一种基于输入向量机的高光谱影像分类算法

支持向量机分类方法存在惩罚系数需要交叉验证获取、训练时间较长、支持向量个数随着训练样本数量的变化而变化,以及稳定性和稀疏性较差等问题。针对这些问题,提出了一种基于输入向量机的高光谱影像分类算法。该算法在核逻辑回归模型的基础上,采用前向贪心算法选择训练样本中的输入向量来进行模型的训练,达到稀疏的目的,提高影像的分类精度和分类效率。通过PHI和OMIS两组高光谱影像分类实验,结果表明基于输入向量机分类算法具有稳定性好、稀疏性强的优点。     

基于相关向量机的高光谱影像分类研究

虽然支持向量机在高光谱影像分类得到成功应用,但是它自身固有许多不足之处。相关向量机是在贝叶斯框架下提出的更加稀疏的学习机器,它没有规则化系数,其核函数不需要满足Mercer条件,不仅具备良好的泛化能力,而且还能够得到具有统计意义的预测结果。本文从分析支持向量机用于高光谱影像分类存在的不足出发,提出了一种基于相关向量机的高光谱影像分类方法,介绍了稀疏贝叶斯分类模型,将相关向量机学习转化为最大化边缘似然函数估计问题,并采用了快速序列稀疏贝叶斯学习算法。通过PHI和OMIS影像分类实验分析表明了基于相关向量机的高光谱影像分类方法的优越性。     

一种基于纹理和光谱特征的高光谱影像信息向量机分类方法

针对高光谱影像中空间特征信息利用不足的问题,提出了一种基于纹理和光谱特征的高光谱影像信息向量机分类方法。该方法首先采用三维Gabor滤波器对高光谱影像数据立方体进行纹理特征提取,提取后的影像数据同时具有光谱和纹理特征,避免了传统纹理特征提取带来的高维特征和光谱不连续的问题;然后采用分类精度和效率都较高的信息向量机进行分类处理。通过AVIRIS高光谱影像实验,结果表明该方法不仅提高了影像的分类精度,而且还消除了分类结果图中的类别噪声现象。     

高光谱影像概率分类向量机分类方法研究

从分析基于支持向量机和相关向量机的高光谱影像分类方法的优势和不足出发,将基于概率分类向量机的方法用于高光谱影像分类试验。在贝叶斯理论框架下,概率分类向量机为基函数权值引入截断Gauss先验概率分布,使得不同类别的基函数权值具有不同符号的先验分布,并利用EM算法进行参数推断,得到足够稀疏的概率模型,弥补了相关向量机选取错误类别的样本作为相关向量的不足,从而有效地提高了模型的分类精度和稳定性。OMIS和PHI影像分类试验表明,概率分类向量机能够很好地应用在高光谱影像分类。     

利用稀疏自表达实现高光谱影像波段选择

提出一种稀疏自表达方法来研究高光谱影像分类中的波段选择问题。该方法利用字典矩阵等于测量矩阵的条件来改进多观测向量的稀疏表达模型,将波段子集看作高光谱影像波段集合中的代表子集。稀疏自表达方法将波段选择转换为寻求多观测向量中稀疏系数矩阵的非零行向量问题,通过引入混合范数来限定非零元素行向量的个数,利用快速交替方向乘子方法求解稀疏系数矩阵,并聚类非零行向量,实现波段的有效选择。基于两个公开高光谱影像数据集并对比其他4种波段选取方法来验稀疏自表达方法。实验结果证明,稀疏自表达方法能够在计算效率明显优于基于波段相关性的线性限制最小方差方法的同时,取得与该方法和非负稀疏矩阵分解方法相匹甚至略高的总体分类精度。     

关联向量机在高光谱影像分类中的应用

将关联向量机应用于高光谱影像分类, 实现高维空间中训练样本不足时分类器的精确建模。从稀疏贝叶 斯理论出发, 分析关联向量机原理, 探讨一对多、一对一和两种直接的多分类方法。实验环节比较了各种多分类方 法, 并从精度、稀疏性两方面将关联向量机与支持向量机等经典算法比较。实验结果表明, 两种直接的多分类方法 内存占用大、效率低; 一对多精度最高, 但效率较低; 一对一计算效率最高, 精度与一对多近似。关联向量机精度 不如支持向量机, 但解更稀疏, 测试样本较多时实时性好, 适合处理大场景高光谱影像的分类问题。     

基于主动学习和空间约束的高光谱影像分类

高光谱影像具有数据量大、波段数多和信息冗余等问题,其分类一直是目前的一项研究热点。针对高光谱影像分类存在的问题,本文提出了一种利用主动学习和空间约束的高光谱影像分类方法。首先利用样本的先验分布状态建立样本的置信度模型,迭代选择最有"价值"的样本扩充训练样本库,以此训练最优的支持向量机分类器对高光谱影像进行分类,然后利用马尔科夫随机场(Markov Random Fields,MRF)引入空间信息,优化分类结果。文中在Indian Pines数据集上验证提出方法的有效性。实验结果表明,本文提出的方法通过样本的先验信息训练最优的SVM模型,能够有效地分类不同地物,总体分类正确率达到88%以上。     

高光谱影像特征子集选择方法

针对高维遥感数据的降维困难问题,该文提出并构建了一种融合粒子群优化算法全局寻优能力和支持向量机优秀分类性能的高光谱遥感影像特征子集选择与分类方法。通过引入混沌优化搜索技术改进融合粒子群优化算法的全局寻优能力;提出并采用一种基于粒度的网格搜索策略对支持向量机模型参数进行优化;利用二进制融合粒子群优化算法进行特征选择;然后,支持向量机采用该特征子集所对应的训练数据集进行模型参数优化和分类。实验结果表明该方法能有效地提取出用于分类的最佳波段,具有较高的分类精度。为高光谱遥感影像的特征选择与分类探索出了一种可行的方法。     

基于稀疏判别分析的高光谱影像特征提取

针对当前特征提取方法不能充分挖掘高光谱影像稀疏特性的问题,提出一种基于稀疏判别分析的高光谱影像特征提取方法。首先,在线性判别分析的系数向量中引入稀疏正则项来捕获具有更强判别能力的特征,将高光谱影像映射至低维稀疏的子空间;然后,利用迭代优化方法对模型进行求解。利用Salinas和Pavia University高光谱影像进行对比实验,所提方法与分类方法结合用于影像分类时,其分类精度优于其他方法,总体分类精度分别达到97.42%和97.64%。     

面向对象的高光谱遥感影像稀疏表示分类

稀疏表示用于高光谱遥感影像分类多是基于像素层次来处理的。文中提出一种面向对象的高光谱遥感影像稀疏表示分类方法。首先从高光谱影像中提取4个波段组成标准的多波段影像,进行面向对象的影像分割;然后计算各对象在各波段上的光谱均值,并选取少量样本进行训练;最后利用基于Fisher字典学习的稀疏表示进行高光谱遥感影像的分类。实验结果表明,该方法可以利用较少的样本得到较好的分类效果,与基于像素层的稀疏分类相比较,分类精度与效率均有所提高,分类结果更接近真实地物,避免了零碎图斑。     

高光谱影像稀疏解混的空间同质分析法

本文针对高光谱遥感影像端元丰度的稀疏性和空间分布平滑性,提出一种基于空间同质分析的稀疏解混算法。该算法首先对高光谱影像进行空间同质分析来提取同质指数,然后根据同质指数对稀疏回归解混模型中的空间正则项赋予不同权重,使其能更好地反映高光谱影像端元丰度分布的空间复杂性,进而实现对高光谱混合像元的有效分解。模拟数据和真实数据的实验分析表明：本文提出的算法能更好地保持结果的稀疏性和丰度空间分布的平滑性并且具有一定的抗噪性,提高了整体的解混精度。     

基于支持向量回归的高光谱影像目标探测

高光谱影像目标探测可视为一个分类问题,本文通过揭示支持向量回归(SVR)与支持向量分类(SVC)之间的关系,证明了SVR用于分类的可行性,并以此为根据提出了一种基于SVR的目标探测算法,该算法利用虚拟维数得到端元个数的估计,结合端元选择和线性混合模型生成训练样本替代从影像中选择的训练样本,因而减少了对影像先验知识的依赖。采用模拟数据和由AVIRIS获得的高光谱影像对本文算法进行了检验,结果令人满意。     

A support vector machine classifier based on a new kernel function model for hyperspectral data

The kernel function is a key factor to determine the performance of a support vector machine (SVM) classifier. Choosing and constructing appropriate kernel function models has been a hot topic in SVM studies. But so far, its implementation can only rely on the experience and the specific sample characteristics without a unified pattern. Thus, this article explored the related theories and research findings of kernel functions, analyzed the classification characteristics of EO-1 Hyperion hyperspectral imagery, and combined a polynomial kernel function with a radial basis kernel function to form a new kernel function model (PRBF). Then, a hyperspectral remote sensing imagery classifier was constructed based on the PRBF model, and a genetic algorithm (GA) was used to optimize the SVM parameters. On the basis of theoretical analysis, this article completed object classification experiments on the Hyperion hyperspectral imagery of experimental areas and verified the high classification accuracy of the model. The experimental results show that the effect of hyperspectral image classification based on this PRBF model is apparently better than the model established by a single global or local kernel function and thus can greatly improve the accuracy of object identification and classification. The highest overall classification accuracy and kappa coefficient reached 93.246% and 0.907, respectively, in all experiments.     

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。     

空-谱信息与稀疏表示相结合的高光谱遥感影像分类

针对传统的高光谱遥感影像分类中多依赖光谱信息而忽视空间信息以及提取的特征维数高的问题,提出了一种空-谱信息与稀疏表示相结合的分类算法。首先,利用最小噪声分离对原始影像进行降维,在此基础上,对主成分图上局部影像块内的所有像素进行重组,并用排序的方法得到旋转不变的空-谱特征。然后,对空-谱特征进行监督学习得到字典,并将提取的测试样本的空-谱特征编码到字典中以得到测试样本的稀疏表示。最后,使用支持向量机分类器(SVM)对高光谱影像进行分类。3组高光谱数据试验表明,与传统的分类方法比较,本文方法能有效提高分类精度。     

高光谱影像的DAE分类

针对高光谱影像非线性分类问题,根据高光谱影像光谱分辨率高且光谱具有非线性的特点,结合深度学习理论,提出了一种采用降噪自动编码器(DAE)的高光谱影像分类方法。该方法结合降噪自动编码器与SOFTMAX分类器,构造深层网络分类模型;然后,利用加噪后的光谱数据,采用Dropout方法对分类模型进行预训练和微调;最后,利用训练得到的网络模型学习高光谱影像光谱的隐含特征,实现高光谱影像的分类。采用该方法对AVIRIS和PHI的高光谱影像分别进行分类对比实验,结果表明该方法能有效提高高光谱影像分类精度。     

稀疏差异先验信息支持的高光谱图像稀疏解混算法

基于光谱库的高光谱稀疏解混技术近年来得到了人们的关注,该技术利用光谱库中光谱样本作为端元,将解混问题转化为稀疏表示问题。然而,由于测量环境的差异,待解混图像的实际端元往往与光谱库中相应光谱信号存在差异。本文提出了一种光谱差异稀疏约束的联合稀疏回归解混算法。首先,假设光谱差异具有稀疏特性,建立了光谱库校正模型,使得在解混过程中可对光谱库进行自适应地调整;然后,将光谱库校正模型与联合稀疏回归解混模型结合,建立了考虑光谱差异的稀疏解混模型;最后,基于交替方向乘子法得到了迭代优化解决方案。分别利用仿真和真实高光谱数据进行了试验验证,结果表明,在光谱库不匹配的情形下,本文方法能够有效提高稀疏解混算法的解混性能。