基于最小体积约束的非负矩阵分解模型的高光谱解混算法探究

高光谱遥感图像中,遥感影像的分类精度和地物识别会因混合像元的存在而受到影响,从而限制了遥感科学向定量化发展.基于最小体积约束的非负矩阵分解方法,不仅不需要假定纯像元的存在,而且在自动提取端元的同时获取对应的丰度图,这种非监督的光谱解混技术克服了传统方法的限制条件,为高光谱图像中混合像元问题的解决提供了新的思路和方法.     

一种波段降维的VCA高光谱端元提取算法研究

高光谱图像解混过程一般包括三个方面,即波段降维、端元提取和光谱反演。这其中,高光谱图像端元提取算法研究是一个核心问题。VCA(Vertex Component Analysis,顶点成分分析)算法是一个经典的基于凸面几何学的端元提取方法。通过研究,对原始的VCA算法进行改进,首先计算出波段间的相关系数,然后将相关系数相同的波段保留一个其他去除,最后通过剩余的波段再利用VCA算法进行端元提取。仿真结果表明,该方法可以有效提取出图像中含有的端元成分,提高了计算效率。     

基于端元提取的高光谱图像亚像元目标异常检测算法

针对高光谱图像异常检测因为背景复杂、存在亚像元目标而导致检测效果下降的问题,提出了一种新的检测方法。该方法首先对高光谱数据使用主成分分析法进行背景抑制,然后使用正交子空间投影方法进行端元提取,再使用光谱角度匹配技术进行异常检测。最后与其他两种检测方法比较,具有更好的检测效果,证明该方法的有效性。     

简析高光谱图像解混技术及算法

混合像元的存在影响了高光谱图像应用精度的提高,对解决问题的研究已经成为高光谱图像研究领域的一个热点。首先,对混合像元产生的原因进行了分析;然后,对高光谱图像解混涉及的线性混合模型、端元提取和混合像元分解等三个方面的内容进行了详细论述,对现有的各类端元提取算法和混合像元分解算法进行了分析和对比,比较了各算法的优缺点;最后,对高光谱图像解混技术和算法的发展进行了展望。     

基于POCS的高光谱图像超分辨率方法

高光谱图像得到了越来越广泛的应用,但较低的空间分辨率严重地影响着它的应用效果,其超分辨率方法受到学术界的高度重视,但一直没有得到很好的解决.为此,建立低分辨率资源图像与高分辨率目标图像之间的关系模型;引入关联感兴趣光谱端元的算子进行空间变换;应用凸集投影(POCS)算法实现超分辨率复原.实验表明,该超分辨率方法具有超分辨率效果好、复杂度低、抗噪声性能强和保护感兴趣类别等优点.     

基于零空间最大距离的高光谱图像端元提取算法

端元提取是高光谱图像分析中的一项重要而具有挑战性的任务,它是解决高光谱图像混合像元分解最关键的步骤.文中给出了基于零空间的距离计算方法,在此基础上提出了零空间最大距离算法快速地提取端元.利用零空间与端元所张子空间之间正交补的关系,在数学上严格证明了当数据完全符合单形体条件时,算法能够准确地提取所有的端元,为基于最大距离的端元提取提供了重要的理论依据.算法通过了真实高光谱图像的检验,实验结果表明,零空间最大距离算法具有较好的端元提取效果.     

一种基于端元投影向量的高光谱图像地物提取算法

利用高光谱图像在波段空间中呈现凸面单体这一几何特性,提出了一种用于提取地物的端元投影向量生成算法,端元投影向量的生成以下面事实为依据:在高维波段空间中,每一个端元都游离于其他所有的端元构成的超平面之外,且是距离超平面最远的点.利用在Cuprite获取的AVIRIS数据对端元投影向量生成算法进行了验证,实验结果表明该算法可以有效地用于地物提取.     

高光谱图像植被类型的CART决策树分类

为提高植被分类的精度, 在利用高光谱图像提取植被信息时需要考虑训练样本和地形等其他因素的影响。以长白山为研究背景, 基于CART（Classification And Regression Tree）算法构建决策树模型, 对高光谱图像进行植被分类。由于混合像元的影响, 以采用PPI（Pixel Purity Index）提取的纯净像元作为训练样本, 提取植被指数、 纹理和地形等分类特征变量。基于这些变量构建CART决策树对植被分类, 并将结果与最大似然法分类结果进行比较。结果表明, CART决策树分类法可实现光谱、 纹理和地形特征的有效组合, 有较好的分类效果。     

高光谱图像纯像元指数计算的FPGA实现

针对高光谱图像含有上百个谱段数据、计算纯像元指数运算量大的问题,提出了一种现场可编程门阵列(FPGA)实现结构,该结构采用投影向量并行的矩阵运算策略,以减少接口的数据读取;在投影计算方面,提出了一种谱段并行的内积运算电路,以提高计算并行度,同时采用简化的投影向量以避免硬件中难以实现的浮点乘法运算.实验结果表明:对含有224谱段、分辨率为350×350的AVIRIS Cuprite高光谱图像,该结构在端元提取准确性方面优于ENVI软件和其他已有结构,对应的FPGA实现方案可以在10s内完成纯像元指数计算,满足星载/机载现场实时处理的要求.     

高光谱数据组分信息的盲分解方法

将基于独立成分分析(independent component analysis,ICA)技术的盲分解方法(blind signal separation,BSS)应用于遥感混合像元的定量分解,解决了幅度不确定性问题,实现了从高光谱数据中同时得到定量的组分光谱信息和组分权重信息。通过数值模拟实验提出了光谱反演区间的选择方法,进一步完善了该算法,且讨论了算法的稳健性。以陕西省横山县为试验区,从HYPERION高光谱影像中反演了各像元的植被覆盖度,并利用SPOT5影像进行了精度验证,结果表明该方法具有较高的精度。     

基于背景抑制及顶点成分分析的高光谱异常小目标检测

高光谱图像异常小目标检测数据量大、信息提取困难.文中提出了一种不需要先验信息并且计算复杂度较低的快速检测算法——基于背景抑制及顶点成分分析（EVCA）的异常小目标检测.利用高光谱图像端元是单形体顶点这一特性,在抑制背景后的图像上提取目标端元,并结合光谱匹配技术完成目标检测.为了验证新方法的有效性,与不经过背景抑制的VCA算法及传统检测算法进行了比较.实验结果表明,该算法不需要先验信息,体现了较好的检测效果.     

基于优化ICA算法的高光谱矿物识别

混合像元是影响岩矿高光谱由定性解译向定量反演发展的关键因素之一.以往分离岩矿高光谱混合像元,需要先获得参与混合的端元数量及端元光谱,这在许多场合是难以做到的.独立成分分析可以在端元光谱、混合矩阵未知且没有任何先验知识的情况下,有效分离岩矿高光谱混合像元,只要端元光谱是非高斯性信号且满足统计独立性.它实现了矿物识别,并为矿物丰度反演及成分识别打下了基础.通过引入调整因子,改善独立成分分析(Independent Component Analysis,ICA)算法的收敛性.当参与混合的端元光谱相似度较高或者端元光谱的非高斯性较低时,岩矿高光谱混合像元的分离精度将受到影响.     

结合FDA与NMF的高光谱数据解混方法

高光谱图像解混是遥感图像处理的重要技术之一．利用非负矩阵分解（NMF）进行高光谱图像解混是近年来发展起来的一种方法．这种解混方法假设光谱具有稳定的光谱特性;但实际上光谱经常是多变的,这个现象影响着解混的精度．为了减小这一影响,首先利用Fisher判别分析（FDA）对高光谱数据进行线性变换,而后利用变换后的高光谱数据提出了一种FDA与NMF相结合的高光谱数据解混方法．实验表明新方法能够有效地提高解混精度与效率．     

基于子空间距离的高光谱图像光谱解混算法

高光谱图像中的混合像元由固定的端元按照一定的比例含量（丰度）线性混合而成,在像元中分解出端元以及各端元的丰度是高光谱图像分析中具有挑战性的任务,这一过程称为光谱解混．高光谱图像的一个重要几何特征是在高维特征空间中体现为单形体．在三角形中,平行线分线段等比定理揭示了计算丰度最基本的几何关系一距离比,文中把它推广到高维空间中的单形体情况,在此基础上提出了基于子空间距离比的光谱解混算法,该算法能快速、有效地获得丰度．     

高光谱数据组分信息的盲分解方法

将基于独立成分分析（independent component analysis,ICA）技术的盲分解方法（blindsignalseparation,BSS）应用于遥感混合像元的定量分解,解决了幅度不确定性问题,实现了从高光谱数据中同时得到定量的组分光谱信息和组分权重信息。通过数值模拟实验提出了光谱反演区间的选择方法,进一步完善了该算法,且讨论了算法的稳健性。以陕西省横山县为试验区,从HYPERION高光谱影像中反演了各像元的植被覆盖度,并利用SPOT5影像进行了精度验证,结果表明该方法具有较高的精度。     

基于加权仿射变换算法的高光谱数据降维

提出一种基于噪声白化和端元提取的加权仿射变换算法用于高光谱图像数据降维,相比较于基于端元提取的仿射变换算法,通过该算法降维后数据的信噪比更高,同时对原始信息的保存量更大,波段之间的相关性更低,从而表明了该算法的有效性.     

基于受限的非负矩阵分解的多光谱和全色遥感影像融合

为了有效去除遥感影像中数据冗余问题,提出了一种基于受限的非负矩阵分解的影像融合算法,利用矩阵的非负性实现了中巴卫星多光谱影像和Landsat ETM 高分辨率全色影像的融合.实验结果表明,与IHS变换,小波变换等传统融合方法比较,该方法在较好的保留光谱信息的同时,空间细节信息也得到了增强,同时具有较高的峰值信噪比.     

散射项约束非负矩阵分解的高光谱图像解混

针对传统的约束非负矩阵分解方法对于解混的物理特性考虑较少,提出一种高光谱图像的解混方法:散射项约束非负矩阵分解(scattering-term constrained nonnegative matrix factorization,STC-NMF).与大多数约束非负矩阵分解算法将约束建立在数据的数学特性之上不同,ST...     

基于二代Bandelet和主成分变换的高光谱遥感图像融合

针对高光谱遥感图像具有波段多、波段间冗余大的特点,提出一种基于二代Bandelet和主成分(principal components analysis,PCA)变换的高光谱遥感图像融合的方法,利用二代Bandelet变换进行图像的多尺度几何分析,得到每个波段图像的Bandelet系数和几何流,对多个波段Bandelet...     

一种基于高维空间凸面单形体体积的高光谱图像解混算法

基于三角形中一个简单的含量与体积比的关系:三角形ABC内的任何一点P与三角形任意两个顶点(比如B,C)构成的面积PBC与整个三角形ABC的面积之比即为另一个顶点A在P中的含量.将其推广并且严格证明了上述规律对于高维空间中凸面单形体仍然成立.基于上述结论,对在Cuprite获取的AVIRIS数据进行了光谱解混的实验验证,取得了良好的实验效果.