基于核光谱角余弦的高光谱图像FLS-SVM分类算法

模糊支持向量机是模糊技术与支持向量机的有机结合,其关键步骤是确定模糊隶属度函数.现有方法大多利用距离这一相似性测度从不同角度构造隶属度函数,实现过程比较复杂.对于高光谱数据的光谱特性,用距离表征地物的光谱亮度差异较为合适,但天气、光照强度等因素对这种亮度影响很大.相比之下光谱间的角度受亮度的影响很小,作为相似性测度更为可靠.针对这种地物光谱角度特性,在模糊最小二乘支持向量机(FLS-SVM)中,用核光谱角余弦作为相似性测度来构造模糊隶属度函数,仿真结果表明能够有效地提高最小二乘支持向量机(LS-SVM)高光谱图像分类性能.     

融合谱-空域信息的DBM高光谱图像分类方法

在高光谱图像分类问题中,提取能够有效表达地物特征的信息是分类方法中的关键问题。为了提高高光谱图像分类精度,提出一种基于深度玻尔兹曼机的高光谱图像分类方法。该方法首先对高光谱图像数据进行主成分分析法白化处理,并提取像元的空域信息,与像元光谱信息组成综合的谱-空域信息;然后通过多层深度玻尔兹曼机模型从像元的谱-空域信息中提取深层次类别特征;最后通过逻辑回归模型对所提取特征进行分类。这种深度玻尔兹曼机模型能够利用数据的先验知识对高维数据进行特征提取,并且所提取的特征内在地表示了地物的空间结构和光谱特征。实验结果表明,这种方法能够有效地提高高光谱图像的分类精度。     

穷举法在高光谱遥感图像地物识别中的应用

为了避免地物识别与分类中,由于不同阀值所引起的不同结果的情况,提出了一种基于穷举法的高光谱遥感图像地物识别方法。从所有与研究区有关的可能参考光谱中,使用夹角余弦或相关系数的最大值,识别出图像上每个像元的最佳匹配地物,绘成彩色的识别结果图及能表达匹配程度的灰度图。在云南省中甸普朗地区高光谱遥感图像的应用表明,该方法有较高的准确性,识别中包络线消除法归一化处理方法能减弱一些野外环境因素的影响。突出微弱地物的光谱吸收特征,对提高识别结果精度起着关键作用。同时得到了与研究区高光谱影像上像元相关性程度的地物类顺序,便于研究各类地物存在的可能性。     

基于多尺度特征的高光谱端元提取方法

为提升高光谱端元提取效率,避免同种地物端元的多次重复提取,根据高光谱同种地物光谱曲线主要特征近似、全体像元中端元个体两两具有极大差异的原则,提出了一种基于多尺度特征的高光谱图像端元提取方法,即多尺度特征像元纯度指数方法(MSPPI).首先利用一维离散小波变换获取多尺度的光谱信息,然后利用光谱角距离和欧式最小距离提取相应的多尺度的光谱特征,并利用像元和其邻域内像元点之间的关联,引入距离测度提取纯像元,最终实现端元提取.通过在高光谱数据库USGS和AVIRIS中的实验验证算法有效性,并与SPPI算法和N-FINDR算法进行对比.结果表明:MSPPI算法能够提取全部端元,且每种地物端元提取百分比低于5%,SPPI虽然能够提取全部端元但提取百分比均高于10%,端元重复提取现象严重,而N-FINDR不能有效提取小面积地物,说明MSPPI算法性能优于N-FINDR算法和SPPI算法.     

高光谱亚像元图像仿真与异常检测应用

为满足高光谱异常检测研究所需的大量地物高光谱图像需求,提出利用待观测地物的高光谱特性仿真数据及背景特性数据生成高光谱图像的方法,开展了典型飞机流动与传热模型、红外辐射特性模型、高光谱图像仿真模型研究;以实验测定的飞机反射率为输入开展目标特性计算,结合实际观测的背景起伏图像,在特定遥感器光谱响应特性、遥感器相对定标误差、随机加性噪声等条件下,生成了不同像元丰度、不同信噪比的高光谱图像,并应用经典的RX算法、CEM算法检测了仿真图像的异常像元。研究结果表明:建立的模型可以根据遥感器的性能指标参数、目标丰度要求生成亚像元高光谱仿真图像。图像可以反映目标飞机像元丰度、信噪比对检测结果的影响,通过调节输入参数可以高效建立针对亚像元异常检测的高光谱仿真图像;应用仿真图像进行RX算法检测高光谱仿真图像时,噪声会对检测结果产生较大影响,当信噪比低至10 dB时,RX算法难以检测出丰度0.4以下的异常像元,采用光谱匹配检测的CEM算法可以在较低像元丰度和信噪比下检测异常,提高检测概率。     

基于空间像素纯度指数的端元提取算法

为了减小光谱变化以及异常像素点对端元提取结果的影响,根据局部区域内纯像元和混合像元光谱特征的不同,提出一种基于空间像素纯度指数的端元提取算法.将光谱角距离和欧氏距离加权相加作为新的混合距离测度;采用固定大小的邻域窗口计算图像中所有像素的空间像素纯度指数,在此基础上,根据光谱角距离测度和设定的端元光谱区分性阈值依次搜索端元.仿真数据和真实高光谱图像实验结果表明:该算法能够准确地提取图像中的端元,并且精度高于其他一些端元提取算法.     

基于流形学习的高光谱图像非线性降维算法

针对高光谱图像同一像元内存在多种地物种类,且地物之间具有多重反射,导致高光谱数据的非线性,采用传统的线性降维算法效果不佳等问题,提出利用流形学习的方法来寻找嵌入在高维观测数据空间的低维光滑流形,实现高光谱数据的非线性光谱降维。模拟和真实高光谱遥感数据实验结果表明,与传统的线性降维方法 PCA相比,经过等距映射、局部切空间排列等流行学习算法降维后的高光谱图像具有更好的光谱端元可分性。     

基于深度卷积神经网络的高光谱遥感图像分类

传统的高瀑布图像分类模型只考虑光谱特征信息,忽略了图像空间结构信息在分类中的重要作用。为提高高光谱遥感图像的分类精度,提出一种同时利用高瀑布图像的光谱信息和空间信息的深度卷积神经网络分类模型。通过对低层特征自动分层地学习来提取更加抽象的高层特征,提取的特征具有平移、缩放及其他形式扭曲等高度不变性;基于学习到的深度特征,用logistic回归分类器进行分类训练。高光谱数据实验结果表明,深度卷积神经网络模型能够提高高光谱遥感图像的分类精度,从而验证了深度卷积神经网络进行高瀑布图像分类的可行性和有效性。     

高光谱遥感数据光谱曲线分形特征研究

提出一种基于分形分析的高光谱遥感数据处理方法．从反射光谱的产生机理、全色影像与单色影像表现出来的自相似现象以及用不同尺度量尺测量曲线所表现出来的幂指数关系三个方面,说明高光谱遥感数据中像元中光谱曲线具有分形的特征,简述了研究光谱曲线分形特征在高光谱遥感数据处理中的意义．     

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,提出凸面几何理论和部分非负矩阵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的纯像元端元,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.