应用时间序列EVI的MERSI多光谱混合像元分解

针对风云3数据的特点,本文将EVI生长曲线引入多光谱混合像元的分解。首先,利用Landsat8 OLI影像,采用支持向量机的分类方法,提取研究区域的耕地信息,利用该信息对风云MERSI数据进行掩膜处理,获得研究区域的耕地影像。接着,利用MERSI时序影像,计算像元EVI值,通过SG滤波,构建农作物(端元)和混合像元的EVI生长曲线。通过实地调查,获取研究区的农作物端元,尤其对主要的农作物玉米,在空间上均匀选取了14个端元。然后,采用传统的方法,将14种玉米端元生长曲线分别与其它端元组合,进行混合像元分解。发现分解的效果差异很大,提取的玉米种植面积从191.90 km2到574.83 km2不等。为提高分解精度,借用光谱匹配(光谱夹角最小)的方法(用生长曲线代替光谱曲线)自适应选择与混合像元EVI曲线最相似的玉米端元作为组合端元,进行混合像元分解。结果得到玉米的种植面积为589.95 km2,比传统方法的最好(相对)精度提高了2%。     

一种利用高光谱像元分解技术提取水体边界的方法

针对水体边界混合像元导致的精度损失问题,提出了一种基于高光谱混合像元分解的水体边界提取方法。该方法结合高光谱影像水体边界混合像元特有的光谱特征,削弱诸多因素对水体边界像元识别的影响,获取水体边界混合像元,降低了混合像元分解的计算量。通过混合像元的高精度分解及水体边界像元分割,进一步逼近水体的真实边界,能显著提高水体边界界定的精度。试验结果表明:用该方法进行水体提取,精度明显优于水体指数法,略优于支持向量机法,总体精度为93.86%,Kappa系数为0.87。     

基于SVM和PWC的遥感影像混合像元分解

支持向量机与两两配对方法结合可分解遥感影像混合像元.首先支持向量机的输出值转化为两两配对的后验概率,再由两两配对的概率值求得多类后验概率,最终像元所属类别的后验概率作为地物的组分信息.利用多波段遥感数据验证了此方法的可行性,并将结果与线性分解模型进行比较.结果表明,SVM与PWC结合进行混合像元分解在准确性方面优于一般线性模型的精度,并且此方法可用于图像分类中.     

模拟真实场景的混合像元分解

在总结混合像元分解方法的基础上, 提出了一种模拟真实场景的像元分解方法, 该方法首先通过真实场 景的模拟获得各分量的丰度, 结合遥感影像与场景模拟的丰度反演端元反射率(模拟端元), 最后用带约束条件的线 性模型进行混合像元分解。用浙江省安吉县毛竹林调查资料及Landsat TM 对该方法进行验证和对比分析表明, 基 于模拟端元的混合像元分解结果比基于影像端元和参考端元的精度高且具有良好的稳健性。模拟真实场景的混合 像元分解方法将样地调查数据的先验知识应用于端元提取, 并将三维模拟模型引入到二维的线性光谱分解中, 具 有一定的优势和应用推广前景。     

采用目标端元修正的高光谱混合像元盲分解

针对非负矩阵盲信号分离(NMF)用于混合像元分解易陷入局部极小值的不足,将非监督端元提取与盲分解方法相结合,构建了一种基于目标端元修正的混合像元盲分解模型(ATGP-NMF)。ATGP-NMF模型利用非监督正交子空间投影算法(ATGP)和非负最小二乘法(NNLS)获取NMF盲分离的初始值,然后将获得初始目标端元光谱与丰度输入NMF模型,通过迭代运算不断逼近优化目标而得到最终的端元光谱和端元丰度。为了检验模型对于各类数据的有效性和适用性,将ATGP-NMF与传统NMF分别应用于模拟仿真数据、室内控制数据和真实遥感影像3类实验数据进行分析验证。结果表明,ATGP-NMF模型具有较好的适用性,在没有先验信息、先验信息很少,以及纯像元假设不存在情况下都能较好地分解混合像元,且能够更好克服局部极小问题,提高混合像元分解的精度。     

基于支撑向量机概率输出的高光谱影像混合像元分解

提出利用支撑向量机（SVM）后验概率来分解高光谱影像的混合像元，通过支撑向量机的输出值转化为两两配对的后验概率，再由两两配对的概率值求得多类后验概率，并以像元所属类别的后验概率作为地物的组分信息。实验结果表明，该方法能较好地估计出混合像元的组分比。     

一种端元变化的神经网络混合像元分解方法

遥感图像中普遍存在着混合像元,对混合像元进行分解是遥感图像处理中的难点,在端元（Endm ember）个数不变的情况下,往往得到的分解结果精度不高。本文基于fuzzy ARTMAP神经网络,提出一种基于端元变化的神经网络混合像元分解模型。首先利用混合像元与纯净端元之间的光谱相似性,判断出混合像元包含的端元个数及类别,然后结合fuzzy ARTMAP神经网络进行分解。实验结果表明：本文提出的方法比传统的线性混合模型及fuzzy ARTMAP神经网络模型的精度要高,而且更加符合实际情况。     

结合空间信息选取最优端元组合的混合像元分解

传统的混合像元分解算法认为每个像元都包含图像中所能提取的全部端元组分,但这并不符合实际情况。实际上图像中大多数混合像元仅由少部分端元混合而成。由于端元提取精度及噪声的影响,采用全部端元对混合像元进行分解,会使得混合像元中实际并不存在的端元的丰度估计值不为零,分解结果存在较大误差。由于混合像元大多存在于不同地物的交界处,基于此,本文提出了一种结合图像的空间信息选取混合像元最优端元子集的方法。利用一个空间结构元素,从混合像元的附近邻域开始搜索,将搜索到的纯净像元光谱与所提取的图像端元光谱进行对比,并确定混合像元的端元子集进行分解。根据RMSE大小和变化情况,逐步扩大结构元素的大小,不断调整搜索范围,直至得到最优端元组合。模拟数据和真实数据的试验结果表明,该方法相比传统的全端元光谱分解方法,在总体上获得了更好的分解效果。     

最小二乘混合像元分解的端元丰度信息提取研究

针对无约束最小二乘混合像元分解算法提取地物端元丰度出现的局限性问题,通过野外实地采集的地物光谱数据建立研究区典型的地物波谱库,以Landsat OLI影像作为主要数据源,在经过Gram-Schmidt(GS)影像融合的基础上,利用纯净像元指数(PPI)及基于几何顶点的端元提取技术提取研究区典型地物端元,最后通过完全约束的最小二乘混合像元分解算法完成对研究区典型地物端元丰度的提取。结果较好地解决了无约束最小二乘混合像元分解算法提取的端元丰度信息出现负值的情况,并且提高了典型地物丰度信息提取的精度。完全约束最小二乘混合像元分解算法的RMSE误差均控制在0.174 913左右,在很大程度上提高了混合像元分解精度及实用性。     

高光谱端元自动提取的迭代分解方法

混合像元线性分解技术是进行高光谱影像处理的常用方法,应用这种方法的一个主要问题是难以有效、自动地确定影像的端元光谱。利用非监督的方法快速自动提取高光谱遥感图像的端元光谱是解决这个问题的主要技术手段。根据迭代误差分析思路,通过对线性混合像元模型分解的误差传播分析后,得到了端元选择的约束条件。结合端元存在的空间信息,自动提取出端元光谱并进行了混合像元分解。利用不同地区、不同传感器的高光谱数据实例测试了该文的方法,分析和讨论了选择迭代初始值与参数阈值的敏感性问题。研究结果表明此方法可以自动提取端元光谱,并且精度较高。     

基于单次散射反照率的矿物高光谱稀疏解混

矿物的混合多属于致密型混合,在可见光—短波红外波段的混合呈现非线性特征,同时由于矿物混合的复杂性以及图像中完全纯净的像元可能不存在等原因,使得从图像上提取端元具有较大不确定性。本文根据矿物单次散射反照率的线性可加性,提出一种基于矿物单次散射反照率光谱库的稀疏解混算法,利用Hapke模型将矿物反射率转换成矿物单次散射反照率,构建矿物单次散射反照率光谱库,以半监督的方式通过稀疏回归的方法从光谱库中寻找最优端元组合,并估算混合像元中各端元的丰度。利用RELAB矿物混合光谱库进行算法验证,结果表明,丰度反演的平均绝对误差为3.12%;将本文方法应用于美国内华达州铜矿区的AVIRIS高光谱图像数据,所得丰度图与美国地质勘探局USGS矿物识别结果具有较好的一致性。本文算法不需要从图像提取端元,并且考虑到了矿物的非线性混合特征,能够得到较高的反演精度,在近地行星和卫星表面岩矿成分的探测等领域具有较好的应用前景。     

归一化地物子空间投影下的光谱解混方法

针对线性光谱解混方法,全约束条件下的最小二乘准则和正交子空间投影(OSP),因缺乏物理约束条件使得组分丰度估值容易出现负值这一问题,该文在线性光谱混合分析模型中增加光谱组分丰度"和为1"且为"非负"的约束条件,提出了归一化地物子空间投影下(NMSP)的光谱解混方法。该方法假定一条基准端元已知以消除组分之间的相关性,再基于基准端元对端元矩阵和影像矩阵进行平移,进一步消除像元在端元方向投影时原点引起的错误。实验结果表明,与约束条件下的OSP分类器以及最小二乘法相比,NMSP在光谱解混中可以得到更加合理的地物组分丰度且能保持端元丰度"非负"和稀疏的物理特性。     

基于混合像元分解与EM算法的中低分辨率遥感影像变化检测

中低分辨率遥感影像中广泛存在的混合像元极大地限制了变化检测结果的精度。基于混合像元分解技术,能够深入到像元内部,比较不同端元的组成分差异影像,然后获取亚像元级别的变化信息。如何从差异影像中确定合适的变化阈值,从而准确地判断变化是否发生,是一个难点问题。在高斯模型分布假设的情况下,采用最大期望法（expectation maximization,EM）自动提取最佳阈值,完成自适应的变化检测过程。选择了两种典型的阈值选择方法与该方法进行比较,结果证明基于EM的自适应变化检测方法可以更准确地提取变化信息,具有较好的稳健性。     

黄河口遥感图像光谱混合分解

探讨了用逻辑斯蒂法进行了光谱混合分解的新技术，采用黄河口LM图像进行了分析。结果表明，它不仅能给出分类结果图像，而且能产生组成像元各地类的丰度图像，说明分类图像是在某种置信度下的结果。     

基于权重光谱解混方法的高光谱矿物填图

提出了一种基于Fisher权重分析的迭代光谱解混方法(WLSMA),该方法首先对高光谱图像进行区域分割,在分割后的各子块中自动提取端元;再次对提取的端元进行聚类,从光谱的整体特征上将不同类别的端元区分开,针对聚类结果中的每一类别各选取几个具有代表性的端元光谱,并对最优光谱进行窗口卷积处理,结合In_CoB指标构建端元光谱样本库;最后对图像进行迭代光谱解混处理,在丰度反演过程中引入基于Fisher准则的补偿权值矩阵以提高反演精度。AVIRIS高光谱数据实验证明,WLSMA不需要大量先验信息,利用Fisher准则和迭代光谱分析理论增强了相似性矿物的可分性,为加强对矿区地表岩性的认识和模拟提供了更大的灵活性和可能性,对高光谱矿物填图有一定的借鉴意义。     

基于MERIS影像空间、光谱及时间维信息提取亚像元级的土地覆盖组分

及时获取有效的土地覆盖信息是地球系统模拟的基础。因此,中等空间分辨率传感器如MODIS或MERIS空前的通道设置与观测能力,使其具有快速更新土地覆盖图的能力。本文说明了如何结合MERIS的空间维（像元大小为300m）、光谱维（可见光与近红外范围内15个通道）和时间维（重返周期2—3d）,用于获取不同区域土地覆被组分的亚像元级组成权重。利用4月、7月和8月三期MERIS FR1b级数据得到荷兰主要土地覆被类型的组成权重。单一时相和多时相的数据都使用单个像元最优化的端元数进行线性光谱分解。利用一种形态偏离指数得到MERIS的空间维并用于端元的选择。应用荷兰土地利用数据库（LGN5）25m分辨率的栅格数据作为本文的参考数据。基于这种数据的高分辨率,因此可以从像元和亚像元的水平同时评价的分类精度。结果显示,结合4月和7月的影像可以获得最优的分类结果,精度约为58%。总的说来,亚像元和像元级的分类精度相似。通过几种组分类别和日期的光谱融合表明,物候状况对于数据获取时相最佳结合的选择以及正确识别土地覆盖类型的重要性。     

基于光谱滤波器的混合像元分析

提出一种利用光谱滤波器进行遥感图像混合像元全约束分解的新算法。该算法利用端元光谱中与背景光谱正交的光谱成分构建光谱滤波器,滤除混合像元中的背景干扰成分,直接获取信号光谱的丰度。采用该光谱滤波器多次迭代分解,修正单个混合像元的端元光谱空间,获取其确切的端元光谱配置,保证了分解时各端元丰度的非负性,实现混合像元的全约束分解。多光谱数据仿真实验证明,与全约束最小二乘法(FCLS)和正交投影(OSP)分解法相比,该方法虽然在时间方面略逊一点,但其分解结果与实际结果的相关系数高,均方根误差小,具有很高的分解精度,在遥感定量分析方面具有重要的应用潜力。最后给出了该算法在真实的高光谱图像中进行混合像元分析的结果。     

Evaluation of MIVIS Hyperspectral Data for Mapping Soil Degradation in an Upland Ecosystem of Southern Italy

Abstract

This paper describes the first stage of an experiment aiming to evaluate the potential and limitations of MIVIS data for mapping the degradational state of soils in a sub‐scene of a southern Apennines study area (Italy). After radiometric rectification of the image data and the collection of a field/laboratory spectral library, linear spectral mixture modelling (SMA) was used to decompose image spectra into fractions of spectrally distinct mixing components. Spectral endmember selection was based upon a principal component analysis (PCA) applied to a set of soil spectra, collected from the spectral library. The resulting abundance estimates (fractions) trough SMA were then analysed to identify soil conditions and to obtain an improved measure of dry and green vegetation cover. A map of soil conditions and dry‐green vegetation abundance, based upon MIVIS data was then derived from normalised fractions of soil‐vegetation endmembers obtained from SMA.