纯净像元指数改进的N-FINDR高光谱端元提取算法

为了有效解决遥感影像中普遍存在的混合像元导致遥感影像定量解译精度低的问题,对两种不同混合像元端元提取算法进行了比较分析。纯净像元指数算法随着迭代次数的增加时间效率大大降低,而经典的N-FINDR算法初始端元数目选择的任意性会导致像元解混的精度不一,因此本文提出了一种基于纯净像元指数改进的N-FINDR算法。改进的N-FINDR算法相较于传统的N-FINDR算法能够准确构建候选端元集合并求得最优解。该算法结合高光谱影像数据的特点,首先利用纯净像元指数求取备选端元数目;然后以此为基础运用经典的N-FINDR算法求解最大的单形体顶点,将求解后顶点作为纯净像元,并完成丰度反演;最后使用ENVI产品中自带的经过大气校正的航空高光谱数据cup95eff.int对算法进行验证。试验结果表明,以纯净像元指数改进的N-FINDR算法在整体精度方面优于传统的N-FINDR算法。     

一种结合空间信息的改进N-FINDR算法

提出一个在N-FINDR算法基础上结合空间信息进行端元提取的方法,该方法从空间预处理、提取端元候选集、新的体积算法三个方面对N-FINDR方法进行了优化,通过人工模拟数据和实际高光谱数据两种类型三组数据验证改进方法的有效性。实验结果表明,结合空间信息的端元提取方法有效提高了端元提取的准确性,取得更好的效果。但是限于几何模型的假设,寻找最大体积单形体的顶点并不能对所有复杂的数据都有效,容易产生端元光谱混淆的高光谱图像并不能很好的提取所有的纯正端元。     

端元快速提取的光谱梯度特征搜索法

由于数据量大,目前大多数端元提取算法均需较长的计算时间,限制了这些算法的有效应用。本文提出了以光谱梯度特征为搜索条件的快速端元提取方法,其核心包括基于光谱梯度特征的候选端元快速筛选和基于光谱解混误差的端元识别两部分。由于能够从影像中快速筛选出少量的像元光谱作为候选端元,故具有较好的计算性能;同时由于避免了非端元光谱参与端元识别,使得识别的结果具有更高的精度。试验表明,相比经典的IEA算法和ECHO算法,该算法不仅能大幅度提高端元提取速度,而且具有更准确的端元识别能力。同时,基于该算法原理,也可对现有各种算法进行改进,提升现有的各种端元提取算法的运算速度。     

高光谱端元自动确定与提取的迭代算法

针对端元提取算法依赖人工确定端元数量的问题, 提出一种端元自动确定与提取的迭代算法。首先, 通过统计分析获得像元相似性阈值, 确定候选端元判据;其次, 对候选端元进行内、外部相关性判断, 对端元光谱集进行病态矩阵规避判断;最后, 以候选端元判据为迭代终止条件, 当图像空间不存在候选端元时, 获得端元集合并确定端元数。实验结果表明, 该方法正确有效, 可以避免顺序端元提取方法的错误风险, 提高端元提取自动化程度。     

一种基于N-FINDR的优化端元提取算法

N-FINDR算法是一种广泛应用的端元提取算法。由于N-FINDR算法时间复杂度高导致此算法运行时间长,相关学者提出了迭代N-FINDR算法(IN-FINDR)。基于IN-FINDR算法及凸体几何性质,提出了一种候选像元迭代N-FINDR算法(CIN-FINDR)。实验结果表明,该算法时间复杂度较小,效率更高。     

高光谱图像端元提取算法研究进展与比较

高光谱图像中混合像元的存在不仅影响了基于遥感影像的地物识别和分类精度,而且已经成为遥感科学向定量化方向发展的主要障碍。本文分析和研究了现有的典型端元提取算法,在此基础上,对这些算法进行归纳总结,从是否假定纯像元存在角度将其分为两类：端元识别算法和端元生成算法,并就两种分类方法选取了具有代表性的6种典型端元提取算法：N-FINDR、VCA、SGA、OSP、ICE和MVC-NMF算法进行分析和实验。通过对这6种方法的实验比较,得出两种端元提取分类方法的优点与不足,并对今后的研究工作提出展望。     

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。     

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...     

高分辨率图像辅助提取高光谱图像端元

现有的端元提取算法大多是基于凸面单形体假设,对于非单一地物类型,利用这些端元进行丰度反演将会影响混合像元分解精度。本文提出一种利用高分辨率图像判断高光谱像元内是否为同一类型地物的方法。首先,利用图像分割程序对高分辨率图像进行分割,得到光谱均一的斑块矢量图,并叠加到高光谱图像上;然后,通过空间关系分析找出斑块内的高光谱像元,称其为准端元;最后,利用端元提取算法在这些准端元中进行端元提取。实验结果表明,该方法将端元提取结果的误差降低了20%左右。     

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。     

Orthogonal Bases Approach for the Decomposition of Mixed Pixels in Hyperspectral Imagery

The N-FINDR algorithm has been widely used in hyperspectral image analysis for endmember extraction due to its simplicity and effectiveness. However, there are several disadvantages of implementing the N-FINDR. This letter proposes an algorithm for decomposition of mixed pixels. It improves the N-FINDR in several aspects. First, an iterative Gram-Schmidt orthogonalization is applied in the endmember searching process to replace the matrix determinant calculation used in N-FINDR, which makes this algorithm run very fast and can also guarantee the stability of its final results. Second, with the set of orthogonal bases obtained by the Gram-Schmidt orthogonalization, the algorithm can also help to estimate the proper number of endmembers and unmix the original images by itself. In addition, unlike the N-FINDR, a dimensionality reduction transform is not necessary in this algorithm. Experimental results of both simulated images and practical remote sensing images demonstrate that this algorithm is a fast and accurate algorithm for the decomposition of mixed pixels.     

Parallel implementation of endmember extraction algorithms from hyperspectral data

Automated extraction of spectral endmembers is a crucial task in hyperspectral data analysis. In most cases, the computational complexity of endmember extraction algorithms is very high, in particular, for very high-dimensional datasets. However, the intrinsic properties of available techniques are amenable to the design of parallel implementations. In this letter, we evaluate several parallel algorithms that represent three representative approaches to the problem of extracting endmembers. Two parallel algorithms have been selected to represent a first class of algorithms based on convex geometry concepts. In particular, we develop parallel implementations of approximate versions of the N-FINDR and pixel purity index algorithms, along with a parallel hybrid of both techniques. A second class is given by algorithms based on constrained error minimization and represented by a parallel version of the iterative error analysis algorithm. Finally, a parallel version of the automated morphological endmember extraction algorithm is also presented and discussed. This algorithm integrates the spatial and spectral information as opposed to the other discussed algorithms, a feature that introduces additional considerations for its parallelization. The proposed algorithms are quantitatively compared and assessed in terms of both endmember extraction accuracy and parallel efficiency, using standard AVIRIS hyperspectral datasets. Performance data are measured on Thunderhead, a parallel supercomputer at NASA's Goddard Space Flight Center.     

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。     

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。