联合空间信息的高光谱遥感协同表示动态集成分类算法

近年来,集成学习成为高光谱遥感影像分类的研究热点,尤其是动态集成算法根据测试样本的特征自适应地选择最佳分类器,其分类性能显著提升。然而现有的动态集成方法仅考虑测试样本与验证样本的光谱信息,忽略了高度规则化的高光谱遥感影像包含的丰富空间信息。为进一步提升高光谱遥感影像动态集成算法分类的准确性和可靠性,提出了联合空间信息的可变K邻域动态集成算法VKS(Variable K-neighborhood and Spatial Information)和联合自适应邻域空间信息的可变K邻域动态集成算法VKSA(Variable K-neighborhood with Shape-Adaptive)。两种算法第一阶段综合考虑分类器精度与相似度自适应地改变测试样本的K邻域,第二阶段分别设计固定窗口和自适应窗口的嵌入方式增加地物的局部空间近邻关系,充分利用高光谱遥感影像地物复杂的空间形态结构信息。实验部分采用3组通用的高光谱遥感影像数据对所提出算法的性能进行综合评价。结果表明相比于传统的动态集成算法,本文提出的联合空间信息的动态集成模型能显著提升分类精度,其中基于自适应窗口方式的VKSA算法明显优于基于...     

基于形态学的空间信息和光谱信息SVM影像分类

提出一种基于数学形态学的空间信息和光谱信息集成的影像分类方法,并分析该方法相对于单纯基于像元光谱特征的分类方法所具有的优势。对ROSIS高分辨率高光谱影像、北京中关村地区OMIS高光谱遥感影像两组数据进行SVM分类验证,试验表明,基于空间信息和光谱信息的分类技术能产生较好的分类结果。     

融合像元形状和光谱信息的高分遥感图像分类新方法

在高空间分辨率(简称"高分")遥感图像分类中,由于存在"同谱异物"等现象,仅依靠光谱信息进行分类的误差较大。为提高图像分类精度,提出一种融合像元形状和光谱特征信息的高分多光谱遥感图像分类新方法。首先利用像元及其邻域的关系来描述其空间结构,计算并提取像元同质区域(pixel homogeneous regions,PHR);然后以所提取的同质区域为基础,分别计算中心像元的长/宽比(length-width ratio,LW)和面积/周长比(area-perimeter ratio,PAI)这2个像元形状特征;最后将归一化后的像元形状特征和光谱特征融合,并利用支持向量机分类方法进行分类。以2个区域的Quick Bird高分遥感图像对该算法进行验证,将实验结果与仅利用光谱信息分类和仅使用像元形状指数(pixel shape index,PSI)分类的结果进行比较。结果表明,所提出的方法得到的分类精度最高,该方法能有效地提高高分遥感图像的分类精度。     

结合像元空间邻域信息的高光谱影像分类

针对传统的光谱角匹配分类算法仅考虑光谱信息,导致混合像元易出现错分和分类结果中出现"麻点"等问题,该文考虑地物连续性这一特点,提出了一种结合像元空间邻域信息对光谱角进行修正的光谱角匹配分类算法。该方法不仅保留了传统光谱角度匹配算法不受增益因素影响和减弱地形对照度影响等优点,并且减小了混合像元被错分的概率。基于ROSIS获取的Pavia大学校园的高光谱影像分类结果表明:加入像元空间邻域信息后的光谱角匹配算法在保证分类精度的同时,有效地减弱了分类结果中的"麻点"现象,验证了该文方法的可行性、有效性。     

一种基于高斯马尔可夫随机场的异常目标探测方法

利用高斯马尔可夫随机场模型描述像元的邻域相关性信息,并将这种邻域信息引入到局域异常探测器中,提出了一种顾及邻域信息的高光谱遥感影像局域异常目标探测算法。实验证明,该方法克服了传统异常探测方法仅仅利用光谱信息的不足,比经典的RX算法的探测效果更好,并且可以更有效地探测出大于一个像元的异常目标。     

基于集成学习的高光谱遥感影像分类综述

高光谱遥感影像光谱维度高、数据量大且波段间冗余信息量大,利用集成学习算法可有效地提升高光谱遥感影像的识别精度。本文首先概述了高光谱遥感影像的分类任务和目前存在的问题,其次介绍了集成学习分类算法的原理,系统性阐述了高光谱遥感影像分类中动态集成和静态集成算法的研究现状,并提出了有待进一步研究的问题。     

空-谱协同正则化稀疏超图嵌入的高光谱图像分类

传统依据图嵌入的高光谱图像维数约简算法多数仅利用光谱信息表征像元间单一关系,忽视了数据间的多元几何结构。本文提出了一种面向高光谱图像分类的空-谱协同正则化稀疏超图嵌入算法(SSRSHE)。该算法首先利用稀疏表示揭示像元之间的相关性,自适应选择近邻,并构建稀疏本征超图和惩罚超图,以有效表征像元间的复杂多元关系,并进行正则化处理。然后利用遥感图像空间一致性原则,计算局部空间邻域散度来保持样本局部邻域结构,并引入样本总体散度来保持高光谱数据的整体结构。在低维嵌入空间中,尽可能使类内数据聚集、类间数据远离,提取鉴别特征用于分类。在Indian Pines和PaviaU高光谱遥感数据集上试验结果表明,本文算法总体分类精度分别达到86.7%和 92.2%。相比传统光谱维数约简算法,该算法可有效改善高光谱图像地物分类性能。     

条件随机场模型约束下的遥感影像模糊C-均值聚类算法

遥感影像具有丰富的空间相关信息,而传统的基于像元光谱的聚类算法并不能将空间信息融入聚类,聚类结果往往不好。针对这一问题,本文提出了一种条件随机场模型约束下的模糊C-均值聚类算法,通过邻域像元的分类先验信息对中心像元的类别进行约束从而提取空间相关信息,基于二阶条件随机场将光谱信息和空间相关信息同时融入聚类,并使用环形置信度迭代算法得到像元分类后验概率的全局最优推测。试验证明,本文算法能够有效地保持地物的形状特征,分类精度相比传统算法有所提高。     

基于像元形状指数的图像分类——以长春市为例

像元形状指数是一种基于像元的空间特征算子,采用像元形状指数(PSI)来描述像元点邻近区域的形状特征,通过中心像元及其邻域相似性描述了中心像元的上下文形状分布,有效地提取了影像中的光谱信息,并取代了原有的光谱特性,弥补了原有光谱特性的不足。像元形状指数对原有图像处理后,利用支持向量机光谱与形状特征融合的算法对处理过的影像进行分类处理。研究结果表明,经像元形状指数变换后的光谱特性更加适合图像分类,且形状和光谱特征的融合可以有效地提高分类的准确性。     

融合空谱特征和集成超限学习机的高光谱图像分类

为提高高光谱图像的分类精度,提出了一种融合空谱特征和集成超限学习机的高光谱图像分类方法。首先结合每个像素邻域的光谱信息提取空谱特征向量;考虑到高光谱相邻波段信息具有一定的相关性,先对提取的特征向量进行平均分组,然后从每个区间随机选择若干个波段进行组合,采用具有快速学习能力的超限学习机训练分类器。为提高分类模型的泛化能力,基于集成学习思想,对提取的空谱特征进行多次抽样,训练得到多个弱分类器,最后采用投票表决法得到用于高光谱图像分类的强分类器。采用3个典型高光谱数据进行了分类试验,试验结果表明,提出的算法总体分类精度较优,尤其当训练样本数较少时能取得较高的分类精度。提出的算法具有可调参数少、训练速度快、分类精度高等优点,具有广阔的应用前景。     

基于多尺度特征融合和支持向量机的高分辨率遥感影像分类

相对传统的中低分辨率遥感数据而言,高空间分辨率遥感影像同一地物内部丰富的细节得到表征,空间信息更加丰富,地物的尺寸、形状以及相邻地物的关系得到更好的反映,但其光谱统计特性不如中低分辨率影像稳定,类内光谱差异较大,而传统分类方法仅依据像元的光谱值,因此在高分辨率影像分类中,传统方法往往不能获得好的结果。在此背景下,提出了一种多尺度空间特征融合的分类方法,旨在利用不同尺度的空间邻域特征弥补传统方法的不足。其基本过程是：首先针对不同尺度特点,用小波变换压缩空间邻域特征,并结合支持向量机得到不同尺度下的分类结果,然后根据尺度选择因子为每个像元选择最佳的类别。文中QuickBird和IKONOS影像实验证明该算法能有效提高高分辨率影像解译的精度。     

一种切空间协同表示的高光谱遥感影像分类方法

协同表示分类（collaborative representation classification,CRC）算法近年来成为高光谱遥感分类的研究热点。地物类别间区分性不高会严重影响现有CRC算法的性能。流形结构可有效地解决非线性问题,并解决高光谱遥感影像因数据冗余导致的类别间区分性低的问题。提出了一种基于切空间的高光谱遥感影像协同表示分类算法（tangent space collaborative representation classification,TCRC）和一种基于欧氏距离的自适应加权的切空间协同表示分类算法（weighted tangent space collaborative representation classification,WTCRC）。TCRC算法利用测试样本的切平面来估计区域流形,在测试样本的切空间中使用协同表示算法,寻找测试样本在各类训练样本中的最优线性表示估计,并用其最小误差来对测试样本进行分类。在此基础上,利用测试样本邻域像元、训练样本与测试样本的欧氏距离作为权矩阵来自适应调整各样本对测试样本的影响。实验采用ROSIS（reflective optics system image spectro-meter）和AVIRIS（airbone visible infrared imaging spectrometer）高光谱遥感影像对所提出算法的性能进行了评价,结果表明TCRC和WTCRC在分类效果上比CRC有明显的提升,WTCRC相较于TCRC具有更好的分类效果,具有更强鲁棒性。     

多层级二值模式的高光谱影像空-谱分类

利用高光谱遥感影像的空间纹理特征,可以提高高光谱遥感影像的分类精度。提出了一种多层级二值模式的高光谱影像空-谱联合分类方法。该方法将高光谱影像转化为局部二值模式特征图像获取像元微观特征,基于特征图像生成多层级特征向量获取像元宏观特征。为验证该方法的有效性,选取PaviaU、Salinas和Chikusei高光谱影像数据,利用核极限学习机分类器,分别针对光谱、局部二值模式、多层级二值模式等特征开展实验。结果表明,多层级二值模式空-谱分类总体精度分别达到97.31%、98.96%和97.85%,明显优于传统光谱、3Gabor空-谱等分类方法。该方法可为高光谱影像分类提供更加有效的类别判定特征,有助于提高影像分类精度并获取更加平滑的分类结果图。     

面向高光谱遥感影像的分类方法研究

20世纪80年代初期出现的高光谱遥感技术,将反映目标辐射属性的光谱信息与反映目标空间几何关系的图像信息有机地结合在一起。高光谱影像丰富的光谱信息使其较全色遥感、多光谱遥感能够更好地进行地面目标的分类识别,然而其复杂的高维数据结构也对传统的遥感影像分类方法提出挑战。提出很多针对高光谱遥感影像的分类方法,对其进行研究。     

融合形状和光谱的高空间分辨率遥感影像分类

提出了一种像元形状指数及基于形状和光谱特征融合的高（空间）分辨率遥感影像分类方法。形状和光谱是遥感影像纹理的具体表现形式,尤其在高分辨率影像中地物细节得到充分表达,相邻像元的关系及其共同表征的形状特性成为分类的重要因素。本文用像元及其邻域的关系来描述其空间结构,同时为了更全面地利用影像特征,提出了基于支持向量机的形状和光谱融合分类方法。实验证明,该方法计算简便且能有效表达高分辨率影像的地物特征,提高分类精度。     

高光谱遥感影像分类研究进展

随着模式识别、机器学习、遥感技术等相关学科领域的发展,高光谱遥感影像分类研究取得快速进展。本文系统总结和评述了当前高光谱遥感影像分类的相关研究进展,在总结分类策略的基础上,重点从以核方法为代表的新型分类器设计、特征挖掘、空间-光谱分类、基于主动学习和半监督学习的分类、基于稀疏表达的分类、多分类器集成六个方面对高光谱影像像素级分类最新研究进行了综述。针对今后的研究方向,指出高光谱遥感影像分类一方面要适应大数据、智能化高光谱对地观测的发展前沿,继续引入机器学习领域的新理论、新方法,综合利用多源遥感数据、多维特征空间互补的优势,提高分类精度、分类器泛化能力和自动化程度;另一方面要关注高光谱遥感应用的需求,突出高光谱遥感记录精细光谱特征的优势,针对应用需求发展有效的分类方法。     

珠海一号高光谱场景分类数据集

高空间分辨率、高光谱分辨率、大幅宽与大数据量是高光谱卫星数据发展趋势,传统高光谱影像的像素级分类面临难以处理海量数据、无法高效获取复杂海量影像中隐含信息的困境。已有研究开始关注高光谱影像的场景级分类,并逐步建立完善高光谱遥感场景分类数据集。然而,目前的数据集制作过程多参考高空间分辨率可见光遥感场景数据集的制作方法,主要采用遥感影像的空间信息进行场景类别解译,忽视了高光谱场景的光谱信息。因此,为构建高光谱影像的遥感场景分类数据集,本文利用“珠海一号”高光谱卫星拍摄的西安地区高光谱数据,使用无监督光谱聚类辅助定位、裁剪与标注待选场景样本,结合Google Earth高分影像进行目视筛选,构建6类场景类型和737幅场景样本的珠海一号高光谱场景分类数据集。并基于光谱与空间两个视角开展场景分类实验,通过视觉词袋、卷积神经网络等方法的基准测试结果,对不同算法在现有多光谱和高光谱遥感场景分类数据集下的性能进行深入分析。本研究可为后续的高光谱影像解译研究提供了有力的数据支撑。     

空-谱融合的条件随机场高光谱影像分类方法

高光谱遥感数据具有光谱信息丰富、图谱合一的特点,目前已经广泛地应用在对地观测中。传统的高光谱分类模型大多过分依赖影像光谱信息,没有充分利用空间特征信息,这使得分类精度还有很大的提升空间。条件随机场是一种概率模型,能够较好地融合空间上下文信息,在高光谱影像分类中已经得到越来越多的关注,但大部分条件随机场模型存在超平滑的现象,会导致影像细节丢失。针对该问题,本文提出了一种优化融合影像空-谱信息的高分辨率/高光谱影像分类方法,该方法将影像的纹理信息与原始光谱信息进行融合,利用SVM分类器对其进行预分类,并将各类概率定义为一元势函数,以融合空间特征信息;然后将空间平滑项和局部类别标签成本项加入二元势函数中,以考虑空间背景信息,并保留各类别中的详细信息。最后,通过两组的高分辨率/高光谱影像数据进行试验。结果表明,与SVM算法、传统的条件随机场方法和面向对象的分类方法相比,本文提出的算法在整体分类精度上分别提高了10%、9%和8%以上,同时在保持地物边缘完整性、避免“同谱异物”与“同物异谱”的现象方面有较明显的优势。     

高光谱影像空-谱协同嵌入的地物分类算法

针对传统高光谱影像地物分类算法大多仅考虑光谱信息而忽略空间邻近像元间相关性的问题,提出了一种空-谱协同嵌入(SSCE)降维算法和空-谱协同最近邻(SSCNN)分类器。首先,定义一种空-谱协同距离,并将其应用于近邻选取和低维嵌入;然后,构建空-谱近邻关系图来保持数据中的流形结构,并在权值设置中增大空间近邻点的权重以增强数据间的聚集性,提取鉴别特征;最后使用SSCNN分类器对降维后的数据进行分类。利用PaviaU和Salinas高光谱数据集进行试验验证,结果表明,与传统的光谱分类算法相比,该算法能有效提高高光谱影像的地物分类精度。     

基于四元数的多光谱遥感影像水域提取

特征提取是影像目标分类识别的重要步骤。通过研究四元数在多光谱遥感影像处理中应用的优势,提出了一种基于四元数的多光谱遥感影像水域提取的算法。该算法把多光谱遥感影像的所有波段作为一个整体考虑,充分利用了光谱信息,同时也减少了计算量。实验表明,该算法具有明显的优越性和适应性。