一种顾及上下文的高光谱遥感图像端元提取方法

端元提取技术是混合像元分解中重要的步骤之一,传统的端元提取方法仅考虑了像元的光谱信息。本文将数学形态学算子扩展到高光谱空间,并应用到端元提取技术中,可以顾及像元的上下文信息。利用AVIRIS高光谱仿真数据对算法进行了实验验证,结果表明本文算法具有较强的抗噪能力和较高的可靠性。在此基础上,结合徐州地区的EO-1 Hyperion高光谱遥感图像,使用本文算法进行了端元提取应用研究,将实验结果与纯净像元指数、顶点成分分析方法做了对比分析和精度评价,证明本文算法是一种可靠的高光谱遥感图像端元提取技术。     

面向端元提取的光谱角特征空间图像分块方法

传统的高光谱端元提取算法一般是在高维的光谱特征空间中进行运算,并且图像的全部像元都参与算法,因此运算量偏大,运算效率较低。提出了一种光谱角特征空间的概念,利用图像的空间信息辅助端元提取。图像的全部像元都可以映射到8维的光谱角特征空间中,样本点在特征空间中距离原点的远近表征了其在图像中的位置是否为地物区块的边缘,利用这点可以对高光谱图像进行空间分割。在分割后的每个子块图像内部只选取少数"最纯"像元参与端元提取算法,从而大大降低了端元提取的计算复杂度。     

高光谱遥感图像的空间邻域指数

通过高光谱遥感图像空间邻域内光谱特征的变化,研究了邻域光谱度量指数;根据邻域内端元光谱特征的变化,提出了邻域独立端元指数提取图像的空间维细节信息。通过真实高光谱遥感图像检验,两类邻域指数能够较好地提取高光谱遥感图像中的细节,为进一步结合空间维、光谱维特征的高精度目标探测与识别创造了有利条件。     

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。     

空谱协同多尺度顶点成分分析的高光谱影像端元提取EI北大核心CSCD

针对顶点成分分析方法无法实现复杂地表环境下的高光谱影像端元精确提取问题,提出了一种基于空谱协同多尺度顶点成分分析的端元提取方法,通过影像空谱特征融合和聚类分割,对不同分辨率空间尺度下的分割影像进行端元协同提取,并考虑噪声对影像端元提取精度的影响,提升端元提取的精度。首先,对影像进行预处理,采用低秩矩阵分解去除噪声。其次,对高光谱影像进行空谱多特征提取,利用多特征融合和K-means算法进行聚类分割,获取地物分布的空间异质性信息,提升后续端元提取的精度。然后,对高分辨率影像空间降采样,利用顶点成分分析方法对降采样后的低分辨率分割图像进行端元提取,并利用坐标映射寻找高分辨率影像中的相应端元,利用光谱角来判定是否为纯端元。最后,遍历上述方法至所有分割影像以获取最终的端元集合。使用模拟数据和真实的高分五号高光谱数据对提出的方法进行实验验证。实验结果表明,空谱协同多尺度顶点成分分析方法可提取高精度的纯净端元,且计算效率较高。     

基于深度学习的高光谱遥感图像混合像元分解研究综述

高光谱遥感是以成像光谱学为基础发展起来的一项综合性遥感技术,它能够同步记录成像区域内地物的空间信息和光谱信号,故而也称为“成像光谱遥感”。高光谱遥感所获取的数据称为“高光谱遥感图像”,相较于传统的遥感数据,高光谱遥感图像具有光谱分辨率高和“图谱合一”的特点,目前已成为遥感工程应用中的重要支撑数据之一。然而,受空间分辨率限制,混合像元（即某一像元内包含多种类型的地物）问题始终限制着高光谱遥感在精细化地物信息提取工作中的作用。混合像元分解（“解混”）是现阶段处理混合像元问题最有效的分析方法,旨在从亚像元角度出发,获取像元中纯净的光谱信号（“端元”）,并分析出各类端元在像元内所占的比例（“丰度”）。在遥感领域,为实现地物信息精细化解译,目前已发展出不同类型的解混方法,在一定程度上解决了混合像元问题对遥感定量化分析的制约。如今,随着深度学习的发展,越来越多的先进理论和工具被用于处理混合像元问题,发展出了一类基于深度学习的新型解混方法。这些新方法以光谱混合模型为桥梁,用深度学习方式来解译光谱混合现象。相比于传统的解混方法,基于深度学习的解混方法在隐藏信息的挖掘和利用方面更具优势,对先验知识依赖程...     

高光谱遥感图像亚像元信息提取方法综述

高光谱遥感图像光谱分辨率高、波谱连续、图谱合一,这为精细地物分类、探测和识别提供了数据基础。然而,由于高光谱遥感图像空间分辨率的局限性及地物场景的复杂分布,混合像元普遍存在于高光谱遥感图像。混合像元是高光谱遥感图像精细信息提取与分析中的难点。解决混合像元问题,实现亚像元级信息的提取与分析是近年来高光谱遥感图像解译的热点和前沿。本文系统梳理了高光谱遥感图像亚像元信息提取的主要研究内容,具体从混合像元分解、亚像元制图及亚像元目标探测3个研究方向综述了经典方法,并对国内外相关方向的研究进展、发展前沿及主要挑战进行了分析与评价,最后分析讨论了高光谱遥感图像亚像元信息提取研究在模型构建、优化求解及与应用结合等方面的研究趋势及方向。     

利用分离性测度多类支持向量机进行高光谱遥感影像分类

从支持向量机的基本理论出发,结合高光谱数据的分离性测度,提出了一种基于分离性测度的二叉树多类支持向量机分类器,并用OMIS传感器获得的高光谱遥感数据和Hyperion高光谱遥感数据进行实验,分析比较了各种多类SVM的分类精度,并和传统的光谱角制图和最小距离分类算法进行了比较。结果表明,SVM进行高光谱分类时,基于分离性测度的二叉树多支持向量机的分类精度最高。     

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。     

基于粒子群算法的高光谱影像端元提取技术

基于凸面几何学理论,由端元作为角点的单形体的体积应该是最大的.著名的N-FINDR和SGA算法正是基于以上理论,通过在数据云中寻找体积最大的单形体来实现端元的自动提取.本文利用粒子群优化(PS0)技术,基于凸面几何学理论,设计了一个新的端元提取算法.利用模拟和真实高光谱影像对其进行了实验,并将其结果与N-FINDR和S...     

Multiscale quantification of urban composition from EO-1/Hyperion data using object-based spectral unmixing

Quantification of the urban composition is important in urban planning and management. Previous research has primarily focused on unmixing medium-spatial resolution multispectral imagery using spectral mixture analysis (SMA) in order to estimate the abundance of urban components. For this study an object-based multiple endmember spectral mixture analysis (MESMA) approach was applied to unmix the 30-m Earth Observing-1 (EO-1)/Hyperion hyperspectral imagery. The abundance of two physical urban components (vegetation and impervious surface) was estimated and mapped at multiple scales and two defined geographic zones. The estimation results were validated by a reference dataset generated from fine spatial resolution aerial photography. The object-based MESMA approach was compared with its corresponding pixel-based one, and EO-1/Hyperion hyperspectral data was compared with the simulated EO-1/Advanced Land Imager (ALI) multispectral data in the unmixing modeling. The pros and cons of the object-based MESMA were evaluated. The result illustrates that the object-based MESMA is promising for unmixing the medium-spatial resolution hyperspectral imagery to quantify the urban composition, and it is an attractive alternative to the traditional pixel-based mixture analysis for various applications.     

Incorporating band selection in the spatial selection of spectral endmembers

The impact of band selection on endmember selection is seldom explored in the analysis of hyperspectral imagery. This study incorporates the N-dimensional Spectral Solid Angle (NSSA) band selection tool into the Spectral-Spatial Endmember Extraction (SSEE) tool to determine a band set that can be used to better define endmembers classes used in spectral mixture analysis. The incorporation aims to define a band set that improves the spectral contrast between endmembers at each step of the spatial-spectral endmember search and ultimately captures key features for discriminating spectrally similar materials. The proposed method (NSSA-SSEE) was evaluated for lithological mapping using a hyperspectral image encompassing a range of spectrally similar mafic and ultramafic rock units. The band selected by NSSA-SSEE showed a good agreement with known features of scene components identified by experts. Results showed an improvement in the selection of detailed endmembers, endmembers that are similar and that can be significant for mapping. The incorporation of NSSA into SSEE was feasible because both methods are well suited for this process. NSSA is one of the few methods of band selection that is suitable for the analysis of a small number of endmembers and SSEE provides such endmember sets via spatial subsetting. The automated NSSA-SSEE approach can reduce the need for field-based information to guide the feature selection process.     

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。     

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。     

以凸面单体边界为搜索空间的端元快速提取算法

提出了以凸面单体边界为搜索空间的端元快速提取算法, 其核心包括凸面单体边界的确定和以凸面单体边界为基础的端元搜索两部分。实验表明: 该算法不仅能够准确地寻找到端元, 而且端元提取速度明显快于现有的端元提取算法。     

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。     

Object-based habitat mapping using very high spatial resolution multispectral and hyperspectral imagery with LiDAR data

This study investigated the combined use of multispectral/hyperspectral imagery and LiDAR data for habitat mapping across parts of south Cumbria, North West England. The methodology adopted in this study integrated spectral information contained in pansharp QuickBird multispectral/AISA Eagle hyperspectral imagery and LiDAR-derived measures with object-based machine learning classifiers and ensemble analysis techniques. Using the LiDAR point cloud data, elevation models (such as the Digital Surface Model and Digital Terrain Model raster) and intensity features were extracted directly. The LiDAR-derived measures exploited in this study included Canopy Height Model, intensity and topographic information (i.e. mean, maximum and standard deviation). These three LiDAR measures were combined with spectral information contained in the pansharp QuickBird and Eagle MNF transformed imagery for image classification experiments. A fusion of pansharp QuickBird multispectral and Eagle MNF hyperspectral imagery with all LiDAR-derived measures generated the best classification accuracies, 89.8 and 92.6% respectively. These results were generated with the Support Vector Machine and Random Forest machine learning algorithms respectively. The ensemble analysis of all three learning machine classifiers for the pansharp QuickBird and Eagle MNF fused data outputs did not significantly increase the overall classification accuracy. Results of the study demonstrate the potential of combining either very high spatial resolution multispectral or hyperspectral imagery with LiDAR data for habitat mapping.     

Application of multispectral LiDAR to automated virtual outcrop geology

Terrestrial laser scanning (TLS) is a valuable tool for creating virtual 3D models of geological outcrops to enable enhanced modeling and analysis of geologic strata. Application of TLS data is typically limited to the geometric point cloud that is used to create the 3D structure of the outcrop model. Digital photography can then be draped onto the 3D model, allowing visual identification and manual spatial delineation of different rock layers. Automation of the rock type identification and delineation is desirable, and recent work has investigated the use of terrestrial hyperspectral photography for this purpose. However, passive photography, whether visible or hyperspectral, presents several complexities, including accurate spatial registration with the TLS point cloud data, reliance on sunlight for illumination, and radiometric calibration to properly extract spectral signatures of the different rock types. As an active remote sensing method, a radiometrically calibrated TLS system offers the potential to directly provide spectral information for each recorded 3D point, independent of solar illumination. Therefore, the practical application of three radiometrically calibrated TLS systems with differing laser wavelengths, thereby achieving a multispectral dataset in conjunction with 3D point cloud data, is investigated using commercially available hardware and software. The radiometric calibration of the TLS intensity values is investigated and the classification performance of the multispectral TLS intensity and calibrated reflectance datasets evaluated and compared to classification performed with passive visible wavelength imagery. Results indicate that rock types can be successfully identified with radiometrically calibrated multispectral TLS data, with enhanced classification performance when fused with passive visible imagery.