基于独立分量分析的遥感影像非监督分类方法

利用独立分量分析的方法，从图像信号分离的角度出发，将每个波段像元的光谱特征看成是由相互独立的不同地物类型光谱信号混合而成。通过ETM^-遥感影像数据的分类试验，验证了该方法应用于多光谱遥感影像非监督分类的有效性。     

傅里叶谱纹理和光谱信息结合的高分辨率遥感影像地表覆盖分类

以高空间分辨率遥感影像为研究对象,将纹理特征与影像的光谱特征结合起来,用于地表覆盖类型分类。设计了一种基于傅里叶谱纹理的分类策略,对主成分分析后的第1、2主分量特征影像,利用径向谱（r-spectrum）提取纹理特征,并将纹理与光谱特征结合起来,构建了不同的分类特征用于支持向量机分类模型。以Salinas数据集和QuickBird影像为例,验证该算法。结果表明,纹理与光谱信息的结合可以明显提高高分辨率遥感影像的分类精度;由傅里叶径向谱提取的纹理特征可以很好的应用到高分辨率遥感影像的分类问题中,分类精度高于基于傅里叶总能量谱和灰度共生矩阵的分类精度;利用该算法对PCA变换后的第1和第2分量提取的纹理特征具有一定的互补性,并且结合多特征图像的纹理特征提取优于单特征图像的纹理特征提取。     

多层级二值模式的高光谱影像空-谱分类

利用高光谱遥感影像的空间纹理特征，可以提高高光谱遥感影像的分类精度。提出了一种多层级二值模式的高光谱影像空-谱联合分类方法。该方法将高光谱影像转化为局部二值模式特征图像获取像元微观特征，基于特征图像生成多层级特征向量获取像元宏观特征。为验证该方法的有效性，选取PaviaU、Salinas和Chikusei高光谱影像数据，利用核极限学习机分类器，分别针对光谱、局部二值模式、多层级二值模式等特征开展实验。结果表明，多层级二值模式空-谱分类总体精度分别达到97.31%、98.96%和97.85%，明显优于传统光谱、3Gabor空-谱等分类方法。该方法可为高光谱影像分类提供更加有效的类别判定特征，有助于提高影像分类精度并获取更加平滑的分类结果图。     

基于波段子集的独立分量分析的特征提取的高光谱遥感影像分类

针对高光谱影像数据具有波段众多、数据量较大的特点,本文提出了一种基于波段子集的独立分量分析(ICA)特征提取的高光谱遥感影像分类的新方法。以北京昌平小汤山地区的高光谱影像为例,根据高光谱遥感影像的相邻波段的相关性进行子空间划分,在各个波段子集上采用ICA算法进行特征提取,将各个子空间提取的特征合并组成特征向量,采用支持向量机(SVM)分类器进行分类。结果表明:该方法分类精度最佳(分类精度89.04%,Kappa系数0.8605,明显优于其它特征提取方法的SVM分类,有效地提高了高光谱数据的分类精度。     

一种基于纹理和光谱特征的高光谱影像信息向量机分类方法

针对高光谱影像中空间特征信息利用不足的问题,提出了一种基于纹理和光谱特征的高光谱影像信息向量机分类方法。该方法首先采用三维Gabor滤波器对高光谱影像数据立方体进行纹理特征提取,提取后的影像数据同时具有光谱和纹理特征,避免了传统纹理特征提取带来的高维特征和光谱不连续的问题;然后采用分类精度和效率都较高的信息向量机进行分类处理。通过AVIRIS高光谱影像实验,结果表明该方法不仅提高了影像的分类精度,而且还消除了分类结果图中的类别噪声现象。     

多特征组合与自动加权K-Means聚类算法的影像分类技术研究

为了提高遥感影像地物分类精度,提出了一种基于多特征组合与自动加权K-Means聚类算法的影像分类方法。首先提取影像的SIFT,GIST,颜色,Census和Gabor等多种类型特征,然后通过实验分析确定最佳特征组合。针对一般K-Means算法没有考虑各个特征值权重的问题,提出利用自动加权K-Means算法计算不同特征分量的权值,分别对SIFT,GIST和Gabor特征构建了基于权重的影像特征词汇表;然后利用稀疏编码算法进行影像编码;最后使用SVM算法完成影像分类。通过实验表明提出的方法能有效提高遥感影像分类准确性,并且具有较好的稳定性和鲁棒性。     

基于多尺度超像素的高光谱图像分类研究

随着遥感技术的快速发展,高光谱遥感影像的分类方法研究受到普遍关注。现有高光谱遥感影像分类研究采用单一尺度下的超像素方法进行图像分割处理,无法确定最佳超像素个数,较易忽视图像细节信息,且单一核矩阵无法表征多特征信息导致分类精度降低。因此,本研究拟在多尺度下采用超像素分割方法对高光谱影像的第一主成分分量进行多尺度超像素分割处理,通过权值耦合多尺度空间光谱核与原始空间光谱核形成合成核来进行高光谱影像分类,并以Washington DC Mall高光谱影像为实验数据对本文方法进行测试与分析。实验结果显示,相较于对比方法,这一方法的有效分类精度最高提升6.93个百分点。结果证明该方法可以有效解决图像光谱无法自适应、光谱信息获取不全面的问题,能够显著提升高光谱影像分类精度。     

联合纹理和光谱特征的高光谱影像多核分类方法

为充分利用高光谱影像“图谱合一”的特性,本文提出了一种联合纹理和光谱特征的高光谱影像多核学习分类方法。该方法首先利用Gabor滤波器组提取影像的纹理特征,再与原始光谱特征相结合形成新的特征数据,最后采用多核学习方法的MKSVM分类器进行分类。通过中科院上海技术物理研究所研制的PHI高光谱影像进行实验,实验结果表明该方法有效地消除了分类结果中同质区域内出现的“麻点”现象,同时提高了分类精度。     

高光谱影像的DAE分类

针对高光谱影像非线性分类问题,根据高光谱影像光谱分辨率高且光谱具有非线性的特点,结合深度学习理论,提出了一种采用降噪自动编码器(DAE)的高光谱影像分类方法。该方法结合降噪自动编码器与SOFTMAX分类器,构造深层网络分类模型;然后,利用加噪后的光谱数据,采用Dropout方法对分类模型进行预训练和微调;最后,利用训练得到的网络模型学习高光谱影像光谱的隐含特征,实现高光谱影像的分类。采用该方法对AVIRIS和PHI的高光谱影像分别进行分类对比实验,结果表明该方法能有效提高高光谱影像分类精度。     

面向高光谱影像分类的显著性特征提取方法

针对高光谱影像分类问题，提出了一种显著性特征提取方法。首先，利用超像素分割算法将高光谱影像3个相邻波段分割为若干个小区域。然后，基于分割得到的小区域计算反映不同区域的显著性特征。最后，沿着光谱方向采用大小为3、步长为1的滑窗法获得所有波段的显著性特征。进一步将提取的显著性特征与光谱特征进行结合，并将结合后的特征输入到支持向量机中进行分类。利用Pavia大学、Indian Pines和Salinas 3组高光谱影像数据进行分类试验。试验结果表明，与传统的空间特征提取方法和基于卷积神经网络的高光谱影像分类方法相比，提取的显著性特征能够获得更高的高光谱影像分类精度，且结合光谱特征能够进一步提高分类精度。     

空-谱信息与稀疏表示相结合的高光谱遥感影像分类

针对传统的高光谱遥感影像分类中多依赖光谱信息而忽视空间信息以及提取的特征维数高的问题,提出了一种空-谱信息与稀疏表示相结合的分类算法。首先,利用最小噪声分离对原始影像进行降维,在此基础上,对主成分图上局部影像块内的所有像素进行重组,并用排序的方法得到旋转不变的空-谱特征。然后,对空-谱特征进行监督学习得到字典,并将提取的测试样本的空-谱特征编码到字典中以得到测试样本的稀疏表示。最后,使用支持向量机分类器(SVM)对高光谱影像进行分类。3组高光谱数据试验表明,与传统的分类方法比较,本文方法能有效提高分类精度。     

高光谱遥感数据的DNA计算分类

提出了一种基于DNA计算的高光谱遥感数据光谱匹配分类新方法。该方法利用DNA编码提取各类地物光谱所携带的物理吸收与反射特征信息,将地物光谱特征转换为DNA编码空间特征,通过DNA计算基因操作寻找各类地物最典型的DNA信息链。在此基础上,利用DNA计算原理建立一系列模糊规则,对高光谱数据进行光谱匹配分类。通过与传统的光谱匹配算法(二值编码,光谱角,光谱差分特征编码)的分类结果进行比较,证明该算法分类精度优于传统高光谱数据的光谱匹配分类方法,具有实用价值。     

空间与谱间相关性分析的NMF高光谱解混

非负矩阵分解(NMF)技术是高光谱像元解混领域的研究热点。为了充分利用高光谱图像中丰富的空间与光谱相关性特征,改善基于NMF的高光谱解混算法性能,提出一种结合了空间与谱间相关性分析的NMF解混算法。算法针对NMF的通用性和局部极小问题,引入并结合高光谱图像两种典型的相关性特征,具体包括:基于马尔可夫随机场(MRF)模型,建立描述相邻像元空间相关特征的约束;通过复杂度映射技术,建立描述相邻波段谱间相关(光谱分段平滑)特征的约束;并将上述两种约束同时引入NMF解混目标函数中。实验结果表明,对于一般自然地物场景或人造地物场景,相对于分段平滑和稀疏约束的非负矩阵分解(PSNMFSC)、交互投影子梯度的非负矩阵分解(APSNMF)和最小体积约束的非负矩阵分解(MVCNMF)这3种代表性NMF解混参考算法,该算法可进一步提高高光谱解混精度;对于空间相关或谱间相关特征中某一种不显著的特殊场景,也具有更好的适应能力。通过将空间相关和谱间相关特征相结合,较全面地反映了高光谱数据与解混相关的重要特征,能够对绝大多数真实高光谱数据进行高精度解混,对高光谱解混及后续应用领域相关研究均具有参考价值。     

Column-generation kernel nonlocal joint collaborative representation for hyperspectral image classification

We propose a kernel nonlocal joint collaborative representation classification method based on column generation for hyperspectral imagery. The proposed approach first maps the original spectral space to a higher implicit kernel space by directly taking the similarity measures between spectral pixels as a feature, and then utilizes a nonlocal joint collaborative regression model for kernel signal reconstruction and the subsequent pixel classification. We also develop two kinds of specific radial basis function kernels for measuring the similarities. The experimental results indicate that the proposed algorithms obtain a competitive performance and outperform other state-of-the-art regression-based classifiers and the classical support vector machines classifier.     

基于多孔径映射的高光谱异常检测算法

针对高光谱遥感异常检测中复杂背景与异常目标之间光谱特征相关性导致背景模型难以准确估计的问题,提出了一种基于多孔径映射的高光谱遥感异常检测算法。首先,不同于背景建模提取背景特征的方法,多孔径映射从不同角度提取数据特征,通过构建基集合表征高光谱数据的光谱特性,获得用于衡量统计差异的异常显著性指标。其次,为了实现对具有适中及低异常显著性像素的精细分析,本文基于模糊逻辑理论构建隶属度函数获得关于像素异常显著性的连续性属性标记,并将隶属度值作为权重,通过加权迭代过程实现多孔径映射的自适应收敛。最后,借鉴模糊逻辑理论中的去模糊机制,对多孔径检测结果进行融合,获得最终的检测结果。本文仿真试验采用高光谱遥感数据,从稳健性及对低显著度目标敏感性方面对算法进行验证。     

高光谱亚像元定位的线特征探测法

未考虑地物亚像元级空间结构特征是影响高光谱亚像元定位精度的因素之一。为了有效解决这一问题,本文提出一种基于混合像元线特征探测的亚像元定位算法。首先,通过光谱解混确定含典型线状地物的混合像元。然后,基于完备直线集的最大线性指数方法确定其余含线特征的混合像元,使用模板匹配方法结合像元引力确定含线特征混合像元的亚像元类别。最后,基于线性优化的方法迭代确定剩余混合像元的亚像元类别。通过真实数据及仿真数据的试验,结果表明所提出的方法能有效提高亚像元定位精度。     

Multiple spectral similarity metrics for surface materials identification using hyperspectral data

Modern hyperspectral imaging and non-imaging spectroradiometer has the capability to acquire high-resolution spectral reflectance data required for surface materials identification and mapping. Spectral similarity metrics, due to their mathematical simplicity and insensitiveness to the number of reference labelled spectra, have been increasingly used for material mapping by labelling reflectance spectra in hyperspectral data labelling. For a particular hyperspectral data set, the accuracy of spectral labelling depends considerably upon the degree of unambiguous spectral matching achieved by the spectral similarity metric used. In this work, we propose a new methodology for quantifying spectral similarity for hyperspectral data labelling for surface materials identification. Developed adopting the multiple classifier system architecture, the proposed methodology unifies into a single framework the differential performances of eight different spectral similarity metrics for the quantification of spectral matching for surface materials. The proposed methodology has been implemented on two types of hyperspectral data viz. image (airborne hyperspectral images) and non-image (library spectra) for numerous surface materials identification. Further, the performance of the proposed methodology has been compared with the support vector machines (SVM) approach, and with all the base spectral similarity metrics. The results indicate that, for the hyperspectral images, the performance of the proposed methodology is comparable with that of the SVM. For the library spectra, the proposed methodology shows a consistently higher (increase of about 30% when compared to SVM) classification accuracy. The proposed methodology has the potential to serve as a general library search method for materials identification using hyperspectral data.     

基于光谱相似性的多光谱数据纹理编码算法研究

基于多光谱纹理“映射模式”概念，提出了基于光谱数据相似性的多光谱、高光谱数据的编码方法。利用光谱相似测度对不同类型的纹理进行编码，表征地物的全局纹理特征，将纹理提取的算法扩展到多维光谱图像分析中，提出了多尺度纹理组合算法。试验证明，该方法合理有效，可大大提高分类的准确性和精度。     

结合邻域SAC-NED测度的高光谱图像分类方法

提出了一种光谱相似性测度用于高光谱图像分类方法。通过将光谱向量进行归一化处理,将计算得到的欧氏距离与光谱角余弦的值域归化到相同区间,得到光谱角余弦与欧氏距离联合测度值(SAC-NED)。在对图像像元进行分类时,以距离加权的方式将邻域像元参与中心像元SAC-NED值的计算,将像元分到SAC-NED值最大的类别。通过与其他5种常用相似性测度方法的实验结果对比表明:该算法能够提升高光谱图像分类的准确性和稳定性。