基于Gabor字典的高光谱图像稀疏表示研究

在分析高光谱图像特性和稀疏表示理论的基础上,构建了Gabor冗余字典.采用基于正交匹配追踪的稀疏分解算法,实现了高光谱图像的稀疏表示.采用Matlab软件进行仿真,实验结果表明,与正交小波变换基相比,Gabor冗余字典具有更强的稀疏表示能力.     

基于稀疏表示全局字典学习的图像分类方法

针对传统的稀疏表示字典学习图像分类方法在大规模分布式环境下效率低下的问题,设计一种基于稀疏表示全局字典的图像学习方法。将传统的字典学习步骤分布到并行节点上,使用凸优化方法在节点上学习局部字典并实时更新全局字典,从而提高字典学习效率和大规模数据的分类效率。最后在MapReduce平台上进行并行化实验,结果显示该方法在不影响分类精度的情况下对大规模分布式数据的分类有明显的加速,可以更高效地运用于各种大规模图像分类任务中。     

基于背景字典构造的稀疏表示高光谱目标检测

针对现有基于稀疏表示的目标检测算法采用同心双窗口构建背景字典的过程中,目标像元将会对背景字典产生干扰的问题,提出基于背景字典构造的稀疏表示高光谱目标检测算法.该算法将高光谱图像分解成低秩背景和稀疏目标,引入目标字典作为稀疏目标的先验信息,更好地分离目标和背景,构建纯净背景字典.通过在4个公开高光谱图像数据集上仿真分析,...     

基于分水岭分割和稀疏表示的高光谱图像分类方法

近年来,高光谱图像的分类受到了广泛的关注。许多机器学习的方法都在高光谱图像上得到了应用,如SVM、神经网络、决策树等。但光谱图像可能存在“同物异谱”和“同谱异物”的情况,这给高光谱图像的精确分类带来了一定挑战。针对该问题,提出了利用分水岭分割得到的空间信息与稀疏表示来得到更精确的分类结果。首先利用分水岭得到图像区域信息,然后以区域为单位,对每个区域的样本进行分类。在两幅图像上对该方法的有效性进行了验证,结果表明该方法优于其它一些同类方法。     

Gabor特征集结合判别式字典学习的稀疏表示图像识别

稀疏编码中字典的选择无论对图像重建还是模式分类都有重要影响,为此提出Gabor特征集结合判别式字典学习的稀疏表示图像识别算法.考虑到Gabor局部特征对光照、表情和姿态等变化的鲁棒性,首先提取图像对应不同方向、不同尺度的多个Gabor特征;然后将降维的增广Gabor特征矩阵作为初始特征字典,通过对该字典的学习得到字典原子对应类别标签的新结构化字典,新字典中特定类的子字典对相关的类具有好的表示能力,同时应用Fisher判别约束编码系数,使它们具有小的类内散度和大的类间散度;最后同时用具有判别性的重构误差和编码系数来进行模式分类.基于3个数据库的实验结果表明本文方法具有可行性和有效性.     

基于字典学习的正则化鲁棒稀疏表示肿瘤细胞图像识别

针对胃黏膜肿瘤细胞图像的高维性及复杂性的特点,为了提高稀疏表示图像识别的鲁棒性,提出了一种基于字典学习的正则化鲁棒稀疏表示（RRC）肿瘤细胞图像识别方法。该方法首先将所有的原始染色肿瘤细胞图像转化为灰度图像;然后利用具有Fisher判别约束的字典学习（FDDL）方法对肿瘤细胞图像训练样本的全局特征进行字典学习,得到具有类别标签的结构化字典;最后将具有判别性的新字典用于RRC模型进行分类识别。RRC模型是基于最大后验概率准则,将稀疏保真度表示为余项的最大后验概率函数,最终识别问题转化为求解正则化加权范数的优化逼近问题。将提出的识别方法应用于肿瘤细胞图像的最高识别率为92.4%,表明该方法能够有效地实现肿瘤细胞图像的分类。     

基于稀疏表示和词袋模型的高光谱图像分类

为增强高光谱图像稀疏表示分类方法中稀疏字典的表征能力并充分利用高光谱图像的光谱信息和空间信息,提出了一种新的基于稀疏表示和词袋模型的高光谱遥感图像分类方法。首先利用词袋模型算法结合高光谱遥感图像数据集生成各类别专业码本,作为字典中对应的原子构造稀疏表示字典。在计算每个像元的对应稀疏表示字典中的稀疏表示特征时,利用空间连续性约束对像元的稀疏表示系数进行空间维的约束。最后根据最小重构误差实现高光谱图像分类。高光谱遥感数据实验结果表明:所提方法能有效提高分类效果,并且其分类精度和Kappa系数都优于其他稀疏表示方法以及单独使用光谱信息的方法。     

面向乳腺病理图像分类的非相干字典学习及稀疏表示算法

针对乳腺病理图像分类,提出一种非相干字典学习及其稀疏表示算法.首先针对不同类别的图像,基于在线字典学习算法分别学习各类特定的子字典;其次利用紧框架建立一种非相干字典学习模型,通过交替投影优化字典的相干性、秩与紧框架性,从而有效地约束字典的格拉姆矩阵与参考格拉姆矩阵的距离,获得判别性更强的非相干字典;最后采用子空间旋转方法优化非相干字典的稀疏表示性能.利用乳腺癌数据集BreaKHis进行实验的结果证明,该算法所学习的非相干字典能平衡字典的判别性与稀疏表示性能,在良性肿瘤与恶性肿瘤图像分类上获得了86.0%的分类精度;在良性肿瘤图像中的腺病与纤维腺瘤的分类上获得92.5%的分类精度.     

基于Profiles的Fisher判别约束字典学习算法

为了增强编码系数的判别性能,提出编码系数矩阵行向量（Profiles）的Fisher判别字典（Profiles of fisher discriminative dictionary learning,PFDDL）学习算法。首先,根据Profiles能反映原子在字典学习中的使用情况,提出一种自适应的原子类标构造方法。然后,利用Profiles与原子间的一一对应关系,设计Profiles的Fisher判别准则作为判别式项,使得同类原子对应Profiles的类内散度尽可能小,不同类原子对应Profiles的类间散度尽可能大,促使字典中的同类原子尽量表示同类训练样本,提高编码系数的判别性能。在3个人脸和1个手写字体数据库上的实验结果表明,提出的算法比其他稀疏编码和字典学习算法能取得更高的分类性能。     

基于图像表示和稀疏表示的图像分类

为了更好地实现图像分类任务,论文提出了一种新的图像分类算法,该算法可以更好地保留原始图像的大尺度信息,有效地利用原始图像的全局特征,同时减小了同一物体在其不同图像中的差异性,显著地提高了图像分类准确率。该算法首先通过新的图像表示算法生成虚拟图像,然后分别对原始图像和虚拟图像使用图像分类算法获得相应的分类误差,最后通过简单高效的误差融合方案得到最终的分类误差。实验结果表明该算法有效地降低了图像分类的错误率。     

基于Boosting的高光谱遥感切空间协同表示集成学习方法

近年来,协同表示分类(Collaborative Representation Classification,CRC)算法成为高光谱遥感影像分类的研究热点,尤其是切空间协同表示分类(Tangent Space Collaborative Representation,TCRC)利用切平面估计测试样本的局部流形,其分类精度得到了显著提高。为进一步提升高光谱遥感影像分类的准确性和可靠性,提出了基于Boosting的高光谱遥感影像切空间协同表示分类算法(Boosting-based Tangent Space Collaborative Representation Classification,Boost TCRC)。Boost TCRC算法采用TCRC算法作为基分类器,通过Boosting原理自适应地调整训练样本的权重,增大错分样本的权重从而使得分类器专注于较难分类的训练样本,然后在基于残差域融合时根据基分类器的分类表现赋予其权重,最终采用最小重构误差的原则对测试样本进行分类。实验采用HyMap(Hyperspectral Mapper)和AVIRIS(Airbone Visible Infrared Imaging Spectrometer)等高光谱遥感影像数据对所提出算法的性能进行了综合评价,结果表明：基于Boosting的集成方式可有效提升TCRC算法的分类效果。针对HyMap数据,Boost TCRC算法总体分类精度和Kappa系数分别为93.73%和0.920 8,两种精度指标分别高于TCRC算法2.82%和0.032 3,同时分别高于AdaBoost ELM算法1.81%和0.022 5。对于AVIRIS数据,Boost TCRC算法总体分类精度和kappa系数为84.11%和0.812 0,两种精度指标分别高于TCRC算法3.97%和0.049 3,同时分别高于AdaBoost ELM算法12.02%和0.143 6。     

Boosting Ensemble Learning for Hyperspectral Image Classification Using Tangent Collaborative Representation

Recently, Collaborative Representation Classification (CRC) has attracted much attention in hyperspectral image analysis. Due to uses the tangent plane to estimate the local manifold of the test sample. Tangent Collaborative Representation Classification (TCRC) achieve better performance. Furthermore, in order to improve the classification accuracy and reliability of hyperspectral remote sensing images, a novel Boosting-based Tangent Collaborative Representation ensemble method (Boost TCRC) for hyperspectral image classification is proposed. In this algorithm, Boost TCRC algorithm choose TCRC as base classifier and adjust the weight of the training samples adaptively by using the principle of Boosting. Increasing the weight of the misclassified samples so that the classifier concentrates on the training samples that are difficult to classify. Then assigns the weights according to the classification performance of the base classifier based on the residual domain fusion. Finally, the principle of minimum reconstruction error is adopted to classify the test sample. The performance of the proposed algorithm was comprehensively evaluated by hyperspectral remote sensing image data such as HyMap (Hyperspectral Mapper) and AVIRIS (Airbone Visible Infrared Imaging Spectrometer). The Boosting method can effectively improve the classification effect of the TCRC algorithm. For HyMap data, the overall classification accuracy and kappa coefficient of Boost TCRC algorithm are 93.73% and 0.920 8 respectively. Two precision values are higher than TCRC algorithm by 2.82% and 0.032 3, and are higher than the AdaBoost ELM algorithm by 1.81% and 0.022 5. For AVIRIS data, the overall classification accuracy and kappa coefficient of Boost TCRC algorithm are 84.11% and 0.8120 respectively. Two precision values are higher than TCRC algorithm by 3.97% and 0.049 3, and are higher than AdaBoost ELM algorithm by 12.02% and 0.143 6.     

Fisher准则下面向判别性特征的字典学习方法及其组织病理图像分类研究

针对当前面向组织病理图像特征提取的字典学习方法中存在着学习的无病字典与有病字典相似程度高,判别性弱的问题,本文提出一种新的面向判别性特征字典学习方法（Discriminative feature-oriented dictionary learning based on Fisher criterion,FCDFDL）.该方法基于Fisher准则构造目标函数的惩罚项,最小化学习字典的类内距离与最大化学习字典的类间距离,大大降低无病字典与有病字典间的相似性.同时,优化学习字典对同类样本的重构性能,并约束学习字典对非同类样本的重构性能.然后,利用本文学习的无病与有病字典对测试样本进行稀疏表示,采用重构误差向量的统计量构造分类器.最后,分别在ADL数据集与BreaKHis数据集上验证了本文方法的有效性.实验结果表明,本文学习字典的判别性更强,获得了更优的分类性能.     

基于子编码和全编码联合惩罚的稀疏表示字典学习方法

针对目前稀疏表示字典学习的惩罚函数版本不一且各有优势的问题,提出基于子编码和全编码联合惩罚的稀疏表示字典学习方法,该方法在字典学习的目标函数中同时加入子编码惩罚函数和全编码惩罚函数。子编码惩罚函数使得学习后的字典在稀疏表示识别时可以用子字典的重构误差和子字典上编码系数的大小来识别,全编码惩罚函数则能直接利用整个字典上的编码系数来识别,通过联合这两个惩罚函数可以获得非常好的识别效果。为了验证所提方法的有效性,在语音情感库和人脸库上与最新的基于字典学习的稀疏表示识别方法 DKSVD和FDDL进行对比,并与著名的识别方法SVM和SRC进行比较,实验结果显示所提方法具有更好的识别性能。     

基于稀疏表示的多示例图像分类

为了有效地解决多示例图像分类问题,基于稀疏表示提出了一种新的多示例图像分类方法.该方法将图像看作多示例包,图像中的区域作为包中示例,利用示例嵌入策略计算包特征;然后将待分类图像包特征表示为训练图像包特征集上的稀疏线性组合,利用Z1优化方法求得稀疏解;最后根据稀疏系数提出一个为待分类图像预测标记的方法.在Corel数据集上的实验结果表明,与其他方法相比,所提方法具有更高的分类精度.     

基于核字典学习的图像分类

航拍图像往往具有场景复杂、数据维度大的特点,对于该类图像的自动分类一直是研究的热点。针对航拍原始数据特征维度过高和数据线性不可分的问题,在字典学习和稀疏表示的基础上提出了一种结合核字典学习和线性鉴别分析的目标识别方法。首先学习核字典并通过核字典获取目标样本的稀疏表示,挖掘数据的内部结构;其次采用线性鉴别分析,加强稀疏表示的可分性;最后利用支持向量机对目标进行分类。实验结果表明,与传统基于子空间特征提取的算法和基于字典学习的算法相比,基于核字典学习与鉴别分析的算法分类性能优越。     

基于原子Fisher判别准则约束字典学习算法

为了提高字典的判别性能,提出基于原子Fisher判别准则约束的字典学习算法AFDDL。首先,利用特定类字典学习算法为每个原子分配一个类标,计算同类原子和不同类原子间的散度矩阵。然后,利用类内散度矩阵和类间散度矩阵的迹的差作为判别式约束项,促使不同类原子间的差异最大化,并在最小化同类原子间差异的同时减少原子间的自相关性,使得同类原子尽可能地重构某一类样本,提高字典的判别性能。在AR、FERET和LFW三个人脸数据库和USPS手写字体数据库中进行实验,实验结果表明,在四个图像数据库中,所提算法在识别率和训练时间方面均优于类标一致的K奇异值分解（LC-KSVD）算法、局部特征和类标嵌入约束的字典学习（LCLE-DL）算法、支持矢量指导的字典学习（SVGDL）算法和Fisher判别字典学习算法;且在四个数据库中,该算法也比稀疏表示分类（SRC）和协同表示分类（CRC）取得更高的识别率。     

基于SSAE深度学习特征表示的高光谱遥感图像分类方法

针对遥感图像中高光谱数据的分类问题,提出一种基于堆叠稀疏自动编码器(SSAE)深度学习特征表示的高光谱遥感图像分类方法。首先,将光谱数据样本进行预处理和归一化。然后,将其输入到SSAE中进行特征表示学习,并通过网格搜索来获得最优网络参数,以此获得有效的特征表示。最后通过支持向量机(SVM)分类器对输入图像特征进行分类,最终实现遥感图像中像素的分类。在两个标准数据集上的实验结果表明,该方法能够实现准确的高光谱地物分类。