光谱加权稀疏非负矩阵分解高光谱图像解混

非负矩阵分解(NMF)作为一种盲源分离的方法,在高光谱图像解混方面已得到广泛应用。然而由于NMF的目标函数具有非凸性,使得其极易陷入局部最小值,为了提高解混精度,通常会根据具体的问题加入一定的约束条件。受丰度矩阵体现出的稀疏性启发,基于稀疏约束的非负矩阵分解高光谱解混算法得到迅猛发展。然而目前该类方法存在对丰度系数稀疏性先验表征不充分导致算法稳定性差的问题。针对该问题,提出了一种基于光谱加权稀疏非负矩阵分解高光谱解混方法,该方法在非负矩阵分解解混模型中引入光谱加权因子刻画丰度系数的稀疏性,以促进所有像元之间的联合稀疏性。通过采用乘性迭代规则法求解该模型。模拟和真实的高光谱数据实验结果均表明本文提出的方法与现有同类算法相比在端元提取精度和丰度估计精度上都更为准确。     

基于L_0稀疏约束的近似NMF高光谱解混

非负矩阵分解(NMF)由于其非负性和分块表征能力,使得该算法大量的应用于机器学习和信号处理等相关领域。经典NMF与线性混合的高光谱模型比较一致,因此在高光谱解混中被广泛应用。因为传统的NMF模型对初值非常敏感,难以保证算法的收敛性。所以,通常对其加入各种稀疏性约束。本文就NMF的L_0约束提出了一种联合稀疏特性的近似NMF算法,它分别约束基础矩阵和系数矩阵,并将其与不受约束的NMF技术结合,诸如乘法更新规则或交替的非负最小二乘方案。最后采用真实仿真数据验证了该算法在光谱解混中相对其他算法所具有的优越性和有效性。     

基于光谱和空间特性的高光谱解混方法

为表征高光谱数据的光谱和空间特性,引入光谱的平滑性和地物空间分布的稀疏性约束,提出非负矩阵分解的改进算法,将其应用于高光谱解混.尺度可变的梯度下降算法保证了改进算法的收敛性.实验结果表明,改进后的非负矩阵分解算法能给出地物光谱,并精确估计其分布.     

基于随机NMF理论的高光谱端元抽取

高光谱端元抽取是光谱解混的一部分。非负矩阵分解(NMF)理论由于其能够很好的保持数据的非负特性,被广泛的应用于光谱解混。随着高光谱设备的提高,摄像机的光谱频带数也从几百个频带扩展到几千个频带。从而使光谱数据也越来越大。经典NMF理论是块处理法,数据越大,计算量也大幅增加。为了加快光谱解混速度,提出了基于随机L_(1/2)NMF理论的端元抽取方法,与经典NMF相比,该方法能够快速提升算法速度,并且能够保证很好的解混精度。最后,用真实仿真数据验证了随机NMF理论的有效性。     

体积约束的稀疏NMF高光谱解混

为了解决单纯非负矩阵分解计算繁复,收敛速度慢的问题,本文提出了一种基于自然梯度下降的体积最小及丰度稀疏约束的非负矩阵分解方法。该方法在目标函数中加入体积最小和丰度稀疏约束,可以对混合图像进行较好地分解;采用自然梯度下降的方法进行迭代,加快了算法收敛速度。实验结果表明:该方法能有效克服最小体积约束非负矩阵分解法速度慢且不稀疏的缺陷,相对于解混效果(SAD)相近的方法提速100倍,相对于解混时间相近的算法,此方法的解混精度提高0. 02°;此方法尤其适用于像元较多的高光谱图像。     

非凸稀疏低秩约束的高光谱解混方法

针对高光谱混合像元的丰度矩阵具有行稀疏特性,提出一种非凸稀疏低秩约束的高光谱解混方法．首先,建立高光谱图像非凸稀疏低秩约束模型,将丰度系数矩阵的非凸p范数作为稀疏约束,并将丰度系数矩阵奇异值的非凸p范数作为低秩约束;其次,构建联合低秩性先验与稀疏性先验的非凸极小化模型,并提出求解的增广拉格朗日交替极小化算法,将复合正则化问题分解成多个单一正则化问题,交替迭代求解．实验仿真结果表明,该算法比贪婪算法和凸优化算法能获得更高的解混精度,并且适用于信噪比较高的高光谱数据．     

利用约束非负矩阵分解的高光谱解混算法

由于利用非负矩阵分解方法解决高光谱解混问题时,标准非负矩阵分解目标函数的非凸性影响了最优解的获取.通过对高光谱图像的端元光谱和空间分布特性的分析,提出了以最小估计丰度协方差和单形体各顶点到中心点均方距离总和最小约束的非负矩阵分解(MCMDNMF)算法,其采用投影梯度作为非负矩阵分解的迭代学习规则.MCMDNMF既利用了非负矩阵分解的优点又考虑了高光谱图像的特性,也不需要混合像元中必须有纯像元.仿真实验表明,MCMD-NMF算法能正确地解混出高光谱混合像元中含有的端元光谱,并精确估计出丰度分布.     

基于L_1稀疏解混的水体变化检测

稀疏表示利用高光谱丰度矩阵的稀疏特性来获取更有价值的信息,使得稀疏正则化后的高光谱数据更加精确。以景德镇玉田湖水库为研究对象,通过Landsat8卫星获取的玉田湖水库不同时期的水体信息数据,利用了经典的L1稀疏解混的方法对卫星数据进行水域信息提取,然后对不同时期水域变化情况进行检测。检测结果验证算法有效性。     

非监督的高光谱混合像元非线性分解方法

在进行高光谱混合像元非线性分解应用中,提出一种非监督的高光谱混合像元非线性分解方法.通过核函数把原始高光谱数据映射到高维特征空间中,揭示数据之间的高阶性质.通过非线性映射,原始数据在高维特征空间中变得线性可分.在高维特征空间中运用线性的非负矩阵分解(NMF)算法进行光谱解混,挖掘出数据间更多的特征.解混结果以端元相关系数、光谱角距离、光谱信息散度和均方根误差作为质量评价指标.进行模拟数据仿真实验和真实高光谱遥感数据分解实验,结果表明,采用该算法得到的分解结果优于非负矩阵分解算法.     

基于光滑L_(1/2)正则化理论的地震数据重建

L_(1/2)正则化比L_1正则化有更稀疏的解,比L_0正则化更易求解.本文将L_(1/2)正则化引入到地震数据重建过程,提出了一种基于光滑L_(1/2)正则化的地震数据重建方法.首先建立L_(1/2)正则化地震数据重建模型,并利用光滑渐近函数逼近L_(1/2)正则项,克服了L_(1/2)正则化求解过程中的数值振荡问题;之后根据光滑L_(1/2)正则化理论改进了字典学习算法,提高了冗余字典的训练效率;最后利用训练的冗余字典和半阈值迭代算法对地震数据进行恢复重建.对具有232道、每道751个采样点的地震炮集数据应用结果表明,与基于L_1正则化的K-SVD重建方法相比,本方法重建结果的信噪比提高3.3 dB.在计算效率方面,本方法字典训练耗时仅为L_1正则化K-SVD的1/3,重建耗时仅为L_1正则化K-SVD一半的时间.