谱图像非线性解混算法

非线性解混可以解释高光谱图像复杂场景中的非线性混合效应,但地物的光谱变异性是其中的一个难点。提出一种考虑光谱变异性的无监督非线性解混算法。通过核函数将原始高光谱图像数据隐式地映射到高维特征空间中,从而在该空间中结合光谱变异性进行线性解混;与此同时,依据实际地物的分布特性,添加丰度和光谱变异系数的局部平滑约束。模拟和真实高光谱数据的实验结果表明,该方法能克服不同非线性混合场景中存在的光谱变异性问题,提高光谱解混的精度。     

变形L1正则化的高光谱图像稀疏解混

如何准确地刻画易于求解的稀疏正则化函数是高光谱图像稀疏解混的难点.变形L1正则化函数是一类由绝对值函数组成的双线性变换的单参数族,类似于Lp(p∈(0,1)范数,通过调整参数a∈(0,∞)可以准确表征L0和L1之间的任意范数,并具有无偏、稀疏和Lipschi-tz连续性.论文首先研究变形L1正则化函数,然后提出变形L1...     

基于双线性混合模型的高光谱图像非线性光谱解混

高光谱遥感图像的非线性光谱解混能弥补线性方法难以解释复杂场景中非线性混合效应的不足, 而双线性混合模型及算法是其研究的热点.提出了一种基于双线性混合模型几何特性的光谱解混算法.通过将模型中的非线性混合项表示为一个融合了共同非线性效应的额外端点的线性贡献, 使复杂的双线性混合模型求解转化为简单的线性解混问题.然后结合传统的线性解混算法直接迭代估计正确的丰度.模拟和真实遥感图像数据的实验结果表明, 与其它相关解混方法相比, 该算法能较好地克服共线性效应以及拟合优化过多参数对双线性混合模型求解造成的不利影响, 同时提高了解混的精度和速度.     

Blind nonlinear hyperspectral unmixing based on constrained kernel nonnegative matrix factorization

Spectral unmixing has been a useful technique for hyperspectral data exploration since the earliest days of imaging spectroscopy. As nonlinear mixing phenomena are often observed in hyperspectral imagery, linear unmixing methods are often unable to unmix the nonlinear mixtures appropriately. In this paper, we propose a novel blind unmixing algorithm, constrained kernel nonnegative matrix factorization, which obtains the endmembers and corresponding abundances under nonlinear mixing assumptions. The proposed method exploits the nonlinear structure of the original data through kernel-induced nonlinear mappings and one need not know the nonlinear model. In order to improve its performance further, two auxiliary constraints, namely simplex volume constraint and abundance smoothness constraint, are also introduced into the algorithm. Experiments based on synthetic datasets and real hyperspectral images were performed to evaluate the validity of the proposed method.     

基于约束空间光谱联合的亚像素定位方法北大核心CSCD

针对高光谱遥感图像,提出了一种约束空间光谱的亚像素定位方法。传统的亚像素定位方法以解混的结果作为输入,可能无法充分利用高光谱图像丰富的光谱信息。本文所提出的基于约束空间光谱联合的亚像素定位方法(constraint spatial-spectral subpixel mapping,CSSSM),利用下采样将像素丰度与亚像素丰度显式联系起来,代入线性解混模型得到亚像素丰度求解的新模型。在求解过程中,通过添加稀疏性约束与平滑性约束,以限制亚像素丰度的解空间,亚像素丰度求解更精确。其中,针对亚像素丰度稀疏性先验采用重加权1范数作为新的约束,并自适应地更新权重;针对亚像素丰度空间先验信息则采用全变分(total variational,TV)正则化作为约束,然后使用乘法迭代算法求解亚像素丰度,最后利用赢者通吃的策略进行类别确定。在两个合成数据集上进行了实验,结果表明,本方法能够进一步提高亚像素定位的精度。     

基于线性光谱混合模型的光谱解混改进模型

传统的基于线性光谱混合模型(LSMM)的解混方法采用迭代求解方式,复杂度较高,为此提出一种基于几何方式的模型求解方法。另一方面,LSMM采用固定谱形固定数量的光谱端元进行解混,影响了光谱解混精度,为此提出端元谱形的区域修正方法和端元子集的局域确定方法,从而建立基于柔性端元的新解混方式。实验表明了所提出的几何求解方法及柔性光谱端元方式的有效性。     

基于多目标蝙蝠优化的高光谱图像解混算法

由于高光谱图像的丰度特性,盲源分离算法 不能直接用于高光谱图像解混。同时,在解混过程中用 梯度算法对目标函数进行优化时易陷入局部最优。为此,本文提出了一种基于多目标蝙蝠优 化算法的高光谱图 像解混算法。该算法将高光谱图像模型中存在的丰度非负约束及丰度和 为一约束作为解混的两个目标函数, 将解混问题转化为对目标函数的优化问题,同时引入多目标蝙蝠优化算法来求解,从而实现高光谱图像解 混。实验结果表明,本文算法能有效解决上述问题,并且当改变图像的信噪比 、像元纯度和像素数时,观察光 谱角距离与均方根误差值的变化情况,与其它解混算 法相比,本文算法具有更高的解混精度和很好的抗噪性,在像元纯度很低的情况下也有很好 的性能。