基于图像欧氏距离流形降维的端元提取算法

由于多重反射和散射,高光谱图像中的混合像元实际上是非线性光谱混合传统的端元提取算法是以线性光谱混合模型为基础,因此提取精度不高针对高光谱图像的非线性结构.本文提出了基于图像欧氏距离非线性降维的高光谱遥感图像端元提取方法该方法结合高光谱数据的物理特性,将图像欧氏距离引入局部切空间排列进行非线性降维以更好的去除高光谱数据集中冗余的空间信息和光谱维度信息,然后对降维后的数据利用寻找最大单形体体积的方法提取端元.真实高光谱数据实验表明,提出方法对高光谱图像端元提取具有良好的效果,性能优于线性降维的主成分分析算法和原始的局部切空间排列算法.     

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.     

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SURF和顾及维数的高光谱影像端元提取新算法

端元提取,丰度反演是高光谱遥感技术的重要内容,其中端元提取是关键的步骤。首次将特征提取算法speed-up robust features(SURF)引入到高光谱影像端元提取中。兼顾高光谱影像丰富的光谱信息改进了SURF算法,提出了在多维尺度空间内寻找极值点作为端元的高光谱影像端元提取新算法,即多维SURF(multi-dimensional speed-up robust features,MDSURF)算法;将其应用于美国EO—1卫星获取的云南中甸普朗地区的Hyperion高光谱影像,并成功提取了影像端元。为了进一步验证结果的可靠性,设计两组对比实验,分别利用N-FINDR和连续最大角凸锥(sequential maximum angle convex cone,SMACC)算法在同等条件下提取实验影像的端元,然后对三种方法的结果进行综合评价和分析,得出MD-SURF算法提取端元的观感效果较好、精度最高、质量最好。提出了一种新的高光谱影像端元提取算法,实验结果表明新方法具有精度高、鲁棒性好等特点,证明了基于新物理机理的MD-SURF算法是一种可行的高光谱端元提取算法。     

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.     

基于线性光谱混合理论的高光谱图像压缩

为了以较小的压缩误差为代价解决高效压缩高光谱数据的难题,提出基于线性光谱混合理论的星上高光谱图像压缩算法.利用顶点成分分析求高光谱图像的端元向量,并根据信道容量选择端元数;基于线性光谱混合模型求各像元对应于端元向量的丰度值;用JPEG2000对端元向量和丰度值矩阵进行无损压缩.对AVIRIS高光谱图像的仿真结果表明:压缩比为80∶1时,原始光谱与解压缩重构光谱最大相对误差小于2.7%,最大光谱角余弦误差小于0.000 23,压缩性能优于现有算法;算法还能有效地抑制原始图像中的随机噪声.     

基于均值漂移聚类的端元束提取

为了能够在不需要事先知道地物类别数目的情况下进行光谱的有效聚类,采用均值漂移算法完成聚类这一步骤。根据同一种地物光谱存在变异性的情况,使用了光谱角距离作为均值漂移聚类算法的相似性准则。用模拟高光谱数据和真实高光谱数据进行实验,结果表明基于改进后的均值漂移聚类的端元束提取方法较传统的K均值算法更能有效地形成代表每种地物类别的端元束。     

高光谱影像端元数目估计的HAHT模型

端元提取是高光谱遥感研究的重点内容之一,在高光谱影像信息识别、环境监测、资源探测和丰度反演等领域有着重要运用。为了实现有效的端元提取,如何准确估计（尤其是未知区域）高光谱影像中端元数目就显得更为关键,特别是在无人或境外地区的遥感探测方面极有实际价值。端元数目估计过多或者过少都会影响端元提取和混合像元分解的精度。本文基于谐波分析（Harmonic Analysis,HA）理论实现了高光谱影像有效去噪,并结合二元假设检验方法构建了一种高光谱影像端元数目估计的谐波分析假设检验（HA-Hypothesis Testing,HAHT）模型。通过AVIRIS和Hyperion高光谱影像的可行性分析与普适性验证,并与HFC（Harsanyi Farrand Chang）、特征值极大似然函数（Eigenvalue Likelihood Maximization, ELM）和最小误差高光谱信号辨识法（Hyperspectral Signal Identification by Minimum Error, Hysime）等常规的端元数估计算法应用成果相对比,表明HAHT模型所估计的端元数目与实际地物数具有更高的吻合度。同时,采用较成熟的连续最大角凸锥（Sequential Maximum Angle Convex Cone,SMACC）方法提取了端元波谱曲线,通过比较设置2（HFC估计数）、8（HAHT估计数）和14（Hysime估计数）不同端元数的提取结果,也证明HAHT模型在估计端元数目时具有较高准确性,以及较好的适用性和应用前景。     

高光谱影像端元数目估计的谐波分析假设检验模型

端元提取是高光谱遥感研究的重点内容之一。在高光谱影像信息识别、环境监测、资源探测和丰度反演等领域有着重要运用。为了实现有效的端元提取,如何准确估计(尤其是未知区域)高光谱影像中端元数目就显得更为关键,特别是在无人或境外地区的遥感探测方面极有实际价值。端元数目估计过多或者过少,都会影响端元提取和混合像元分解的精度。基于谐波分析(harmonic analysis,HA)理论实现了高光谱影像有效去噪,并结合二元假设检验方法构建了一种高光谱影像端元数目估计的谐波分析假设检验(HA-hypothesis testing,HAHT)模型。通过AVIRIS和Hyperion高光谱影像的可行性分析与普适性验证,并与HFC(Harsanyi Farrand Chang)、特征值极大似然函数(eigenvalue likelihood maximization,ELM)和最小误差高光谱信号辨识法(hyperspectral signal identification by minimum error,HYSIME)等常规的端元数估计算法应用成果相对比,表明HAHT模型所估计的端元数目与实际地物数具有更高的吻合度。同时,采用较成熟的连续最大角凸锥(sequential maximum angle convex cone,SMACC)方法提取了端元波谱曲线,通过比较设置2(HFC估计数)、8(HAHT估计数)和14(HYSIME估计数)不同端元数的提取结果,也证明HAHT模型在估计端元数目时具有较高准确性,以及较好的适用性和应用前景。     

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．     

快速像元纯度指数算法

像元纯度指数（PPI）算法广泛应用于目标与背景的分离中，对于超光谱图像数据，它可以从混合像元中提取纯净的端元，用于目标的识别，但缺点是计算量大，不能自动提取。针对这一问题，本文基于PPI算法的原理提出一种非监督端元自动提取方法，使得提取时间大大缩短。     

基于数据约减和中心化的像元纯净指数端元提取方法

像元纯净指数(pixel purity index, PPI)算法是最为常用的端元提取算法之一,但算法中投影向量的随机性导致多次运行的端元提取结果不一致。为此,提出一种基于数据约减和中心化的像元纯净指数端元提取方法(pixel purity index endmember extraction algorithm based on data reduction and centralization, DRC-PPI)。首先利用自动目标生成算法生成候选端元,并进行无约束最小二乘解混,将解混丰度为负的像元从原始数据中移除得到约减数据。其次,对约减数据进行数据中心化进而获得投影向量,将约减数据投影到这些向量上,然后根据样本点的像元纯净指数选择端元光谱。仿真数据和真实高光谱数据实验结果表明,DRC-PPI算法克服了PPI端元提取结果不一致性,大大减少了投影计算量,其端元提取精度总体上高于PPI算法。     

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.     

基于空间光谱信息协同的城市不透水层提取方法比较研究

【目的】利用不同的端元提取方法及混合像元分解算法计算南京市2018年城市不透水层覆盖度,评估各方法的精度,为城市可持续发展提供可靠的基础数据支撑。【方法】采用Landsat 8 OLI遥感影像,基于像元纯度指数(pixel purity index,PPI)并考虑空间光谱信息协同提出空间像元纯度指数(spatial pixel purity index,SPPI),精炼提纯植被、裸土、高反照度不透水层及低反照度不透水层4种类型端元,利用线性混合光谱模型(linear mixed spectral model,LMM)、混合调制匹配滤波(mixture tuned matched filtering,MTMF)、双线性混合光谱模型(bilinear mixed spectral model,BMM)及BP神经网络(BP neural network,BPNN)算法提取南京城市不透水层,采用同年的Google Earth遥感影像目视解译结果对提取的不透水层丰度进行精度验证。【结果】SPPI能有效结合多光谱波段的光谱信息和全色波段的空间信息,提高端元提取精度并减少计算量;同时,基于SPPI的BP神经网络算法提取精度最高,为90.45%;而基于PPI的线性混合光谱模型精度最低,为80.62%。BP神经网络算法在复杂城市中的解混精度高于线性混合光谱模型、混合调制匹配滤波和双线性混合光谱模型。【结论】采用全色波段像元亮度空间异质性辅助提取端元的方法,用空间信息弥补多光谱波段光谱信息较少的缺点,对于改进或发展适用于中/高分辨率多光谱影像的端元提取方法具有一定的参考价值,将其与神经网络模型结合可以在城市不透水层提取中推广应用。     

SAM权重法在端元提取中的应用

高光谱遥感的出现使得在宽波段遥感中不可探测的物质能被探测。获得的高光谱数据大都具有数据冗余度高、信噪比低等特点。文章通过idl编程实现高光谱数据的特征提取并利用其做了端元提取流程与光谱解混,及权重法SAM端元提取、混合光谱分解模型及实现。利用SAM权重法能够完成端元提取并最终得到的解混结果。     

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.     

噪声抑制的高光谱图像虚拟维数分析

在高光谱数据降维过程中,通常用虚拟维数来表征数据的本征维数.经典的虚拟维数分析算法主要运用假设检验准则设定特征值门限,通过特征值判定来决定虚拟维数值.但是,在强噪声干扰下,经典算法不能有效分析出虚拟维数值.本文提出了一种噪声抑制的高光谱图像虚拟维数分析方法(NCVD),该算法通过对数据矩阵进行QR分解,减小了算法的运算量;采用滑动噪声检测窗口对噪声成分进行滤除,提高了估计维数的准确性;结合最小二乘算法对判别门限进行修正,使虚拟维数估计结果更具合理性;采用模拟数据和真实数据进行实验,实验结果证明,本文所提算法的可行性和较现有算法的优越性.     

高光谱图像半监督局部稀疏嵌入降维算法

针对目前高光谱图像半监督降维算法中基于流形学习的开放性选择近邻参数问题,以及利用传统算法不能有效地获取标签数据的局部信息,提出了一种无需考虑近邻参数的半监督局部稀疏嵌入（SELSE）算法.该算法基于稀疏表示理论,通过求解范数优化问题构建稀疏系数图,并且利用有限的标签数据最大化类间信息,提取高光谱图像的特征.在AVIRIS高光谱遥感图像的Indian Pine数据集上进行仿真实验,结果表明所提出算法在分类精度和计算效率上都有所提高.     

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。