基于多层二部图的高光谱模糊聚类算法

针对传统模糊聚类算法对初始聚类中心非常敏感以及对高光谱图像处理效果不佳的问题,为减少聚类数据的复杂度、降低聚类过程的计算成本以提升聚类性能,提出了一种基于多层二部图的高光谱模糊聚类算法。首先使用SuperPCA预处理方法对超像素分割得到的每个同质区域进行PCA来学习HSI数据不同区域的固有低维特征,从而获得高光谱数据的低维表示;其次,构造一个多层二部图矩阵来描述数据点和锚点之间的关系,降低了计算复杂度;最后,在模糊聚类中加入基于多层二部图的非负正则项来约束模糊隶属度矩阵的解空间。在Indian Pines和Pavia University数据集上进行的实验表明,所提算法能提高聚类效果与性能。     

基于测地线的超像素谱聚类彩色图像分割

在图像分割中谱聚类算法得到了广泛的应用,但传统谱聚类算法易受到彩色图像大小和相似性测度的影响,导致计算量大和分割精度低的问题。为了解决这两个问题,提出一种新的基于超像素集测地线特征的谱聚类分割算法。该方法通过对彩色图像进行预分割得到超像素集,并以超像素集为基础构造加权图,利用测地线距离特征和颜色特征构造权值矩阵,最后应用NJW（Ng-Jordan-Weiss）算法得到最终的分割结果。对比实验结果表明该算法在分割精度和计算复杂度上都有较大改善。     

基于半监督的超像素谱聚类彩色图像分割算法

近年来谱聚类算法被广泛应用于图像分割领域,而相似性矩阵的构造是谱聚类算法的关键步骤。 针对传统谱聚类算法计算复杂度高难以应用到大规模图像分割处理的问题,提出了基于半监督的超像素谱聚类彩色图像分割算法。该算法利用超像素将彩色图像进行预分割,利用用户提供的少量标记信息构造预分割区域的基于半监督的模糊相似性测度,利用该相似性测度构造预分隔区域的相似性矩阵并通过规范切图谱划分准则对预分割区域进行划分得到最终的图像分割结果。由于少量标记信息和模糊理论的引入,提高了传统谱聚类的分割性能,对比实验也表明该算法在分割效果和计算复杂度上都有较大的改善。     

无监督空谱近邻超图嵌入高光谱图像特征提取

针对高光谱图像数据标注困难,以及传统图嵌入方法无法表征高维数据之间的多元复杂关系的问题,提出面向高光谱特征提取的无监督空谱近邻超图嵌入算法.充分利用高光谱的空间信息与光谱信息揭示像元之间的相关性,构造有效的无监督空谱近邻关系,引入超图学习表征高维数据之间的复杂多元关系,提高特征提取性能.将所提算法与同类算法在Indian Pines和Salinas数据集上进行实验,其结果表明,所提算法能够获得较高的分类精度.     

一种新的高光谱遥感图像超像素分割方法

为了解决简单线性迭代聚类算法在高光谱遥感图像超像素分割任务中分割精度较低的问题,提出一种基于多级线性迭代聚类结合改进标签传播算法(LPA)的新的无监督高光谱遥感图像超像素分割方法。首先,扩充简单线性迭代聚类(SLIC)的适用范围至多通道对高光谱图像进行超像素初分割;然后,对色彩标准差较大的超像素进行多级迭代细致分割,引入基于局部二进制模式的高光谱遥感图像纹理特征提取方法计算高光谱图像纹理特征并融合多段光谱特征计算超像素间相似度以构建带权图网络;最后,改进LPA社区发现方法进行超像素合并,将改进的标签传播算法运用于超像素合并可以得到更加稳定准确的超像素合并效果,提高超像素分割精度。将该方法与多种方法进行比较,结果表明,该方法对高光谱遥感图像的超像素分割结果更准确,超像素边缘更贴合真实地物边界,能有效改善高光谱遥感图像超像素分割中精度较低的问题。     

聚类与自适应波段选择结合的高光谱图像降维

针对自适应波段选择法(adaptive band selection,ABS)对高光谱图像降维后得到的最优波段子集用于地物目标分类处理时,分类精度不理想的问题,提出一种K-means聚类与ABS结合的高光谱图像降维方法。算法采用K-means聚类算法对所有波段进行聚类,聚类中分别采用相关系数和欧氏距离2种相似性度量,选取各聚类中ABS指数最大的波段,作为最优波段子集。通过实验,将所提方法与ABS进行分类精度比较。实验结果表明,所提方法在分类精度上优于ABS法,以相关系数作为相似性度量的K-means聚类与ABS结合的降维方法分类效果更好。     

基于DS聚类的高光谱图像集成分类算法

针对高光谱遥感图像维数高、样本少导致分类精度低的问题,提出一种基于DS聚类的高光谱图像集成分类算法(DSCEA)。首先,根据高光谱数据特点,从整体波段中随机选择一定数量的波段,构成不同的训练样本;其次,分析图像的空谱信息,构造无向加权图,利用优势集(DS)聚类方法得到最大特征差异的波段子集;最后,根据不同样本,利用支持向量机训练具有差异的单个分类器,采用多数表决法集成最终分类器,实现对高光谱遥感图像的分类。在Indian Pines数据集上DSCEA算法的分类精度最高可达到84.61%,在Pavia University数据集上最高可达到91.89%,实验结果表明DSCEA算法可以有效的解决高光谱分类问题。     

基于高斯过程隐变量模型的图像数据降维算法

针对传统谱算法在数据降维计算复杂度高的缺点,提出一种基于高斯过程隐变量模型的图像数据降维算法。首先,通过高斯过程(Gaussian Process,GP)建立图像数据的概率模型,得到图像数据的隐变量模型;其次,利用概率最大化原则得到最优超参数,通过最优超参数求取最优数据降维结果;最后,实现图像数据降维。选取Yale,ORL两类数据集与传统算法进行人脸识别对比实验,实验结果表明:所提出的算法针对图像数据降维问题有较好的效果,结合支持向量机算法,可有效地对人脸图像进行识别,且有较高的识别率,从而体现出算法对高维数据降维的准确性。     

基于光谱空间结合的非负稀疏保持嵌入的谱聚类

为了解决高光谱遥感影像的特征融合问题,针对高光谱数据的维数高、信息量繁杂冗余、非线性而且数据量庞大特点,利用图谱理论非负稀疏保持嵌入的降维方法,提出基于光谱空间结合的非负稀疏保持嵌入的谱聚类进行样本的标记算法,有效地利用空间信息和原有光谱信息,提高分类的精度.该算法在引入非负稀疏表示的同时,利用样本的光谱与空间相关信息构建Laplacian图,嵌入投影到低维的子空间,然后再用经典的K均值聚类算法进行分类.算法能够有效保持样本的几何稀疏结构,而且光谱空间信息的结合使得图像的边界像素点得到了更好的分类.     

基于快速SLIC的图像超像素算法

针对SLIC(Simple Linear Iterative Clustering)算法在超像素聚类过程中耗时较长的缺陷,提出一种基于快速SLIC的图像超像素算法。该算法首先剔除在颜色空间上与聚类中心相似度较低的像素,从而仅用部分近邻像素更新聚类中心,以确保聚类中心快速达到稳定并阻止误差传播,提高边缘命中率;其次,在初始化网格后,将每个超像素的边缘像素视为不稳定像素,将超像素的非边缘像素视为稳定像素并保持稳定像素的类别不变;最后,通过对不稳定像素进行迭代标记来实现快速超像素图像分割。在MATLAB环境下分别对所提算法与6种对比算法进行测试,在超像素个数相同的情况下,所提算法在BSD500数据集上与经典的SLIC算法相比分割误差率降低5%,分割精度提高0.5%,运行时间减少0.18 s。实验结果表明,与主流的超像素算法相比,所提算法在提升超像素分割质量的同时能够有效降低算法的计算复杂度。     

嵌入式深度神经网络高光谱图像聚类

目的 高光谱图像的高维特性和非线性结构给聚类任务带来了"维数灾难"和线性不可分问题，以往的工作将特征提取过程与聚类过程互相剥离，难以同时优化。为了解决上述问题，提出了一种新的嵌入式深度神经网络模糊C均值聚类方法（EDFCC）。方法 EDFCC算法为了提取更加有效的深层特征，联合优化高光谱图像的特征提取和聚类过程，将模糊C均值聚类算法嵌入至深度自编码器网络中，可以保持两任务联合优化的优势，同时利用深度自编码器网络降维以及逼近任意非线性函数的能力，逐步将原始数据映射到潜在特征空间，提取数据的深层特征。所提方法采用模糊C均值聚类算法约束特征提取过程，学习适用于聚类的高光谱数据深层特征，动态调整聚类指示矩阵。结果 实验结果表明，EDFCC算法在Indian Pines和Pavia University两个高光谱数据集上的聚类精度分别达到了42.95%和60.59%，与当前流行的低秩子空间聚类算法（LRSC）相比分别提高了3%和4%，相比于基于自编码器的数据聚类算法（AEKM）分别提高了2%和3%。结论 EDFCC算法能够从高光谱图像的高维光谱信息中提取更加有效的深层特征，提升聚类精度，并且由于EDFCC算法不需要额外的训练过程，大大提升了聚类效率。     

Spark框架优化的大规模谱聚类并行算法

为解决谱聚类在大规模数据集上存在的计算耗时和无法聚类等性能瓶颈制约,提出了基于Spark技术的大规模数据集谱聚类的并行化算法。首先,通过单向循环迭代优化相似矩阵的构建,避免重复计算;然后,通过位置变换和标量乘法替换来优化Laplacian矩阵的构建与正规化,降低存储需求;最后,采用近似特征向量计算来进一步减少计算量。不同测试数据集上的实验结果表明：随着测试数据集的规模增加,所提算法的单向循环迭代和近似特征值计算的运行时间呈线性增长,增长缓慢,其近似特征向量计算与精确特征向量计算取得相近的聚类效果,并且算法在大规模数据集上表现出良好的可扩展性。在获得较好的谱聚类性能的基础上,改进算法提高了运行效率,有效缓解了谱聚类的计算耗时及无法聚类问题。     

基于多视图边界判别投影的高光谱图像分类

高光谱图像分类是遥感领域研究的热点问题,其关键在于利用高光谱图谱合一的 优势,同时融合高光谱图像中各个像元位置的光谱信息和空间信息,提高光谱图像分类精度。 针对高光谱图像特征维数高和冗余信息多等问题,采用多视图子空间学习方法进行特征降维, 提出了图正则化的多视图边界判别投影算法。将每个像元处的光谱特征看作一个视图,该像元 处的空间特征看作另一个视图,通过同时优化每个视图上的投影方向来寻找最优判别公共子空 间。公开测试数据集上的分类实验表明,多视图学习在高光谱图像空谱融合分类方面具有显著 的优越性,在多视图降维算法中,该算法具有最高的分类准确性。     

Spectral–spatial co-clustering of hyperspectral image data based on bipartite graph

The high dimensionality of hyperspectral images are usually coupled with limited data available, which degenerates the performances of clustering techniques based only on pixel spectral. To improve the performances of clustering, incorporation of spectral and spatial is needed. As an attempt in this direction, in this paper, we propose an unsupervised co-clustering framework to address both the pixel spectral and spatial constraints, in which the relationship among pixels is formulated using an undirected bipartite graph. The optimal partitions are obtained by spectral clustering on the bipartite graph. Experiments on four hyperspectral data sets are performed to evaluate the effectiveness of the proposed framework. Results also show our method achieves similar or better performance when compared to the other clustering methods.     

基于改进YOLOv2和迁移学习的管道巡检航拍图像第三方施工目标检测

针对传统目标检测算法应用在无人机航拍图像上第三方施工目标检测和违章占压建筑检测的数据集少、检测率低等问题,提出基于Aerial-YOLOv2和迁移学习的航拍图像目标检测算法。首先,利用结合数据增强的迁移学习策略训练的网络来扩大数据集规模,并利用K均值聚类分析得到符合所提数据集特点的锚点框数量和尺寸;其次,通过自适应对比度增强的方法对图像进行预处理;最后,提出改进卷积模块替代YOLOv2中的卷积块并结合特征融合的多尺度预测方式进行目标检测。用不同的算法和训练策略在无人机航拍图像上进行对比实验,实验结果表明,Aerial-YOLOv2算法结合多种训练策略后,其准确率、召回率分别能达到95%、91%,每张图像检测时间为14 ms。由此可知,该算法适用于无人机航拍图像第三方施工目标及违章占压建筑的智能检测。     

基于谱分析的密度峰值快速聚类算法

针对密度峰值快速聚类（CFSFDP）算法对不同数据集聚类效果的差异，利用谱聚类对密度峰值快速聚类算法加以改进，提出了一种基于谱分析的密度峰值快速聚类算法CFSFDP-SA。首先，将高维非线性的数据集映射到低维子空间上实现降维处理，将聚类问题转化为图的最优划分问题以增强算法对数据全局结构的适应性；然后，利用CFSFDP算法对处理后的数据集进行聚类。结合这两种聚类算法各自的优势，能进一步提升聚类算法的性能。在5个人工合成数据集（2个线性数据集和3个非线性数据集）与4个UCI数据库中真实数据集上的聚类结果显示，相比CFSFDP算法，CFSFDP-SA算法的聚类精度有一定提升，在高维数据集的聚类精度上最多提高了14%，对原始数据集的适应性更强。     

结合稀疏表示与约束传递的半监督谱聚类算法

针对半监督谱聚类不能有效处理大规模数据,没有考虑约束传递不能充分利用有限约束信息的问题,提出一种结合稀疏表示和约束传递的半监督谱聚类算法。首先,根据约束信息生成约束矩阵,将其引入到谱聚类中;然后,将约束集合中的数据作为地标点构造稀疏表示矩阵,近似获得图相似度矩阵,从而改进约束谱聚类模型;同时,根据地标点的相似度矩阵生成连通区域,在每个连通区域内动态调整近邻点,利用约束传递进一步提高聚类准确率。实验表明,所提算法和约束谱聚类相比,在算法效率方面具有明显优势,且准确率没有明显下降;和快速谱聚类方法相比,在聚类准确率上有所提升。     

基于分类KLT的高光谱图像压缩

高光谱图像的有效压缩已经成为高光谱遥感领域研究的热点。提出了一种基于分类KLT（ Karhunen-Loeve Transform）的高光谱图像压缩算法。该算法利用光谱信息对高光谱图像进行地物分类,根据相邻波段的相关性对高光谱图像进行波段分组。在地物分类与波段分组的基础上,对每组的每一类地物数据分别进行KL变换,利用EBCOT（Embedded Block Coding with Optimal Trtmcation）算法对所有主成分进行联合编码。实验结果表明,该算法能够取得优于JPEG2000以及DWT-JPEG2000的压缩性能,适合实现高光谱图像的有效压缩。