递归滤波与KNN的高光谱遥感图像分类方法

为了有效去除高光谱图像中的噪声,强化空间结构,充分利用地物目标的空间上下文信息,提升高光谱图像的分类精度,提出一种基于递归滤波(recursive filtering,RF)和KNN(k-nearest neighbor)算法的高光谱图像分类方法。首先,利用主成分分析法对高光谱图像进行降维;其次,通过RF算法对降维后的主成分图像进行滤波,以增强遥感图像的轮廓特征;然后,采用KNN算法计算测试样本与不同类别训练样本的欧式距离,根据比较k个最小欧式距离的平均值得到测试样本所属类别;最后,在2个典型的数据库上进行实验验证,并分析所提算法中不同参数对分类精度的影响。实验结果表明,RF算法可以有效地去除噪声点,强化图像轮廓,与其他高光谱图像分类方法相比,该方法在分类准确性方面表现突出。     

典型遥感数据分类方法的适用性分析——以遥感图像场景分类为例

目前普遍采用的分类器通常都是针对单一或小量任务而设计的,在小数据量的处理中能取得比较满意的结果。但对于海量遥感数据的处理,其在处理时效和分类精度方面还有待研究。本文以遥感图像场景分类任务为例,着重对遥感数据分类问题中几种典型分类方法的适用性进行比较研究,包括K近邻(KNN)、随机森林(RF),支持向量机(SVM)和稀疏表达分类器(SRC)等。分别从参数敏感性,训练样本数据量,待分类样本数据量和样本特征维数对分类器性能的影响等几个方面进行比较分析。实验结果表明:(1)KNN,RF和L0-SRC方法相比RBF-SVM,Linear-SVM和L1-SRC,受参数影响的程度更弱;(2)待分类样本固定的情况下,随着训练样本数目的增加,SRC类型分类方法的分类性能最佳,SVM类型方法次之,然后是RF和KNN,在总体分类时间上呈现出L0-SRCL1-SRCRFRBF-SVM/Linear-SVMKNN/L0-SRC-Batch的趋势;(3)训练样本固定的情况下,所有分类方法的分类精度几乎都不受待分类样本数目变化的影响,RBF-SVM方法性能最佳,其次是L1-SRC,然后是Linear-SVM,最后是RF和L0-SRC/L0-SRC-Batch,在总体分类时间上,L1-SRC和L0-SRC相比其他分类方法最为耗时;(4)样本特征维数的变化不仅影响分类器的运行效率,同时也影响其分类精度,其中SRC和KNN分类器器无需较高的特征维数即可获得较好的分类结果,SVM对高维特征具有较强的包容性和学习能力,RF分类器对特征维数增加则表现得并不敏感,特征维数的增加并不能对其分类精度的提升带来更多的贡献。总的来说,在大数据量的遥感数据分类任务中,现有分类方法具有良好的适用性,但是对于分类器的选择应当基于各自的特点和优势,结合实际应用的特点进行权衡和选择,选择参数敏感性较小,分类总体时间消耗低但分类精度相对较高的分类方法。     

多源多特征集成的南美洲典型地区湿地制图

南美洲湿地面积广且类型多样，但湿地制图相关研究匮乏，通过遥感手段可为南美洲全域湿地制图提供科学技术支撑。本研究依托GEE (Google Earth Engine)平台面向南美洲湿地提出一种多源多特征集成的湿地制图方法。研究选取南美洲典型湿地地区为研究区，首先利用已有土地覆盖数据集提出一种有效的湿地样本采集流程以保证样本质量，其次结合哨兵1号、哨兵2号和SRTM数据构建多源特征集合，并基于随机森林的递归特征消除算法(RF＿RFE)进行特征优选，构建不同特征组合方案对比多源特征对湿地分类结果的影响，最后采用随机森林算法对研究区湿地进行分类提取。研究结果表明，设计样本采集方案可有效提高样本质量，多源特征集合能够提升湿地分类精度，特征优选能够减少特征冗余并提升分类精度。研究区分类总体精度为85.62%,Kappa系数为0.8333，其中湿地类别的精度最低为69.85%，最高为95.18%。     

基于流形对齐的高光谱遥感图像降维和分类算法

多时相的高光谱遥感图像数据处理中会出现地物光谱特征漂移的现象。为了提高源域数据已有知识对目标域数据分类的精度,采用了基于流形对齐的分类算法。先用一个标准的线性或非线性的降维方法将2个高光谱遥感数据集映射到低维(流形)空间中,再用Procrustes分析方法将其低维嵌入之间的平移、旋转和缩放因子剔除,得到数据集间的最优对齐,最后用最近邻算法进行分类。对多个不同时相高光谱遥感图像进行实验,并对比了已有的流形对齐算法,结果表明本算法具体较好的迁移能力和分类效果。     

基于混合式特征选择的高分五号影像农田识别

精准农田识别是农作物估产和粮食安全评估的基础。遥感数据作为农田识别的重要数据源,可提供动态、快速的监测结果。高光谱数据在农田识别分类方面具有巨大的应用潜力,但其中的冗余波段影响了分类效率和分类精度。因此,本研究提出了一种适用于高光谱数据农田分类的混合式特征选择算法。首先,基于变量的重要性排序或约束程度,按步长逐步进行降维;其次,寻找分类精度骤减的转折点,并将其对应的变量作为特征子集;最后,利用序列后向选择SBS（Sequential Backward Selection）方法搜索最优分类特征子集。本研究利用GF-5高光谱数据,共研究了3种降维方法（随机森林RF（Random Forest）、互信息MI（Multi-Information）和L1正则化（L1 regularization））和3种分类算法（随机森林、支持向量机SVM（Support Vector Machine）和K近邻KNN（K-Nearest Neighbor））的组合在农田分类中的表现。结果表明,基于L1正则化法得到的特征子集自相关性较低,并且包含的红边和近红外波段有效提高了农田、森林和裸土的区分度。在不同分类模型比较中发现,SVM在高维空间中表现出非常好的抗噪能力,分类精度高于RF和KNN。而RF在低维空间中的泛化能力要高于SVM和KNN。相比于第一步降维得到的特征子集,使用SBS搜索得到的最优特征子集均提高了分类精度。最终,具有23维输入的L1-SVM-SBS分类模型得到了最高的总体分类精度（94.64%）和农田召回率（95.83%）。本研究为高光谱数据特征优选提供了一种新思路,筛选出了更具代表性的特征波段,提高了农田分类精度,对高光谱遥感分类研究具有参考价值。     

GEE环境下联合Sentinel主被动遥感数据的国家公园土地覆盖分类

国家公园的土地覆盖分类对于掌握自然资源现状、查明存在的生态安全威胁并快速应对具有基础性数据支撑作用。基于谷歌地球引擎（Google Earth Engine,GEE）平台,结合哨兵（Sentinel）主被动遥感数据及其导出的光谱指数、纹理特征和地形特征,分别采用基于像元的随机森林（random forest,RF）算法和面向对象的简单非迭代聚类（simple noniterative clustering,SNIC）+RF算法实现了钱江源国家公园异质性景观的土地覆盖（耕地、森林、草地、水体、人造地表和裸地）分类。地面实验表明,在多种输入数据组合中,基于像元和面向对象方法分类获得的最高总体精度分别为92.37%和93.98%。合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）数据的纳入能够提高基于像元方法的分类精度,但在面向对象方法中未能体现精度提升效果。通过SNIC+RF算法生成的土地覆盖分类图完整性更好,所需特征数量较少,并且算法能够在GEE环境下快速执行,适用于国家公园管理实践。     

基于FAST和BRIEF的密度聚类图像匹配算法改进

FAST(Features From Accelerated Segment Test)特征检测算法是通过邻域像素比较来确定特征点,运算简单,同时采用BRIEF(Binary Robust Independent Elementary Features)算子进行二值化特征描述,可有效降低数据复杂度,提高匹配速度。因此,结合FAST和BRIEF算法,对截取的图像感兴趣区域(ROI)进行特征点提取,在减少数据量的基础上保证了图像特征点的快速获取与匹配;同时,利用机器学习中的密度聚类(DBSCAN),将暴力匹配特征点对的角度和距离作为二维数据样本集进行簇分类,优化改进匹配结果,有效提高匹配精度。通过实验比对改进结果与RANSAC(Random Sample Consensus)错误剔除算法,表明该方法提取速度快、匹配精度高。     

GF-6影像应用于林地与非林地识别的潜力分析

为研究我国首颗携带红边波段的高分六影像（GF-6）在林地与非林地上的识别贡献,本文选择复杂林地类型的安徽省黄山市作为研究区,采用特征优选（RFE）与随机森林（RF）相结合的方法开展了林地与非林地识别潜力研究。首先根据实地调查、Google Earth影像及林地"一张图"样本数据构建了样本库;然后基于DEM、多时相光谱特征、植被指数、红边指数等特征开展分类,并比较不同模型精度及不同变量的重要度。结果表明：GF-6红边信息对林地非林地识别较为重要,引入红边信息可将总体分类精度提升2%,其他新增波段及地形特征对林地与非林地识别贡献并不明显;多时相数据的运用相比单时相数据可整体提高林地类型的分类精度2.93%~4.1%,单时相分类结果6月最好,9月次之,12月最差;特征优选可以有效减少数据输入维数（46到15）,并取得最高分类精度,在不牺牲精度的同时保证了运算数据量的减少且明确了不同变量的贡献,具有较强的应用意义。     

基于Relief F与卷积神经网络的湿地植物群落精细分类

湿地是陆地生态系统和水生生态系统之间的重要过渡带,准确高效地获取湿地植物群落分布信息对于保护湿地具有深远的意义。本文以无人机多光谱影像为数据源,首先构建包含光谱特征、植被指数和纹理特征的多维特征数据集,并采用Relief F算法进行特征优选,确定最优特征数据集;然后构建基于特征优选的卷积神经网络(CNN)分类模型,对最优特征数据集进行分类,并与基于原始多光谱影像的CNN和随机森林(RF)分类方法进行对比。结果表明：(1)随着特征个数的增加,分类精度先增加后下降,当特征数为32时分类精度最高;(2)窗口为13×13的GLCM提取的信息熵和同质性等纹理特征及GNDVI、MSAVI2、RVI等多光谱植被指数重要性较高;(3)基于最优特征数据集的CNN分类模型,能够有效提取空间光谱信息,抑制“椒盐现象”的产生,分类效果最佳,总体精度达93.40%,与未进行特征优选的RF和CNN分类模型相比分别提高了9.80%和7.40%。     

空谱特征分层融合的高光谱图像特征提取

利用基于光谱维的特征提取方法将原始高光谱图像数据降到一定维数,对降维后的数据采用多尺度自适应加权滤波器(adaptive weighted filters,AWF)进行滤波,将在所有尺度上得到的滤波结果分层融合为新的图像,设计了分层融合框架,有效提取出了高光谱图像中重要的空谱特征,从而提高了分类精度。又将主成分分析(principal component analysis,PCA)算法融入到该框架中,提出了分层融合-主成分分析(hierarchical fusion principal component analysis,HF-PCA)算法。该方法不仅降低了波段间的冗余性,而且削弱了样本的类内差异性,提高了高光谱图像的分类精度。在Indian Pines和Salinas数据库上的实验结果表明,即使在训练样本数量较少的情况下,由HFPCA算法得到的分类精度明显高于其他算法,2种数据总体分类精度的最大值分别为86. 73%和95. 01%,有效提高了高光谱图像的分类精度。     

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。     

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。     

利用改进SEaTH算法的面向对象分类特征选择方法

针对分离阈值法(SEaTH)仅从类间距离评价特征,没有考虑类内距离和特征之间相关性的不足,提出了一种改进的SEaTH算法——ISEaTH。该算法分别依据特征相关性、类间距离和类内距离对特征进行评价,然后综合利用多种评价结果获取最优的特征子集。采用新疆喀什地区的QuickBird数据进行了特征选择的实验。结果表明,该方法不但能降低特征维数,有效优化特征空间,还能提高分类精度。     

基于Sentinel-2A的红树林提取机器学习方法比较

红树林和生态环境保护、生态平衡和生物多样性息息相关。使用Sentinel-2A数据获取海南省东寨港红树林保护区的遥感影像,对数据进行预处理,提取光谱特征、纹理特征和湿度特征,基于K近邻（K-nearest neighbor,KNN）、随机森林（random forest,RF）、决策树、支持向量机（support vector machine,SVM）和反向传播神经网络（back propagation neural network,BPNN）方法,通过多次实验提取出海南省东寨港红树林区域,并探讨了机器学习方法中不同类型分类器在提取红树林过程中的优缺点。结果表明：(1)Sentinel-2A的Band8A、Band11、Band12波段组合能够较好突出红树林特征,结合湿度特征和纹理特征可以提高红树林的分类精度;(2)基于机器学习方法能够准确提取红树林区域,其中,SVM分类精度最高,达到92.31%,BPNN、RF分类精度分别为88.46%、90.38%,Kappa系数表明分类结果具有良好的一致性;(3)比较不同机器学习方法对红树林的分类效果,发现SVM和BPNN等非线性方法能提取出更准...     

基于随机森林的遥感影像雪冰云信息检测方法

结合随机森林(random forest,RF),提出了一种检测遥感影像雪冰云信息方法.建立有效区分影像中冰凌、雪、云的特征组合,采用随机森林算法和形态学操作得到初步分类检测结果,进一步对分类检测流程优化,增加了"二次检测".实验结果表明,采用优化后的算法总体分类精度均为90％以上、Kappa系数均为0.8以上,精度较...     

基于分类规则挖掘的遥感影像分类研究

分析了目前遥感影像的统计分类、神经网络分类及基于符号知识的逻辑推理分类方法的优缺点.以GIS为平台,构建了多源空间数据库,将数据挖掘的思想和方法引入遥感影像分类中,提出了面向分类规则挖掘的遥感影像分类框架.针对遥感光谱数据及其他空间数据的特点,定义了连续属性样本分类概念和分割点评价指标,提出了一种新的连续属性样本分类规则挖掘算法.选择一个试验区,采用该算法分别对遥感光谱数据、遥感光谱和DEM数据相结合的数据进行分类规则挖掘、遥感影像分类和分类精度比较.结果表明：（1）该算法具有较高的分类精度;（2）加入DEM等与分类相关的其他空间数据可以提高遥感影像的分类精度.通过挖掘分类规则进行遥感影像分类,扩展了基于知识的逻辑推理分类方法中知识获取渠道,提高了分类规则获取的智能化程度.新的连续属性样本分类规则挖掘算法,扩展了归纳学习算法对连续属性样本分类的适应性.     

基于随机森林算法的地表温度降尺度研究

地表温度(land surface temperature,LST)是地面能量平衡等模型中的重要参数之一。高时间分辨率的遥感LST可通过降尺度处理实现空间分辨率的提高,这对详细的LST时空分布监测具有重要意义。以北京市为研究区,选择Landsat8 OLI/TIRS数据,通过改进的单窗(improved mono-window,IMW)算法反演LST作为验证数据,在计算归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和归一化差值建筑指数(normalized difference built-up index,NDBI)等多种遥感指数并模拟至1 000 m空间分辨率的基础上,联合空间分辨率为1 000 m的MODIS/LST产品,利用随机森林(random forest,RF)模型实现LST(100 m空间分辨率)降尺度,并与多因子回归方法和基于植被指数的LST锐化算法(TsHARP)2种常用降尺度方法进行对比。实验结果表明:以模拟Landsat/LST作为降尺度数据源,RF方法降尺度LST的均方根误差(root-mean-square,RMSE)为2.01 K,与多因子回归方法和TsHARP算法相比,精度分别提高了0.16 K和0.44 K;针对MODIS/LST降尺度时,RF方法的RMSE为2.29 K,与多因子回归方法和TsHARP算法相比,精度分别提高了0.42 K和0.50 K;针对不同地表类型,RF算法降尺度效果不同,其中高植被覆盖区表现最优,RMSE为1.81 K;城镇表面因其空间异质性,RMSE则达到了2.75 K。     

基于小波与遗传算法的特征提取与特征选择

高维遥感数据的分类与识别与传统的多光谱遥感分类技术具有明显的区别。本文提出了一种基于遗传算法和小波／小波包分析相结合的特征提取方法用于高维遥感数据降维与分类。该方法综合了遗传算法的全局优化和小波／小波包分析的多尺度、多分辨率的特点。首先,通过离散的小波变换(DWT)或小波包变换(WP)将高光谱信号变换到特征域进行光谱分解。由于DWT变换是一种线性变换,不同尺度的DWT系数可作为线性光谱特征。然后,对这些线性光谱特征利用遗传算法结合训练样本计算类内／类间距离搜索最优分类子集,其具体染色体编码取可能的特征号,适应度函数基于样本平均Jeffries-Matusita距离计算。所用的分类器采用最大似然分类器。试验结果表明该方法与常规特征提取算法如主成分变换(PCA)、判别分析特征提取(DAFE)、决策边界特征提取(DBFE)相比,能提高分类精度约1.1％-6.5％。     

基于主动深度学习的极化SAR图像分类

针对极化SAR图像在监督分类时存在人工标注样本费时费力以及浅层结构学习算法的表达能力有限等问题,提出一种基于主动深度学习的极化SAR图像分类方法。首先,对测量数据进行多种极化特征提取,以便完整地描述图像信息;在此基础上,通过自动编码器对大量无标记样本进行非监督学习,提取更具可分性和不变性的深层特征;然后,利用少量标记样本训练分类器,并与自动编码器连接,以监督学习的方式微调整个网络;最后,通过主动学习,选择对当前分类器最有价值的样本(分类模糊度最大的样本)进行人工标记,并加入到训练样本中,重新训练分类器和微调网络。对RADARSAT-2和EMISAR极化SAR影像进行不同分类的实验结果表明,该方法能在更少人工标记的样本下获得较高的分类精度。     

高光谱图像的JM变换自适应降维

在无需先验标签样本的情况下,非监督降维可以有效简化高光谱图像的特征空间,避免目标分类中的霍夫效应。本文提出JM非线性变换优化的自适应降维模型来研究面向图像目标分类的高光谱波段选择问题。该方法考虑波段的信息量和独立性等两个重要因子,针对其测度方法的差异性问题,引入JM变换函数进行规范化优化。选用线阵高光谱和面阵显微光谱等两个图像数据集,在k最邻近和随机森林分类器下,进行了多组监督分类实验,结果表明,在Kappa系数、总体分类精度和平均分类精度上,本文方法均优于3种非监督方法MABS、InfFS和LSFS。说明本文提出的JM变换的自适应降维模型能够有效降低特征维度,满足高光谱图像分类的高精度要求。