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。     

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...     

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。     

基于交互最小二乘优化的高光谱影像端元光谱分析

提出了基于交互最小二乘优化的高光谱影像端元光谱计算方法,利用ALS计算的灵活性将多种对组分丰度和被估计光谱的约束条件加入到ALS迭代计算中,以传统算法得到的端元光谱作为初始,并考虑数据的特殊性建立了适合于高光谱影像的端元分析方法。模拟数据分析和Cuprite矿区的光谱分析结果证明了本文算法能很好地处理不严格假设纯光谱存在情况下的端元提取问题。     

一种基于多源遥感影像的亚端元光谱提取方法

提出一种利用多源影像来提取低分辨影像亚端元光谱的方法,该方法利用高分辨分类得到的组分与低分辨的光谱之间的线性混合关系,建立了反演出低分辨影像的亚端元光谱的线性模型,并提出一种快速鲁棒反演亚端元光谱的提取方法。利用IKONOS和ETM数据验证了本文提出方法,实验结果表明了该方法的有效性。     

高光谱遥感图像的端元递进提取算法

针对高光谱遥感图像中可能并不存在图像端元这一问题,试探的提出一种基于线性混合模型下对初步提取的最近似于端元的像元进行再分析的端元提取算法,即高光谱遥感图像的端元递进提取算法.首先针对3个端元线性混合的图像进行提取,在图像中找到最大近似于端元的像元,利用凸面单形体的几何性质,找出初步提取像元附近位于图像端元构成的凸面单形体边界上的像元,通过计算图像端元在边界像元中的含量,应用线性反解提取出图像端元.模拟图像中的初步结果表明在不存在图像端元的图像中,该算法可以有效的提取3个端元,应用于实际Hyperion图像取得了较好的实验效果.     

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。     

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。     

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。     

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。     

模拟退火机制下优化离散粒子群的端元提取算法

针对离散粒子群优化(Discrete Particle Swarm Optimization,DPSO)端元提取算法初始种群质量差、收敛性能低且易于陷入局部最优,本文将模拟退火算法引入到DPSO的不同阶段,模拟退火算法能以一定的概率接受和舍弃新状态,使种群内粒子渐趋有序、达到平衡,收敛到全局最优,有效避免了搜索陷入局部最优。因此,该算法不仅保持了DPSO的全局组合优化特点,克服了初始种群质量差、易陷入局部最优等缺点,而且还提高了收敛速度和端元提取精度。     

利用端元坐标的高光谱影像端元提取方法

通过研究凸面几何体理论,找出端元在高维空间中的分布特点,将对整幅影像的搜索转变为对影像中DN值最大和最小像元的分析,并将其应用到最大距离法初始端元的提取。考虑到高光谱影像在获取及处理过程中会产生误差,引入了距离阈值概念,计算距离原始端元小于距离阈值像元的平均光谱。实验证明,用平均光谱代替原始端元光谱,显著提高了光谱相似度,并用线性波谱分离,对Cuprite地区的AVIRIS数据进行丰度反演,取得了较好的效果。     

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%。     

An Adaptive Supervised Nonlinear Feature Extraction for Hyperspectral Imagery Classification

In this paper, an improved version of locally linear Embedding is proposed. In the proposed method, spectral correlation angle is invited to describe the distance between data points, which is expected to fit the hyperspectral image (HSI). The neighborhood graph of the data points is constructed based on supervised method. Different from traditional supervised feature extraction methods, the weight factors, which are used to control the transform, are adaptively achieved. In this way, the input arguments of original algorithm are not increased. To justify the effectiveness of the proposed method, experiments are conducted on two HSIs. Results show that the proposed method can improve the separability of HSI especially in low dimensions.     

一种基于核偏最小二乘法的高光谱影像最佳波段选择方法

最佳波段选择是高光谱影像降维的常用手段,将本征维数估计与核偏最小二乘法,相结合,提出一种基于核偏最小二乘法的最佳波段选择方法。首先利用自适应最大似然法估计高光谱数据的本征维数;然后将核方法引入到偏最小二乘法中,利用核偏最小二乘法对高光谱影像进行最佳波段选择,所需选择的波段数即为本征维数。实验分析表明,与其他最佳波段选择方法比较,本文方法输出的最佳波段用于地物分类,取得了较高的分类精度。     

基于核半监督判别分析的高光谱影像特征提取

针对高光谱影像特征提取中地物类别训练样本获取代价较高的情况,在线性判别分析的基础上,结合核方法和半监督学习理论,提出了一种基于核半监督判别分析(KSDA)的高光谱影像特征提取方法。该方法同时利用少量已知类别和大量未知类别样本数据进行模型的学习和训练。通过OMIS高光谱影像数据实验表明:在少量已知类别训练样本的条件下,经KSDA特征提取的样本数据在特征空间中能更好地聚集成团,且类别之间的距离较大,增加了类别之间的可分性,得到了较高的分类精度;同时,提取的特征影像能够较好地区分各种地物类别。     

A Target Detection Method for Hyperspectral Imagery Based on Two-Time Detection

To solve the low detection efficiency problem of Constrained Energy Minimization (CEM) method used for hyperspectral remote sensing imagery, this paper firstly presents two improved detection methods: principal component CEM (PCCEM) and matrix taper CEM (MTCEM). Then, based on these two methods, a more optimized Two-Time detection (TTD) method is proposed. Primarily, the targets of interest in the hyperspectral image are detected by using the PCCEM and MTCEM method. Then the autocorrelation matrix of non-target pixels is estimated according to the target detection results. Finally, based on this autocorrelation matrix, a new weight vector is constructed for the second detection. Under the effect of this new weight vector, the output energy of the target can be kept at unity and the output energy of the background is suppressed at the same time. Then, the improvement of target detection result can be realized. Experimental results on a real world hyperspectral data show the efficiency of the proposed TTD method to improve the detection performance.