基于高光谱特征波长选取的不同类型沉积岩识别方法

为快速无损地实现岩石类型精确识别,以禄丰阿纳恐龙山南缘为研究区,采集3类典型沉积岩样本(泥岩、砂岩和泥灰岩各21块),借助ASD FieldSpec3地物光谱仪获取样本在350～2 500 nm内的高光谱数据,对预处理后的原始光谱进行一阶微分和连续统去除变换,采用马氏距离对全波段光谱进行初步筛选,并使用竞争性自适应重加权算法进一步筛选特征波长,基于全波段和特征波长变量分别建立贝叶斯判别和经过粒子群算法优化的支持向量机识别模型.结果表明,马氏距离结合竞争性自适应重加权算法用来筛选特征波长能提高模型的识别准确率,有效剔除光谱中的冗余信息,其中基于连续统去除光谱构建的组合模型被选为最优沉积岩识别模型,其预测集识别准确率为0.952 4,输入模型的特征波长变量数只占全波段的1.6%.     

基于高光谱成像技术的红景天品种神经网络模式识别方法

采用高光谱成像技术采集大花红景天和狭叶红景天的近红外高光谱图像(935～1 720 nm),并从中提取出感兴趣区域的平均光谱作为大花红景天和狭叶红景天的原始光谱.在采用多元散射校正(MSC)进行光谱预处理后,运用载荷系数法(X-LW)、连续投影算法(SPA)和竞争自适应重加权算法(CARS)分别提取了红景天近红外高光谱9、20和33个特征波长,最后基于全波长和特征波长建立偏最小二乘判别分析(PLS-DA)、概率神经网络(PNN)和广义回归神经网络(GRNN)分类判别模型.结果表明,基于CARS提取的特征波长建立的PLS-DA、PNN和GRNN模式识别模型优于基于X-LW、SPA提取特征波长建立的识别模型.而且,基于全波长和CARS提取的特征波长建立的PLS-DA、PNN和GRNN判别模型均能很好地区分大花红景天和狭叶红景天,对训练集和测试集样本分类的正确率全部达到100%.因此,高光谱成像技术结合PLSDA与神经网络模式识别分析方法,能够实现大花红景天和狭叶红景天的无损、快速和准确的分类与鉴别,为红景天药材的质量控制、品种鉴别和临床应用奠定基础.     

基于多维度光谱特征波长提取大豆冠层SPAD值估算模型

应用多种光谱特征波长段提取技术,研究了全生育期大豆冠层的近红外光谱曲线特性,提出了基于多维度光谱特征波长提取的大豆冠层叶绿素相对含量(SPAD值)估算模型.在大豆冠层原始近红外光谱曲线中,优选多元散射校正预处理和偏最小二乘回归法建模.经多元散射校正预处理后,应用竞争性自适应重加权采样算法(CARS)、主成分分析法(PCA)和连续投影算法(SPA),提取大豆冠层的光谱特征波长数量分别为22,51和12个.以此特征波长为基础,利用偏最小二乘回归法和多元线性回归法(MLR),分别建立大豆冠层SPAD值估算模型.结果表明CARS-MLR模型试验效果较好,该模型校正样本和预测样本SPAD值的均方根误差分别为5.67和5.94,平均值约为5.81.     

面向特征识别的SAR与可见光图像融合算法研究

合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像与可见光图像由于成像机理的不同,图像差异较大,传统融合算法不利于地物目标特征的解译与识别,难以满足应用的需求。基于此,文章结合SAR与可见光图像的成像特征,提出了一种基于相位一致性特征检测的自适应HIS(hue-intensity-saturation)融合算法,该算法首先利用相位信息区分目标轮廓和纹理边缘,提取SAR图像的空间特征信息,能有效地避免过量纹理边缘的提取。自适应HIS算法能调节2个图像之间的灰度相关性,实现加入信息的平滑过渡,减少光谱扭曲。实验以哨兵1号C波段SAR图像与Landsat8可见光图像进行验证,并与传统的HIS、主成分分析(principal component analysis,PCA)、小波以及目前较为主流的NSCT(nonsubsampled contourlet)算法进行比较,结果表明:该算法能有效地加入可见光图像不易察觉的特征信息,实现了融合图像在光谱保持和空间结构与特征保持上较好的权衡,提高了图像的地物检测与目标识别的能力。     

基于Bandelet变换的手背静脉识别算法

提出一种基于Bandelet变换的手背静脉识别算法, 该算法利用Bandelet变换对静脉图像进行特征点提取, 通过提取的特征点构造了表征静脉纹理特征的特征向量, 通过计算待识别样本特征向量与目标样本特征向量的相关系数得出其相似度, 并在利用自制采集设备采集的样本库上对算法进行测试, 给出了实验结果.     

基于颜色和纹理特征的森林火灾图像识别

为了降低火焰状干扰源存在时森林火灾的误报率,提高火灾预警的快速性,根据火焰独特的颜色和纹理特征,提出了以分块的LBP直方图特征结合LPQ直方图特征的火焰识别算法。首先利用YCbCr颜色空间的规则进行颜色检测,得到疑似火焰区域;再使用LBP、LPQ分别从空域、频域提取纹理,图像空域和频域的纹理特征结合后,得到特征向量;最后将特征向量输入SVM分类器进行测试和火焰识别。实验结果表明:此融合算法鲁棒性强、检测率高,存在火焰状干扰源时,测试集的火焰识别准确率可达94.55%;与深度学习算法对比,该算法在保证较高正确率的同时,预测耗时大幅度减少,预测耗时是DBN的1/4、是CNN的1/50,提高了火灾预警的快速性,为快速准确的林火预警提供了算法依据。     

基于局部邻域四值模式的掌纹掌脉融合识别

为了解决掌纹掌脉识别技术中稳定性差和识别率低的问题,提出一种基于局部邻域四值模式的掌纹掌脉融合识别算法。对掌纹掌脉图像利用非下采样轮廓波变换(non-subsampled contourlet transform,NSCT)进行分解,将得到的低频和高频子图像分别利用区域能量和图像自相似原理进行融合;利用局部邻域四值模式(local neighbor quaternary pattern,LNQP)获取掌纹掌脉融合图像的纹理特征向量,并用主成分分析(principal component analysis,PCA)算法对其进行降维;根据特征向量间的汉明距离实现匹配识别,并在PolyU图库和SUT图库上完成仿真验证。实验结果表明,算法的最低等误率分别为0.17%和0.75%,与其他传统及最新算法相比,算法能够有效地提取掌纹掌脉图像的纹理特征,具有良好的识别性能,并且掌纹掌脉特征的融合增强了系统的安全性。     

基于Quick Bird光栅图像的IHS和PCA融合研究

综述了图像数据融合技术,包括融合的基本原理、融合的常见算法、融合的基本流程。然后选用IHS变换融合、PCA变换融合对Quick Bird图像自身的全色波段和多光谱波段图像数据进行融合处理。最后从光谱的真实性和空间纹理信息两个方面对融合效果进行定量和定性比较,指出各种融合算法在处理Quick Bird图像数据中所存在的优点和不足。     

LS-WTSVM的遥感多光谱影像云检测

研究基于最小二乘小波孪生支持向量机(least squares wavelet twin support vector machines,简称LS-WTSVM)的遥感多光谱影像云检测.首先根据云在不同波段中大气的辐射特点,结合Landsat7 ETM+影像数据的光谱特性获得云像元的光谱特征,再通过提取每个图像块的灰度共生矩阵得到相应像元的纹理结构特征,根据像元的光谱特性和纹理结构特征构造特征向量,最后利用最小二乘小波孪生支持向量机多分类算法进行Landsat7 ETM+影像像元的云检测,实现不同类型云区的多分类识别.仿真实验结果表明,该算法能准确地检测出多光谱影像中的厚云和薄云.     

改进的多特征融合人行道检测算法

道路检测相关研究多基于KITTI等车道公开数据集展开,由于车道与人行道存在颜色、材质和周围环境等差异,准确地检测出人行道区域成为一个需要解决的问题。本文将应用场景设置为室外人行道,提出了一种改进的基于多特征融合的人行道检测算法。首先使用SLIC超像素算法获取超像素图以减少噪声干扰和后续训练维度;然后计算各超像素块特征,利用新的Gabor滤波器纹理提取方法降低时间复杂度,并加入基于主成分分析(PCA)的光照不变空间特征和三维的深度梯度特征提高检测准确度,选用Adaboost分类器对融合的特征向量进行训练并预测人行道区域;最后采用马尔可夫随机场对分割结果进行优化。本方法是通用的,不依赖于道路外观和结构的先验,在创建的人行道数据集上进行实验,证明了该算法的有效性。     

基于高光谱的大叶女贞叶片水分定量测定

较传统水分化学检测法相比,高光谱是一种新兴的简单、快速、无损、原位的绿色检测方法.大叶女贞是一种具有经济、医药、欣赏价值的树种,研究价值较高,然而有关高光谱对其的研究鲜有报道,将其作为研究对象,利用可见近红外高光谱采集40个叶片样本的高光谱数据,利用ENVI 4.7从中提取出反射光谱数据,在MATLAB7.0平台对光谱数据进行直接正交信号校正(DOSC)预处理后,采用共生矩阵法(SPXY)选取30个样本作为建模集,其余作为预测集,构建支持向量回归(SVR)模型,然后在此全波段建模基础上采用自适应权重采样法(CARS)、连续投影变换(SPA)等波段筛选法进行特征波段建模分析,结果表明DOSC-SPA-SVR模型效果最优,预测平方相关系数R2p=0.974 3,预测均方根误差(RMSEP)为4.4×10-5,较全波段模型相比,精度相当甚至有所提升,模型简单、稳定,能够用于对女贞叶片水分进行快速无损的定量分析,为其他作物营养诊断和精准灌溉提供一定的参考价值,减少水资源的浪费.     

基于高光谱图像技术和波长选择方法的羊肉掺假检测方法研究

针对肉类掺假的定量检测问题,建立了基于高光谱图像技术结合波长选择方法以及偏最小二乘(PLS)法的羊肉掺假无损检测方法.试验搭建了羊肉-猪肉的高光谱图像采集系统,对选取的99个样本进行高光谱图像(390~1040nm)采集并提取感兴趣区域光谱.比较了多种预处理方法对全波长模型的影响,标准正态变量校正(SNV)为最优光谱预处理方法,校正决定系数R2CV达到0.93,预测决定系数R2P达到0.96,校正均方根误差RMSECV为8.33%,预测均方根误差RMSEP为6.18%.采用多种波长选择方法对光谱全波段520个变量进行变量选择,最终确定基于竞争性自适应重加权算法(CARS)的简化模型最优,其R2C=0.96,R2CV=0.94,R2P=0.96,RMSEC=6.55%,RMSECV=7.66%,RMSEP=6.10%.高光谱图像技术结合CARS能够对掺假羊肉进行准确的定量检测,可为羊肉掺假的在线无损检测提供理论依据.     

可见/近红外联合变量优选检测油茶籽油掺假

利用可见/近红外光谱技术联合CARS(competitive adaptive reweighted sampling)方法对油茶籽油中掺杂大豆油及菜籽油进行检测.采用CARS方法对波长变量进行筛选,应用偏最小二乘回归(PLS)方法分别建立油茶籽油中大豆油掺伪量、菜籽油掺伪量及大豆油与菜籽油混掺伪量的定量检测模型,并与经连续投影算法(SPA)及无信息变量消除(UVE)方法变量筛选后所建立的PLS模型进行比较.研究结果表明:可见/近红外联合CARS方法可以分别检测油茶籽油中大豆油、菜籽油掺伪量及大豆油与菜籽油混掺伪量.大豆油、菜籽油及大豆油与菜籽油总和的CARS-PLS掺伪量模型的预测集相关系数r和预测均方根误差RMSEP分别为0.950,0.928,0.980和24.5,29.0,30.8g·kg-1;CARS-PLS模型性能优于全波段PLS,SPA-PLS及UVE-PLS,表明CARS方法是一种有效的波长变量选择方法,可以剔除冗余波长变量.     

基于可见/近红外光谱技术的新鲜茶叶叶片含水率快速测定

提出了利用可见/近红外光谱技术检测新鲜茶叶叶片中含水量的方法.首先采集350~2500nm波段范围内177个新鲜茶叶叶片的光谱反射率信息,作为X变量.将不同预处理后的光谱数据建立偏最小二乘(partial least squares,PLS)模型,再利用回归系数法(regression coefficients,RC)提取全波段光谱中的特征波长并建立基于特征波长的预测模型.结果显示,利用全谱段光谱信息建立的模型中,未经预处理建立的模型最优,建模集和预测集中决定系数(coefficient of determination,R~2)分别是0.9039和0.8856,均方根误差(root mean square error,RMSE)分别是0.0092和0.0120,剩余预测偏差(residual predictive deviation,RPD)是2.9659;基于特征波长的模型中,也是未经预处理建立的模型最优,建模集和预测集中R~2分别是0.9070和0.8199,RMSE分别是0.0107和0.0151,RPD是2.3701.结果表明,可见-近红外光谱技术结合特征波长提取进行新鲜茶叶叶片中含水率检测是可行的.     

基于AIRF-CARS波段选择算法的橡胶树叶片氮含量定量研究

以橡胶树叶片的近红外光谱信息为分析对象,运用由粗放到细致的多分辨率特征提取思想,提出了一种融合自适应间隔随机蛙与竞争自适应重加权采样(AIRF-CARS)的算法提取橡胶树叶片的光谱特征信息,从而实现了橡胶树叶片氮含量的定量分析.实验结果表明,AIRF-CARS算法有效的压缩了光谱特征的数量,通过算法选择的特征波长为22个,使得定量分析模型的预测均方根误差(RMSEP)和决定系数(R~2)分别为0.136 4%和0.959 6.因此,本文算法可以有效地提取信息量较大的波长特征,应用于近红外光谱检测的定量分析中,并为便携式田间多波段光谱仪的研发提供理论支撑.     

改进PCA-LDA的人脸识别算法研究

针对主成分分析(PCA)未充分利用样本类别信息及线性鉴别(LDA)在小样本时识别率低的问题,提出了一种基于PCA和LDA相融合的人脸识别算法。该算法首先将输入人脸图像进行几何位置规范化和灰度分布均衡化预处理;然后利用PCA算法将人脸训练图像投影到低秩特征子空间,利用LDA算法计算类间离散度大、类内离散度小的特征子空间,从而获得PCA-LDA的人脸融合特征空间;最后将训练样本、测试样本投影至融合的特征空间,并利用最近邻准则实现对测试样本的识别。实验结果表明,该算法能够有效融合PCA和LDA的优势,提高系统识别的鲁棒性和效率。     

基于傅里叶近红外特征光谱的血流感染致病菌鉴别研究

利用傅里叶变换近红外光谱(FT-NIR)收集1 000~1 852 nm范围内3种常见病原菌大肠杆菌(ATCC25922)、金黄色葡萄球菌(ATCC 29213)、铜绿假单胞菌(ATCC 27853)的近红外透射光谱,采用竞争性自适应重加权算法(CARS)对波长变量进行筛选,并分别结合偏最小二乘判别分析(PLS-DA)、最小二乘-支持向量机(LS-SVM)建立鉴别模型.比较两种鉴别模型在进行波长变量优选前后的性能发现,采用全波段建模的PLS-DA与LS-SVM两种模型的预测性能较低;利用CARS对波长变量进行筛选后,对优选的24个特征波长分别建立两种鉴别模型,模型预测性能明显提高,其中以LS-SVM模型最优,3种病原菌准确率分别为85.0%,100%和100%.研究结果表明,利用CARS能够有效去除光谱无用信息,减少模型复杂度,增强模型预测性能,结合LS-SVM可为临床利用近红外快速检测血流感染病原菌提供一种新的方法.     

基于分形和Gabor滤波的高分辨率遥感影像分割

在城市规划、土地利用等应用中常需要对高分率遥感影像进行分割,而传统的滤波器组分解算法把每个波段的能量作为纹理特征进行分割,存在分割精度低,对噪声、灰度变换敏感等缺点.本文提出一种基于图像预滤波和分形特征的纹理特征提取算法,并对提取的特征向量集用K-means算法进行聚类.对天津滨海新区的QuickBird影像的分割实验...     

一种基于分块小波的人脸识别算法

提出一种基于分块小波的人脸识别新算法.在充分考虑提取局部特征,又克服小样本问题的基础上,提出分块小波的概念.首先,对小波分解后的低频子图进行分块,提取局部特征,从而降低图像维数并除去冗余噪声;将其先后进行PCA和LDA变换,得到组合特征向量;最后,根据KNN的快速分类能力及SVM在少数类别分类上的优势,提出KNN+SVM融合分类器对组合特征向量进行分类识别.研究结果表明:该方法识别率高,识别速度快,具有一定的实用价值.     

联合空谱信息和Gabor特征的高光谱人脸识别算法

提出一种采用高光谱图像的人脸识别算法.根据人脸肤色在可见光范围内的光谱特征进行波段选择并依据人脸结构特征,对选定波段的灰度图像进行Gabor特征提取.最后分别进行特征层上的融合识别和决策层上的融合识别.特征层融合的权重系数由反射率和正确识别率共同决定,决策层融合算法采用"最高票当选制"原则.利用香港理工大学的高光谱人脸数据库对进行验证.结果证明,本文算法在识别速度和正确识别率方面都得到了显著改善,在3幅训练样本情况下,正确识别率达到96.5%.相对于全波段参与识别,识别速度提高了约3倍.