基于光谱滤波器的混合像元分析

提出一种利用光谱滤波器进行遥感图像混合像元全约束分解的新算法。该算法利用端元光谱中与背景光谱正交的光谱成分构建光谱滤波器,滤除混合像元中的背景干扰成分,直接获取信号光谱的丰度。采用该光谱滤波器多次迭代分解,修正单个混合像元的端元光谱空间,获取其确切的端元光谱配置,保证了分解时各端元丰度的非负性,实现混合像元的全约束分解。多光谱数据仿真实验证明,与全约束最小二乘法(FCLS)和正交投影(OSP)分解法相比,该方法虽然在时间方面略逊一点,但其分解结果与实际结果的相关系数高,均方根误差小,具有很高的分解精度,在遥感定量分析方面具有重要的应用潜力。最后给出了该算法在真实的高光谱图像中进行混合像元分析的结果。     

一种顾及上下文的高光谱遥感图像端元提取方法

端元提取技术是混合像元分解中重要的步骤之一,传统的端元提取方法仅考虑了像元的光谱信息。本文将数学形态学算子扩展到高光谱空间,并应用到端元提取技术中,可以顾及像元的上下文信息。利用AVIRIS高光谱仿真数据对算法进行了实验验证,结果表明本文算法具有较强的抗噪能力和较高的可靠性。在此基础上,结合徐州地区的EO-1 Hyperion高光谱遥感图像,使用本文算法进行了端元提取应用研究,将实验结果与纯净像元指数、顶点成分分析方法做了对比分析和精度评价,证明本文算法是一种可靠的高光谱遥感图像端元提取技术。     

压缩感知和万有引力模型相结合的高光谱混合像元分解

高光谱影像虽然具有较高的光谱分辨率,但因其空间分辨率低而普遍存在混合像元。混合像元分解是高光谱遥感应用的重要研究内容,包括端元提     

混合像元线性分解的精度估算

遥感图像中普遍存在着混合像元,对混合像元进行分解是遥感图像处理中的难点。混合像元线性分解技术是进行高光谱影像处理的常用方法。本文针对混合像元线性分解的基本原理与算法作了简要分析,并通过实验的方法估算了混合像元线性分解模型的精度。     

一种端元变化的神经网络混合像元分解方法

遥感图像中普遍存在着混合像元,对混合像元进行分解是遥感图像处理中的难点,在端元（Endm ember）个数不变的情况下,往往得到的分解结果精度不高。本文基于fuzzy ARTMAP神经网络,提出一种基于端元变化的神经网络混合像元分解模型。首先利用混合像元与纯净端元之间的光谱相似性,判断出混合像元包含的端元个数及类别,然后结合fuzzy ARTMAP神经网络进行分解。实验结果表明：本文提出的方法比传统的线性混合模型及fuzzy ARTMAP神经网络模型的精度要高,而且更加符合实际情况。     

高光谱遥感图像亚像元信息提取方法综述

高光谱遥感图像光谱分辨率高、波谱连续、图谱合一,这为精细地物分类、探测和识别提供了数据基础。然而,由于高光谱遥感图像空间分辨率的局限性及地物场景的复杂分布,混合像元普遍存在于高光谱遥感图像。混合像元是高光谱遥感图像精细信息提取与分析中的难点。解决混合像元问题,实现亚像元级信息的提取与分析是近年来高光谱遥感图像解译的热点和前沿。本文系统梳理了高光谱遥感图像亚像元信息提取的主要研究内容,具体从混合像元分解、亚像元制图及亚像元目标探测3个研究方向综述了经典方法,并对国内外相关方向的研究进展、发展前沿及主要挑战进行了分析与评价,最后分析讨论了高光谱遥感图像亚像元信息提取研究在模型构建、优化求解及与应用结合等方面的研究趋势及方向。     

高光谱端元自动提取的迭代分解方法

混合像元线性分解技术是进行高光谱影像处理的常用方法,应用这种方法的一个主要问题是难以有效、自动地确定影像的端元光谱。利用非监督的方法快速自动提取高光谱遥感图像的端元光谱是解决这个问题的主要技术手段。根据迭代误差分析思路,通过对线性混合像元模型分解的误差传播分析后,得到了端元选择的约束条件。结合端元存在的空间信息,自动提取出端元光谱并进行了混合像元分解。利用不同地区、不同传感器的高光谱数据实例测试了该文的方法,分析和讨论了选择迭代初始值与参数阈值的敏感性问题。研究结果表明此方法可以自动提取端元光谱,并且精度较高。     

基于光谱多尺度分割特征的高光谱混合像元分解

提高混合像元线性分解精度的一个关键点在于改善端元光谱矩阵的构成。本文提出一种基于光谱多尺度分割特征的混合像元分解方法。首先在分割段内离差平方和最小准则下,对高光谱影像的光谱进行多尺度分割,并以各分割段中对应像元的光谱平均值为光谱特征,最后以限制性的最小二乘方法估计出混合像元的组分。模拟与真实数据的实验结果表明,本文方法能够较大的提高遥感影像混合像元的分解精度,并且优于光谱维小波特征的分解。     

线性混合模型的光谱解混算法综述

混合像元的存在不仅影响了基于高光谱图像的地物识别和分类精度,而且已经成为遥感科学向定量化发展的主要障碍。目前的混合像元分解算法大多采用线性混合模型,其关键步骤为端元提取。文中从线性混合模型的定义出发,总结了近年来提出的端元提取算法,并重点对SMACC、VCA、SGA等算法进行了深入的分析,最后总结了混合像元分解的发展趋势。     

一种自适应匹配子空间亚像元目标探测方法

为了克服基于线性混合模型的高光谱遥感影像亚像元目标探测方法的缺陷, 提出了一种基于全限制性线性分解的自适应匹配子空间探测方法。首先利用交叉相关光谱匹配技术求得各个像元所含端元类别信息, 然后根据端元类别信息和全限制性分解的结果构造自适应匹配子空间探测算子, 利用端元类别信息在探测中动态选择端元, 降低端元数目估计偏差对探测结果的影响, 提高探测器对目标与背景的可分性。实验证明, 该方法与其他基于线性混合模型的亚像元目标探测方法相比, 可以更好地克服端元数目估计偏差对探测结果的影响, 无论是端元个数低估还是     

高分辨率图像辅助提取高光谱图像端元

现有的端元提取算法大多是基于凸面单形体假设,对于非单一地物类型,利用这些端元进行丰度反演将会影响混合像元分解精度。本文提出一种利用高分辨率图像判断高光谱像元内是否为同一类型地物的方法。首先,利用图像分割程序对高分辨率图像进行分割,得到光谱均一的斑块矢量图,并叠加到高光谱图像上;然后,通过空间关系分析找出斑块内的高光谱像元,称其为准端元;最后,利用端元提取算法在这些准端元中进行端元提取。实验结果表明,该方法将端元提取结果的误差降低了20%左右。     

采用目标端元修正的高光谱混合像元盲分解

针对非负矩阵盲信号分离(NMF)用于混合像元分解易陷入局部极小值的不足,将非监督端元提取与盲分解方法相结合,构建了一种基于目标端元修正的混合像元盲分解模型(ATGP-NMF)。ATGP-NMF模型利用非监督正交子空间投影算法(ATGP)和非负最小二乘法(NNLS)获取NMF盲分离的初始值,然后将获得初始目标端元光谱与丰度输入NMF模型,通过迭代运算不断逼近优化目标而得到最终的端元光谱和端元丰度。为了检验模型对于各类数据的有效性和适用性,将ATGP-NMF与传统NMF分别应用于模拟仿真数据、室内控制数据和真实遥感影像3类实验数据进行分析验证。结果表明,ATGP-NMF模型具有较好的适用性,在没有先验信息、先验信息很少,以及纯像元假设不存在情况下都能较好地分解混合像元,且能够更好克服局部极小问题,提高混合像元分解的精度。     

Enhancing endmember selection in multiple endmember spectral mixture analysis (MESMA) for urban impervious surface area mapping using spectral angle and spectral distance parameters

Successful retrieval of urban impervious surface area is achieved with remote sensing data using the multiple endmember spectral mixture analysis (MESMA). MESMA is well suited for studying the urban impervious surface area because it allows the number and types of the endmembers to vary on a per-pixel basis, thereby, allowing the control of the large spectral variability. However, MESMA must calculate all potential endmember combinations of each pixel to determine the best-fit one. Therefore, it is a time-consuming and inefficient unmixing technology, especially for hyperspectral images because these images have more complicated endmember categories. Hence, in this paper, we design an improved MESMA (SASD-MESMA: spectral angle and spectral distance MESMA) to enhance the computational efficiency of conventional MESMA, and we validate this new method by analyzing the Hyperion image (Jan-2011) and the field-spectra data of Guangzhou (China). In SASD-MESMA, the parameters of spectral angle (SA) and spectral distance (SD) are used to evaluate the similarity degree between library spectra and image spectra in order to identify the most representative endmember combination for each pixel. Results demonstrate that the SA and SD parameters are useful to reduce misjudgment in selecting candidate endmembers and effective for determining the appropriate endmembers in one pixel. Meanwhile, this research indicates that the proposed SASD-MESMA performs very well in retrieving impervious surface area, forest, grass and soil distributions on the sub-pixel level (the overall root mean square error (RMSE) is 0.15 and the correlation coefficient of determination (R²) is 0.68).     

基于独立成分分析的高光谱变化检测

现有的变化检测方法并未充分研究变化前后高光谱遥感影像端元的联系,不能准确地分析地物变化信息。本文提出了一种基于独立成分分析的高光谱遥感影像变化检测方法,对差值影像进行基于偏斜度的独立成分分析,在不同组分图中分别显示单一地物的变化情况,进而提取变化信息。实验表明,该方法能够在获得较高检测率的同时维持较低的误检率,检测效果优于传统方法。     

Independent Base Vector Representation to Address Endmember Variability in Hyperspectral Unmixing

The normal compositional model (NCM) is a well-known and powerful model in hyperspectral unmixing which represents endmembers as independent Gaussian vectors to capture endmember variability. However, the assumption of independent endmembers diminishes the model accuracy because the high degree of correlation between endmembers of a scene and identical sources of variability demonstrate that the endmembers are dependent. This paper proposes a new hyperspectral unmixing algorithm which represents endmembers using dependent Gaussian vectors to estimate abundance fractions. To overcome the higher complexity caused by dependence assumption, this algorithm introduces new independent Gaussian vectors named Base Vectors to represent different endmembers by a weighted linear combination. Also, the proposed unmixing algorithm uses maximum likelihood method to estimate weight coefficients of Base Vectors which are used to represent mixed pixel. Finally, abundance estimation can be done using the new representation for endmembers and mixed pixel. The proposed algorithm is evaluated and compared with other state-of-the-art unmixing algorithms using simulated and real hyperspectral images. Experimental results demonstrate that the proposed unmixing algorithm can unmix pixels composed of correlated endmembers in hyperspectral images in the presence of spectral variability more accurately than previous methods.     

高光谱遥感图像的空间邻域指数

通过高光谱遥感图像空间邻域内光谱特征的变化,研究了邻域光谱度量指数;根据邻域内端元光谱特征的变化,提出了邻域独立端元指数提取图像的空间维细节信息。通过真实高光谱遥感图像检验,两类邻域指数能够较好地提取高光谱遥感图像中的细节,为进一步结合空间维、光谱维特征的高精度目标探测与识别创造了有利条件。     

空谱协同多尺度顶点成分分析的高光谱影像端元提取EI北大核心CSCD

针对顶点成分分析方法无法实现复杂地表环境下的高光谱影像端元精确提取问题,提出了一种基于空谱协同多尺度顶点成分分析的端元提取方法,通过影像空谱特征融合和聚类分割,对不同分辨率空间尺度下的分割影像进行端元协同提取,并考虑噪声对影像端元提取精度的影响,提升端元提取的精度。首先,对影像进行预处理,采用低秩矩阵分解去除噪声。其次,对高光谱影像进行空谱多特征提取,利用多特征融合和K-means算法进行聚类分割,获取地物分布的空间异质性信息,提升后续端元提取的精度。然后,对高分辨率影像空间降采样,利用顶点成分分析方法对降采样后的低分辨率分割图像进行端元提取,并利用坐标映射寻找高分辨率影像中的相应端元,利用光谱角来判定是否为纯端元。最后,遍历上述方法至所有分割影像以获取最终的端元集合。使用模拟数据和真实的高分五号高光谱数据对提出的方法进行实验验证。实验结果表明,空谱协同多尺度顶点成分分析方法可提取高精度的纯净端元,且计算效率较高。     

FAN模型的双种群差分进化光谱解混算法

双线性混合模型是近年来非线性光谱解混的研究重点之一,其克服了线性混合模型无法描述地物多重散射作用的缺陷,能够更精确地还原真实的地物光谱混合过程。然而,限于模型的复杂性,目前在缺乏准确的端元先验知识的条件下进行双线性光谱解混仍是一项具有挑战性的任务。差分进化算法(DE)是一种具有良好全局搜索能力的群智能优化算法,其优化求解过程无需进行复杂的数学推导,为双线性光谱解混问题提供了一种有效的解决途径。为此,本文以FAN双线性混合模型为例,提出了一种双种群机制的差分进化算法(记为DEFAN),实现非监督双线性光谱解混。DE-FAN算法通过建立端元与丰度两个种群的交替进化机制寻找最优解,同时在迭代中引入自适应重构策略增强种群多样性,降低算法陷入局部最优解的风险,最终实现端元与丰度的同时估计。通过模拟图像及真实图像的解混实验进行算法检验,证明DE-FAN算法较之传统非线性解混算法具有更高的解混精度及解混效率。     

高分五号高光谱图像自编码网络非线性解混

针对高光谱非线性混合模型中的共线性问题,提出了一种非监督的增强型非线性自编码网络方法 ENAE(Enhanced Nonlinear Autoencoder)。通过结合自编码网络在挖掘数据内在结构、提取特征方面的优势,引入端元正则项减弱端元间的共线性效应,从而提高高光谱混合像元分解精度。ENAE方法的实现步骤主要包括两部分:一是网络结构初始化,二是非线性分解。网络结构初始化是确定编码器的节点数以及端元和丰度的初值;非线性分解则主要是实现损失函数的最小化。通过模拟数据、城市区域真实数据和高分五号卫星高光谱数据的实验,得到了相较于传统非线性分解方法更高的精度,证明了ENAE方法的鲁棒性。     

归一化地物子空间投影下的光谱解混方法

针对线性光谱解混方法,全约束条件下的最小二乘准则和正交子空间投影(OSP),因缺乏物理约束条件使得组分丰度估值容易出现负值这一问题,该文在线性光谱混合分析模型中增加光谱组分丰度"和为1"且为"非负"的约束条件,提出了归一化地物子空间投影下(NMSP)的光谱解混方法。该方法假定一条基准端元已知以消除组分之间的相关性,再基于基准端元对端元矩阵和影像矩阵进行平移,进一步消除像元在端元方向投影时原点引起的错误。实验结果表明,与约束条件下的OSP分类器以及最小二乘法相比,NMSP在光谱解混中可以得到更加合理的地物组分丰度且能保持端元丰度"非负"和稀疏的物理特性。