基于非负矩阵分解的高光谱遥感图像混合像元分解

传统非负矩阵分解算法的目标函数具有大量的局部极小,在进行高光谱图像的光谱解混时,受初始值的影响很大.为解决该问题,作者通过在目标函数中引入丰度分离性和平滑性的约束条件,提出一种基于有约束非负矩阵分解的混合像元分解方法.同时该算法能够满足混合像元分解问题所要求的丰度值非负以及和为一的约束.模拟和实际数据实验结果表明,所提...     

高光谱图像混合像元分解算法

传统的高光谱图像混合像元分解技术包括端元提取和估计每个端元的混合比例.虽然很多模型都能得到可以接受的解混结果,但是一些未知端元的存在使得结果在包含未知端元的像素点处出现偏差.因此,提出了一种基于支持向量数据描述的高光谱图像混合像元分解算法.首先高光谱图像数据被分成类内和类外两部分,类内是完全由已知端元数据混合的像素点,而类外数据是包含未知端元的像素点.两类数据交界处被认为是已知端元和未知端元混合的数据.然后再对这些像素点进行混合像元分解,分别对仿真数据和真实高光谱图像进行实验.结果表明该算法可以有效地解决因存在未知端元对解混精度的影响,而且能给出未知端元的解混分量.该方法的解混结果几乎不受未知端元的影响,优于直接解混结果     

L1稀疏正则化的高光谱混合像元分解算法比较

基于稀疏性的高光谱解混是近年来高光谱混合像元分解的研究热点.主要研究了L1正则化的高光谱混合像元分解算法.首先分析了L1正则化的三种解混模型,即无约束、非负约束和全约束模型;然后给出了三种模型对应的数值求解算法;最后,采用模拟的和真实的高光谱数据进行实验,比较了三种高光谱混合像元分解算法的效果.实验结果表明:三种模型均具有很好的高光谱混合像元分解精度(SRE),其中全约束模型最好,非负约束模型次之,无约束模型最差;全约束模型在信噪比低和端元数多的情况下,仍然获得较高的SRE.     

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.     

基于Fisher判别零空间的高光谱图像混合像元分解

传统的光谱混合分析方法假设每个端元必须具有完全稳定的光谱特性,而在实际问题中同类地物的端元光谱往 往存在着差异。为了有效地抑制同物异谱对混合像元分解的影响,本文提出一种基于Fisher判别零空间的高光谱遥感图像混合像元分 解算法。Fisher判别零空间方法通过对高光谱图像数据进行线性变换,使得变换后的数据中同一端元内的光谱差异减小为零,而不同 端元间的光谱差异尽可能地增大。利用变换后的光谱数据对混合像元进行分解就可以较大程度地减少同物异谱现象对分解结果的影响。 对模拟高光谱图像数据以及Indiana地区和Cuprite地区的实际AVIRIS数据的解混结果表明,用Fisher判别零空间方法处理混合像元分 解问题,可以得到较高的分解精度。     

基于约束非负矩阵分解的高光谱图像解混快速算法

约束非负矩阵分解是高光谱图像解混中常用的方法.该方法的求解通常采用投影梯度法,其收敛速度、求解精度和算法稳定性都有待提高.为此,本文针对较优的最小体积约束,提出一种基于约束非负矩阵分解的高光谱图像解混快速算法.首先优化原有的最小体积约束模型,然后设计了基于交替方向乘子法的非凸项约束非负矩阵分解算法,最后通过奇异值分解优化迭代步骤.模拟和实际数据实验结果验证了本文算法的有效性.     

基于独立分量分析的高光谱遥感图像混合像元盲分解

高光谱遥感图像中各端元的分布不是相互独立的,传统基于独立分量分析的分解方法,只能先提取混合像元中的端元,后解混丰度,具有较高的统计不变性,盲分解效果差。基于此在独立分量分析方法中添加丰度非负约束和丰度和为一约束条件,使该方法能降低传统方法的统计不变性,通过变换主成分中心化处理原始高光谱遥感图像数据,降低波段数据之间存在的相关性;采用牛顿迭代法多次分解迭代高光谱遥感图像数据获取多个解混矩阵,通过正交化投影求解多个解混矩阵,初始化处理多个解混矩阵后,对其进行归一化处理,当临近两个矩阵值之差绝对值无限趋于零时,能获取最佳解混矩阵,采用该矩阵同步分解高光谱遥感图像混合图像的端元光谱矩阵和丰度向量,完成高光谱遥感图像混合像元的盲分解。经过实验分析发现在信噪比为15dB时,该方法分解高光谱遥感图像端元均方根误差和平均光谱角距离误差,最小值分别是0.07%和0.02%,且误差变化幅度小,即该方法分解效果较好。     

一种有效的无监督高光谱图像解混方法

传统的非负矩阵分解方法应用在高光谱像元分解时,混合像元分解用到的初始值是随机产生的,会影响像元的解混效果。为了解决该问题,本文通过改进获得初始值的方法,提出了一种基于改进非负矩阵分解的高光谱图像解混方法。本方法不需要任何先验知识,只需要对输入数据集进行迭代计算得到合适的初始值,即可达到光谱解混的目的。仿真数据和真实数据的实验结果都证明了该算法的有效性。     

基于Cayley-Menger行列式的高光谱遥感图像端元提取方法

提出了一种基于Cayley-Menger行列式的快速端元提取算法.该算法的目标是寻找包含高光谱数据集的最小体积的单形体.与其它基于单形体几何的算法相比,该方法具有诸多优点.首先,Cayley-Manger行列式的引入使得算法可以便捷地利用Hermite矩阵的特点大大加速搜索过程,进而得到一个稳定的最终解.其次,该算法无须对数据进行降维处理,从而可以避免因数据降维而造成的有用信息的丢失.仿真和实际高光谱数据的实验结果表明,所提出的算法在获得准确解的同时,具有非常快的收敛速度.     

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.     

一种基于单形体正化的高光谱数据全约束线性解混方法

在端元已知情况下,线性混合模型的非负约束最小二乘无闭式解,需要多次迭代得收敛最优解,时间复杂度高.通过高光谱数据凸面几何特性分析,指出当数据为正单形体时,可经有限步骤快速得线性混合模型最优解.据此提出一种单形体正化的高光谱数据全约束线性解混方法,据已知端元进行单形体正化,采用和为一约束求解丰度系数,最后迭代剔除丰度负值端元得全约束解.实验结果表明该方法可获得传统全约束解一致的丰度估计,且效率大大提升.     

Regularized MSBL algorithm with spatial correlation for sparse hyperspectral unmixing

Sparse unmixing is a promising approach that is formulated as a linear regression problem by assuming that observed signatures can be expressed as a linear combination of a few endmembers in the spectral library. Under this formulation, a novel regularized multiple sparse Bayesian learning model, which is constructed via Bayesian inference with the conditional posterior distributions of model parameters under a hierarchical Bayesian model, is proposed to solve the sparse unmixing problem. Then, the total variation regularization and the non-negativity constraint are incorporated into the model, thus exploiting the spatial information and the physical property in hyperspectral images. The optimal problem of the model is decomposed into several simpler iterative optimization problems that are solved via the alternating direction method of multipliers, and the model parameters are updated adaptively from the algorithm. Experimental results on both synthetic and real hyperspectral data demonstrate that the proposed method outperforms the other algorithms.     

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.     

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。     

基于高光谱图像解混的海洋绿藻检测算法

提出了一种基于线性混合模型的高光谱图像绿藻面积估计算法。利用端元提取算法,自动获取图像中绿藻端元的光谱曲线,根据得到的端元及原始图像,通过全约束最小二乘算法,求得绿藻端元的丰度图,丰度图作为绿藻面积的估计结果。算法能够有效克服由于高光谱图像分辨率不足造成的绿藻面积估计不准确的问题,实现亚像素水平的绿藻面积估计。利用2013年6月29日获取的GOCI传感器获取的8波段光谱图像展开实验,计算得到当日绿藻覆盖面积为321 km2,与HJ-1B卫星的实测结果高度接近,相比于NDVI等传统算法具有明显优势。方法为绿藻灾害预警和监测提供了一条新的解决思路和技术途径,具有较高的应用价值。     

Scalable architectures for real-time hyperspectral unmixing

Hyperspectral imaging instruments capture and collect hundreds of different wavelength data corresponding to the same surface. As a result, tons of information must be stored, processed and transmitted to ground. However, the downlink bandwidth is limited, and transmitting all data from the satellite to ground is a slow task that jeopardizes the use of this information for applications under real-time or near real-time constraints. This is the reason why most of the research activity is moving towards developing solutions which are able to process this data on-board, sending back to ground only relevant information.     

基于端元优化的非线性高光谱分解算法

针对高光谱图像中端元的可变性和光谱的非线性混合特性,提出一种基于端元优化的非线性光谱解混算法,通过加入阴影端元对混合像元的端元集进行优化,对优化的端元子集采用基于分层贝叶斯模型的双线性光谱分解算法进行光谱分解。模拟数据和真实数据实验表明,提出的算法能很好地解决高光谱图像中存在的阴影效应,分解效果优于FCLS和GBM算法。