基于马尔可夫随机场的模糊c-均值遥感影像分类

针对模糊c-均值聚类方法对初始值敏感,且在聚类时忽略空间相关信息的不足提出一种基于马尔可夫随机场的模糊c-均值聚类方法,该方法用马尔可夫随机场来描述像元的空间相关性,形成顾及空间相关的模糊c-均值分类方法。初始值依据第一主成分的密度函数确定,既克服对初始值的依赖性,又在聚类的时候考虑空间相关信息。通过实例数据验证,所提出的方法分类精度优于传统的模糊c-均值模型。     

条件随机场模型约束下的遥感影像模糊C-均值聚类算法

遥感影像具有丰富的空间相关信息,而传统的基于像元光谱的聚类算法并不能将空间信息融入聚类,聚类结果往往不好。针对这一问题,本文提出了一种条件随机场模型约束下的模糊C-均值聚类算法,通过邻域像元的分类先验信息对中心像元的类别进行约束从而提取空间相关信息,基于二阶条件随机场将光谱信息和空间相关信息同时融入聚类,并使用环形置信度迭代算法得到像元分类后验概率的全局最优推测。试验证明,本文算法能够有效地保持地物的形状特征,分类精度相比传统算法有所提高。     

利用改进的FCM方法分割高分辨率遥感影像

传统的模糊C均值聚类算法进行图像分割时只考虑了图像的灰度特征,而忽略了图像中丰富的空间邻域信息,从而导致该算法对噪声很敏感,并得到错误的分割结果。提出两种利用空间信息改进的模糊C均值聚类算法分割高分辨率遥感影像,并通过大量试验验证其有效性,该算法可减少错误分类像素的数目,降低噪声的影响,提高分割结果的精度。     

一种利用像素邻域信息的模糊聚类图像分割算法

本文提出一种结合空间信息的模糊C均值聚类图像分割算法。该方法是利用每个像素的邻域像素的隶属度来修正FCM算法的隶属度函数,从而引入图像的空间信息,对隶属函数做了改进;依据平方误差和最小准则,从而确定模糊分类矩阵及聚类中心;并依据最大隶属度原则,划分图像像素的类别归属。实验结果表明,该方法能快速有效地分割图像,并且具有较强的抗噪能力。     

一种改进的变权重MRF遥感图像变化检测方法

基于马尔科夫随机场(Markov Random Field,MRF)模型下的遥感图像变化检测因固定组合能量函数导致的边缘分割模糊问题,提出了一种改进的变权重MRF遥感图像变化检测方法。该方法首先通过模糊C均值(Fuzzy C-means,FCM)算法对差值图像进行聚类分割,并依此分割结果作为变权重MRF的初始分割条件进行最终的分割;最后对分割结果进行掩膜处理,得到最终的变化检测结果。采用真实遥感影像进行对比实验,结果表明所提方法变化检测精度更高,边缘检测更加平滑,区域一致性更好。     

一种新的融合空间信息的半监督变化监测方法

基于改进的半监督FCM算法和马尔科夫随机场,提出了一种新的融合空间信息的半监督变化监测方法。首先将两幅遥感图像相减得到差值图像,并通过第4波段的差值给出了一种新的样本标记方法;然后,通过标记样本对差值图像利用半监督FCM算法进行聚类;最后,为了提高监测精度和去除聚类噪音点,利用像元点之间的空间邻接关系和马尔科夫随机场,通过更新后的隶属度矩阵得到了监测结果。为了验证本文方法的有效性,选取了两组TM遥感图像,监测了森林的变化。试验结果表明,改进的半监督FCM算法可以减少监测的漏检率,马尔科夫随机场方法可以很好地去除聚类过程中形成的噪声点,减少监测的虚检率。     

基于纹理特征融合与核模糊聚类的道路提取

根据高分辨率遥感影像中道路方向上的纹理一致性,提出了一种基于纹理特征融合与核模糊C均值聚类的高分辨率遥感影像道路提取新算法。该算法改进了角度纹理特征的计算方式,首先与Gabor纹理特征进行融合;再利用结合空间信息的核模糊C均值聚类算法对融合特征进行聚类,从而提取高分辨率遥感影像中的道路。实验结果表明,该算法可较高精度地从高分辨率遥感影像中提取具有一定纹理的道路。     

基于MRF随机场和广义混合模型的遥感图像分级聚类

有限混合模型FM的分级聚类已广泛应用于不同领域,然而,它的计算复杂度与观测数据的平方成正比,因此,在海量数据方面的应用就受到了限制。另一方面,多光谱图像数据中同时包含有空间和光谱两类信息,但大多数基于像素的多光谱图像聚类方法,仅使用了其频谱信息而忽视了空间信息。本文提出了一种新的基于广义有限混合模型GFM的分级聚类方法,该算法把MRF随机场和GFM模型结合在一起,分类数可以通过PLIC准则自动确定。算法在执行过程中,采用K均值聚类方式获得过分类图像,分级聚类从过分类图像开始,代替原来从单点类开始的方式,这样可以方便获取GFM模型成分密度的初始参数。最后,采用由Gibbs采样器生成的仿真测试图对算法的精度进行了定量评价,通过与K均值聚类和FM聚类的比较说明了本文算法的优越性,同时用荷兰Flevoland农业地区的极化SAR图像验证了本文算法的有效性。     

基于变分法与Markov随机场模糊局部信息聚类法的SAR影像变化检测

为了提高合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)影像变化检测的精度,提出一种基于变分法与马尔可夫随机场模糊局部信息聚类(Markov random field fuzzy local information C-means clustering,MRFFLICM)的SAR影像变化检测方法。首先融合对数比影像和对数均值比影像来构建差异影像;然后采用变分去噪模型去除差异影像的噪声;最后利用马尔可夫随机场将空间邻域信息引入到模糊局部信息C均值聚类算法中,提高聚类的性能。对两组不同时相真实SAR影像数据进行对比实验,结果表明,提出的变分去噪方法能够避免去除微小变化区域,有效抑制SAR影像的斑点噪声,同时MRFFLICM方法可以有效提高变化检测的精度,提升了变化检测方法的适应性。     

综合聚类和上下文特征的高光谱影像分类

常规高光谱影像逐像素分类往往没有考虑空间相关性,分类结果未体现地物的空间关联和分布特征。为了在分类中充分利用空间特征,利用聚类信息并结合隐马尔可夫随机场模型讨论了高光谱遥感影像光谱-空间分类方法。首先,在不同特征提取方法（最小噪声分离、独立成分分析和主成分分析）下,使用不同聚类方法（k-均值、迭代自组织分析算法和模糊c-均值算法）借助隐马尔可夫随机场获取优化的分割图;然后,采用4连通区域标记法对分割区域标记生成图像对象,并根据支持向量机的逐像素分类结果采用多数投票法对图像对象进行分类;最后,借助凹槽窗口邻域滤波技术改进分类结果,削弱“椒盐”现象。该方法综合了监督分类和非监督分类的优势,通过聚类引入地物空间相关性信息,通过隐马尔可夫随机场引入上下文特征,较好地弥补了单纯基于光谱信息分类的不足。     

复杂环境下高分二号遥感影像的城市地表水体提取

水体指数可以抑制背景噪声和提高地表水体的可分性,已经广泛用于地表水体提取。传统FCM聚类算法考虑了地物的不确定性,但没有顾及地物的邻域空间信息,对背景异质性比较敏感。针对传统FCM聚类算法的不足,提出一种可变邻域的区域FCM聚类算法。由于复杂环境下高分二号(GF-2)遥感影像的城市地表水体具有复杂异质背景和不确定性的特点,本文利用水体指数和区域FCM聚类算法的优点,提出一种整合水体指数和区域FCM的城市地表水体自动提取算法,该算法主要步骤包括:(1)去除影像阴影后计算归一化差分水体指数NDWI(Normalized Difference Water Index);(2)区域FCM聚类算法;(3)整合水体指数和区域FCM聚类的城市地表水体自动提取算法。最后采用两景GF-2高分辨率遥感影像(广州和武汉)进行实验,验证了该算法的有效性,并与经典地表水体提取算法进行对比分析。实验结果表明:该算法具有较高的水体提取精度,城市地表水体边界既具有较好的区域完整性又保持了局部细节,同时对城市地表水体复杂背景噪声具有较好的抑制作用,有效减少传统FCM聚类算法的"胡椒盐"现象。     

基于空间加权距离的自适应Fuzzy C-Means算法研究

空间聚类不仅应考虑GIS对象属性特征的相似性,还应考虑对象的空间邻近性。不同属性、位置特征在聚类中起到的作用不同。采用信息熵方法计算空间距离中各属性距离、位置距离的权重,权值大小用于度量相应特征在fuzzy c-means隶属度计算时的作用大小,并引入相似性指标,当两个聚类之间的相似度高于某个合并阈值时,则对应的一对聚类进行合并,从而克服需预先设置聚类类数的问题。通过应用实例的聚类有效性分析,与普通空间距离相比,基于空间加权距离的FCM算法具有稳定性和有效性。     

基于超像素分割与CRF的高分辨率遥感影像变化检测

针对目前高分辨率遥感影像变化检测算法对于光谱变化过敏感问题,本文提出了一种基于超像素分割与条件随机场（CRF）的遥感影像变化检测算法。首先采用空间约束的t混合模型驱动的分割模型,获得同质性超像素块,实现良好的边界附着性和亮度均匀性。然后计算分割得到的双时相影像块之间的特征差异性,获取变化幅度图像。最后利用模糊聚类算法（FCM）对变化幅度图像进行聚类,得到隶属度图像作为CRF一阶势,并利用光谱-空间相似度约束的函数构建CRF二阶势。试验结果表明,与现有方法相比,该方法检测精度可提高5%,错检率和漏检率可降低3%,能较好地应对输入图像的光谱变化,并保持变化检测结果的边缘细节。     

基于NDWI与改进型FCM相结合的高分一号影像水域信息提取方法研究

鉴于采用传统方法在提取高分辨率影像水域信息存在不足,本文以高分辨率国产卫星高分一号宽幅16 m空间分辨率多光谱影像为数据源,以浙江省钱塘江流域为研究区域,通过预先对影像进行NDWI处理,在此基础上利用改进FCM聚类算法实现了水域信息的自动提取,并与传统的NDWI和ISODATA分类方法提取结果进行比较。结果表明,该方法在分类效果和精度方面均优于传统分类方法,作为国产高分一号影像水域信息自动提取方法是可行的。     

滚圆法用于空间点聚类的研究

空间点聚类依据空间点实体属性对其进行分类划分,挖掘对研究应用有价值的信息。目前,空间点聚类大多数方法能够发现多边形簇,但不能发现线状簇。针对空间点聚类现有方法在发现线状簇方面的不足,借鉴滚球法的思想,提出滚圆法用于空间点聚类的研究算法（spatial point clustering using the rolling circle,SPCURC）。针对研究区域的点实体,该算法用给定半径的圆从初始点开始按照原则进行滚动,直至满足条件为止;连接滚圆接触的点,从而形成多边形簇或者线状簇。通过模拟算例和实际算例验证了该算法的可行性。     

基于多特征的SAR影像溢油暗斑提取

由于星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)溢油影像包含大量斑点噪声,仅依靠传统模糊聚类方法不能有效提取出其溢油区域。针对SAR图像存在的斑点噪声问题,本文提出了一种结合多特征与改进模糊C均值聚类(Fuzzy C-means,FCM)的溢油暗斑提取方法。该方法首先提取影像的多个特征,以便更加充分地反映影像信息;然后同时考虑像素与其邻域的强度和空间位置关系,以此来构造模糊加权因子,进而定义目标函数;最后通过迭代最小化目标函数,获得最佳溢油暗斑提取结果。文中对真实的SAR溢油影像进行了溢油暗斑提取实验,并分别与利用单一特征和加入邻域关系的模糊聚类方法得到的提取结果进行对比分析,实验结果证明了本文方法的有效性。