基于非负矩阵分解的多波段SPOT图像融合及其应用

SPOT遥感图像多光谱波段信息丰富,在土地覆盖、环境变化等诸多领域中得到广泛应用。图像融合近几年来成为学术界研究的热点,可以有效去除多光谱图像中的冗余,保留有用信息。对不同时段多光谱图像的融合进行地物变化检测,在灾害监测工作中具有重要的应用价值。文章利用基于非负矩阵分解的分时融合方法,对不同时段SPOT多波段图像进行融合,通过构造差值影像对变化区域进行检测。利用本文方法得到的图像可以清晰地表示出目标的变化区域,且正确率较高。结果表明,首先利用非负矩阵分解对不同时段图像进行融合,可以分别得到更为准确的融合图像,从而提高变化检测结果的精度。实验结果与传统方法进行了分析对比,证明了该方法的有效性。      

非负矩阵集分解

非负矩阵分解(Nonnegative Matrix Factorization,NMF)是一种新近被提出的方法,它以非线性的方式实现对非负多元数据的纯加性、局部化、线性和低维描述。NMF可使数据中的潜在结构、特征或模式变得清晰,因此它作为一种有效的特征提取手段已被成功应用在许多领域的研究中。但是,NMF 的处理对象本质上是向量,用NMF处理数据矩阵集时要先将被处理矩阵集中的矩阵逐一矢量化,这常使对应的学习问题成为典型的小样本问题,从而使NMF结果的描述力不强、推广性差。为克服这两个问题,并保留NMF的好的特性,该文提出了非负矩阵集分解(Nonnegative Matrix-Set Factorization,NMSF),不同于NMF处理数据矩阵的矢量化结果,NMSF直接处理数据矩阵本身。理论分析显示：处理数据矩阵集时,NMSF会比NMF描述力强、推广性好。为了说明NMSF如何实现,也为了能对NMSF的性能做实验验证,构造了NMSF实现方式之一的基于双线性型的NMSF(Bilinear Form-Based NMSF,BFBNMSF)算法。BFBNMSF和NMF的比较实验结果支持了理论分析的结论。需要指出,更佳的描述力和更好的推广性意味着NMSF比NMF更善于抓住数据矩阵的本质特征。     

基于非负矩阵分解和红外特征的图像融合方法

针对传统图像融合方法鲁棒性较差的缺点,提出了一种基于非负矩阵分解和红外特征的图像融合方法,实现源图像的目标区域和背景区域分别融合.首先将源图像作为原始数据进行非负矩阵分解得到特征基图像,特征基图像包含了源图像的整体特征;利用红外图像目标与背景灰度显著差异,通过区域生长方法从红外图像提取目标区域,将红外目标区域与特征基图像背景区域相融合得到融合图像.实验结果表明,该方法不仅简单易行,而且在保留了可见光的高空间分辨率和纹理细节信息同时,突出了红外图像对热目标敏感特点,提高了图像的可判读性.     

全变差稀疏约束深度非负矩阵分解高光谱遥感影像解混方法

传统非负矩阵分解方法仅基于单层线性模型,现有的深度非负矩阵分解模型忽略了地物光谱的实际混合物理过程,仅从数学理论考虑深度分解。对此,文中从光谱混合的物理过程出发,综合非负矩阵分解和深度学习,将光谱混合过程进行反向建模,并充分考虑丰度的稀疏性和空间平滑性,构建了用于高光谱遥感影像解混的面向端元矩阵的全变差稀疏约束深度非负矩阵分解模型。通过模拟实验和真实实验,将文中所提方法与5种解混方法进行对比。结果表明,相较于面向丰度的深度非负矩阵分解算法,文中所提方法的平均光谱角距离和均方根误差均有所降低,取得了最佳解混结果。     

不完全非负矩阵分解的加速算法

非负矩阵分解(NMF)已成为数据分析与处理的一种日益流行的方法.当数据矩阵不完全时,可用加权非负矩阵分解(WNMF)来分解矩阵.但是在WNMF算法中,对于给定的搜索方向,步长的选取一般来说不是最优的.本文研究了不完全非负矩阵分解(INMF)问题,提出了加速算法(AINMF).首先,将INMF问题转化为交替地求解两个非负...     

基于非负矩阵分解的高光谱遥感图像混合像元分解

传统非负矩阵分解算法的目标函数具有大量的局部极小,在进行高光谱图像的光谱解混时,受初始值的影响很大.为解决该问题,作者通过在目标函数中引入丰度分离性和平滑性的约束条件,提出一种基于有约束非负矩阵分解的混合像元分解方法.同时该算法能够满足混合像元分解问题所要求的丰度值非负以及和为一的约束.模拟和实际数据实验结果表明,所提...     

基于非负矩阵分解的多环芳烃成份识别

从重叠比较严重的混合物三维荧光光谱中恢复单一光谱信号,是光谱解析的难点。考虑到光谱内在的非负性,采用非负矩阵分解的投影梯度和交替最小二乘两种算法,并结合K均值初始化方法,来解析菲、芘、蒽3种芳烃混合物的三维荧光光谱数据,有效避免出现负数的分解结果,提取3种成份的三维荧光光谱,得到计算光谱与对应参考光谱的相似系数均大于0.970。计算结果表明,非负矩阵分解能够克服光谱重叠带来的干扰,有效提取光谱成份,从而实现对菲、芘、蒽的成份识别。其中,交替最小二乘的NMF算法更适合实时在线监测。     

非负矩阵分解算法综述

本文介绍了非负矩阵分解(Non-negative Matrix Factorization,NMF)的基本原理和性质,将现有NMF算法分为了基于基本NMF模型的算法和基于改进NMF模型的算法两大类,在此基础上较为系统地分析、总结和比较了它们的构造原则、应用特点以及存在的问题,最后预测和分析了未来NMF算法研究的可能方向.     

改进的非负矩阵分解语音增强算法

本文提出了一种改进的非负矩阵分解语音增强算法,该算法可分为训练和增强两部分。首先,为了降低训练复杂度,采用卷积非负矩阵分解只提取噪声字典。增强时,考虑语音信号稀疏性比噪声信号稀疏性强,通过稀疏非负矩阵分解重构出语音幅度谱,采用交替方向乘子法进行优化迭代,克服了经典乘性迭代易陷入局部最优、分母只能收敛到零极限等问题。最后,基于算法融合的思想,将重构的语音幅度谱与谱减法、最小均方误差幅度谱估计得到的幅度谱进行加权融合。仿真实验中,在10种不同噪声环境中,通过多种评价标准证明所提算法能取得较好的增强效果。      

基于变分的多尺度遥感图像融合算法

全色图像与多光谱图像融合时,忽略了上采样的重要性和通道间细节的差异性.针对前者,利用不同尺度下自相似块,估计出低分辨率图像丢失信息,从而修改了图像上采样的策略,并以此构造目标函数的保真项;针对后者,利用全色图像和光谱图像梯度域结构相似性,提出局部加权动态稀疏约束,构造目标函数的正则项.本文基于变分法理论,构造了新的目标函数,并提出了多尺度迭代融合框架,通过多次迭代逐步提高融合图像的分辨率,每一层的融合结果更加准确,从而提高最终的融合精度.本文算法与Brovey等成分替代算法、P+XS等变分算法、MTF_GLP等多分辨分析算法进行比较.实验结果表明,本算法的融合结果具有良好的视觉效果,且在客观评价指标上比所有对比算法的最优值平均值均有提高.     

基于稀疏性非负矩阵分解的偏振图像快速融合方法

针对基于非负矩阵分解(non-negative matrix factorization, NMF)的偏振图像融合方法效率低的不足,提出一种基于稀疏性NMF的偏振图像快速融合方法。首先,以偏振信息解析得到的各偏振参量图像构造原始数据集,其次,对NMF增加稀疏性约束,利用稀疏表示下的在线字典学习算法进行快速分解,然后对分解得到的三幅特征基图像按清晰度和方差进行排序,将排序后的特征基图像经直方图匹配及HSI颜色映射后,变换到RGB颜色空间,得到融合图像。与基于NMF的方法相比,运行时间提高约120倍,达到约1.5 s完成一次融合过程。实验结果验证了该方法在改善融合效果的同时,运行效率明显提高。     

基于引导滤波的遥感图像融合算法

针对目前遥感图像融合算法的不足,提出了一种基于引导滤波的遥感图像融合算法。该算法通过引导滤波器求取加权系数,对小波变换后的小波系数和近似系数进行加权融合,针对融合后得到的小波系数和近似系数应用小波反变换,最终得到融合图像。实验结果表明,文中提出的融合算法所得图像内容丰富、细节清晰、具有良好的实验效果。     

基于角点检测和NMF的图像Hash算法

为了有效地实现图像Hash函数在图像认证检索中的应用,提出了结合Harris角点检测和非负矩阵分解(NMF)的图像Hash算法,首先提取图像中的角点,对角点周围图像块信息进行非负矩阵分解得到表征图像局部特征的系数矩阵,进一步量化编码产生图像Hash。实验结果表明,得到的图像Hash对视觉可接受的操作如图像缩放、高斯低通滤波和JPEG压缩具有良好的稳健性,同时能区分出对图像大幅度扰动或修改的操作。     

基于CNN的QuickBird遥感影像融合研究

为了充分利用QuickBird多光谱影像的光谱信息和全色影像的高空间分辨率信息,提出了一种基于细胞神经网络（CNN）的QuickBird多光谱和全色遥感影像融合方法.实验结果表明,相对于传统的影像融合算法,提出的方法具有更好的性能.     

基于统计模型的遥感图像多分辨融合方法

本文针对多光谱图像的增强问题,提出了一种新的多分辨融合方法.将相关约束引入到统计融合模型中,从而充分增强了相关的空间信息,同时又有效抑制了光谱失真.真实的遥感图像实验结果表明了该文算法的有效性.     

基于支持向量值轮廓波变换的遥感影像融合

 本文研究基于支持向量值轮廓波变换的遥感影像融合.首先将支持向量值滤波器和方向滤波器组进行合理搭配,构造支持向量值轮廓波变换,该变换具有平移不变、泛化能力好、捕捉奇异性能强等特性.然后利用该变换对多源遥感影像进行多尺度、多方向、多分辨率分解,在不同的分解水平上利用基于区域能量和基于区域的轮廓波对比度方法进行融合.实验结果表明,利用该变换进行遥感影像融合时,能在不降低空间分辨率的情况下有效保留源影像的光谱信息.     

基于信息系数矩阵的多聚焦图像融合

提出了一个新的图像融合方法——基于信息系数矩阵的融合方法,首先对源图像进行离散小波框架变换,根据离散小波框架变换系数求取各图像中像素的清晰度指标,然后通过计算图像信息系数矩阵来决定在小波域当中如何选择一个像素值来完成最终的融合图像.仿真实验表明,该算法得到的融合图像具有良好的视觉效果和量化指标,体现出更强的融合性能.     

基于非下采样三通道不可分对称小波的多光谱图像融合

针对IHS变换融合方法不能保持好的光谱信息,张量积小波变换融合方法生成的融合结果图像空间分辨率偏低、且易产生方块效应等不足.提出了一种基于三通道不可分对称小波的多光谱图像融合方法.利用矩阵扩充的方法,给出了三通道不可分对称小波滤波器组的构造方法,用所构造的不可分小波滤波器组分别对多光谱图像的亮度分量和全色图像作非下采样...