核加权RX高光谱图像异常检测算法

提出了一种新的基于混合核函数的加权RX算法,用于高光谱图像异常检测.在将原始高光谱数据非线性映射到高维特征空间以挖掘高光谱图像波段间蕴含的非线性信息后,自适应地赋予特征空间RX算子中采样协方差矩阵各光谱向量相应的权值.权值的大小与光谱向量到质心的距离成反比,从而削减了协方差矩阵中异常数据比重,使加权协方差矩阵更好地表征背景数据分布.最后利用核函数性质将高维特征空间的内积运算转化为低维输入空间的核函数计算,并根据高光谱数据特点线性组合新型光谱核函数和径向基核函数以改善算法性能.为验证算法的有效性,利用真实的高光谱数据进行了仿真实验,结果表明该算法优于特征空间的RX算法,能检测到更多的异常目标.

基于空域滤波的核RX高光谱图像异常检测算法

核RX算法将原始高光谱数据通过非线性映射到高维特征空间进行处理,具有很好的非线性异常检测性能,但当背景数据中混入异常点后背景核矩阵将发生退化,使得漏检率上升.针对此问题,该文提出一种基于空域滤波的核RX算法,利用高光谱图像同一波段相邻像素的空间相关性,采用分波段空域滤波的方式优化背景数据的分布,抑制了异常数据对背景的干扰,构造更加符合背景分布的核矩阵,有效提高检测概率的同时降低了虚警概率.通过试验模拟数据和真实AVIRIS数据的测试检验,说明该算法性能优于传统RX算法以及核RX算法.

基于加权组合核RX算法异物检测及其参量选择

为了融合光谱形状差异信息和多项式核函数全局信息,充分挖掘地物特征,提高异常检测正确率,提出了一种加权组合核RX算法。该算法在高斯核函数的基础上,增加一个光谱角核函数。由于核函数参量和加权参量直接影响算法性能,分别采用了随机函数法、爬山法和粒子群算法对上述参量进行了选择。结果表明,在恒虚警率下使用粒子群算法进行参量设定得到的效果最好,且采用加权组合核函数RX算法得到的目标检测率为83.5%,相对于普通的核RX算法,正确率得到了提高。

基于PCA和KRX算法的高光谱异常检测

针对高光谱图像背景复杂导致高光谱图像异常检测效果下降的问题,提出了一种新的基于抑制背景的高光谱图像异常检测方法。该方法首先使用主成分分析法抑制高光谱图像中的背景信息,得到背景抑制后的图像,然后再使用基于核的RX算法(KRX算法)异常检测,最后将检测结果图进行阈值分割,得到一幅二值图像。最后使用ROC曲线对检测结果进行评价,通过与RX、KRX算法对比,证明本文方法得到的结果具有较高的检测率和较低的虚警率,充分说明文中方法的有效性。

基于空间密度聚类的改进KRX高光谱异常检测

高光谱遥感影像包含了丰富的光谱信息,对于地物具有极强的分辨能力,从而促进了不需任何先验信息的高光谱异常目标探测技术的发展。KRX(Kernel RX)异常探测算法巧妙地利用核函数将RX算法映射至高维特征空间,加强了光谱中非线性信息的运用,具有较强的可分辨性,显著改善了低维空间的光谱不可分问题。然而,也暴露了KRX算法中病态Gram矩阵求逆误差大,异常检测效率低等缺点。为实现理论上KRX算法的强探测性能,提出一种基于新型聚类方法的改进KRX探测算法(DC-KRX)。(1)由于空间邻域像元具有较强的光谱相似性,会造成Gram矩阵病态,严重影响了异常探测效果,因此背景虚检现象严重。针对病态Gram矩阵的求逆误差问题,算法改进了KRX算子,对Gram矩阵进行奇异值分解,选取特征值较大的主成分,保证了Gram矩阵的求逆精度,待测像元的探测结果采用l-2范数表示,检测效果提高明显;(2)在改进KRX的基础上,提出了空间聚类KRX算法。空间像元之间具有光谱强相关性,既造成了Gram矩阵的病态,数据的冗余也影响了探测效率。实验发现,通过聚类算法可以合并像元于聚类中心,减少空间维度,提高计算效率;同时,聚类中心按照聚类大小被赋予不同的权重,保证了探测精度;(3)另一方面,选用合适的聚类算法是一个难点。聚类KRX算法对于聚类算法的精度和实时性要求较高,比较发现,一种基于密度峰值快速搜索(DC)的新型聚类算法具有较好的聚类性能。算法采用欧式距离计算任意像元的相似度,利用局部密度和邻域距离作为聚类中心的联合判断准则,对结果进行排序得到聚类中心。实验发现,该聚类算法计算速度快,且能够对任意形状的分布进行聚类,非常适合于维度较高,成分复杂的高光谱图像,且适用于较高次数的重复聚类。DC-KRX算法提供了一种空间聚类预处理的高光谱异常探测新思路,最后,与国际主流探测算法对比发现,该算法表现了较好的探测性能。同时,时效性对比分析发现,聚类前后算法的检测效率提高了30%以上,有效改善了KRX算法的实时性。

基于多尺度分解的超光谱图像异常检测

提出了一种基于多尺度分解的超光谱图像异常检测算法。在目标和背景均未知的前提下,利用光谱和空间两种信息完成对异常目标信号的定位,从而实现超光谱遥感数据中异常目标检测。首先利用非下采样塔式变换对超光谱图像进行分解,将其划分为不同尺度子块;然后依据超光谱图像同一波段不同尺度空间内相邻系数的相关性,采用不同波段各个尺度空间的反锐化掩模方法优化背景数据分布,从而抑制异常数据对背景的干扰;最后利用设计的核RX算子得到异常目标检测结果。为验证方法的有效性,利用真实和模拟的AVIRIS数据进行了实验,并与经典RX算法相比较,实验结果表明,基于非下采样塔式分解的异常检测方法具有更好的检测性能和较低的虚警。

基于光谱区分法的高光谱核异常检测算法

为了解决高光谱目标检测中高斯径向基核、光谱相似度量核难以同时描述光谱曲线整体及局部特性的问题,利用光谱信息散度与梯度角正切相结合的光谱区分方法构造了一种新的核函数.对真实机载可见红外成像光谱仪高光谱数据进行高光谱核异常检测,得到二值图及接收机操作特性曲线.结果表明,在低虚警率下,相比于高斯径向基核、光谱相似度量核,本文所提出核函数在高光谱核异常检测中准确度与清晰度更高.

基于目标正交子空间投影加权的高光谱图像异常检测算法

在高光谱图像的异常目标检测问题中,针对原始数据源不能正确地表征背景数据的分布而造成虚警概率较高的现象,本文提出了一种基于目标正交子空间投影加权的KRX高光谱图像异常检测算法。该算法从背景协方差矩阵的估算角度入手,将每个像素投影到目标的正交子空间中,为每个像素自适应地赋予合适的权值,从而减小目标信息的存在对背景特性估计的影响。并用AVIRIS高光谱数据进行了仿真实验,取得了较好的检测效果。将该算法与其他算法进行了比较,结果表明,本文提出算法的检测性能明显地优于传统算法,降低了虚警概率,具有较好的检测效果。

基于新型光谱相似度量核的高光谱异常检测算法

提出一种新型光谱相似度量核函数,并应用于高光谱异常检测.由于高斯径向基核函数是基于光谱向量间欧式距离的度量,其对于光谱向量间距离变化的适应性较强,而对于因光照强度变化,阴影和遮挡等引起的同种地物光谱变化的适应性较弱,使得基于高斯径向基核的高光谱异常检测算法性能下降.为解决该问题,从光谱曲线形状描述出发,基于光谱相似度量提出了光谱相似度量核函数.通过理论分析和真实高光谱数据异常检测实验检验,实验结果说明相对于高斯径向基核函数,光谱相似度量核函数具有一定的优越性,能改善基于核方法的高光谱异常检测算法的性能.

基于光谱角匹配加权的高光谱图像异常检测

针对高光谱背景中存在异常和噪声的问题,提出了一种基于光谱角匹配(SAM)加权的核RX异常检测算法。首先对图像背景像元进行K-均值聚类,得到不同类背景对应的聚类中心,然后计算背景像元与聚类中心的光谱角余弦,选出较纯净的背景作为新背景,最后新背景中的每个像元将自己的光谱角信息作为权值,构造加权核RX异常检测算子,通过加权削弱了残留其中的异常和噪声的干扰。为验证算法的有效性,利用真实的AVIRIS和ROSIS-03遥感器采集高光谱数据进行了仿真实验,结果表明与对比算法相比,所提算法对潜在的异常具有较强的抑制能力,提高了检测精度。

基于边缘扩展和局部求和的高光谱异常目标检测

针对使用滑动窗不易检测高光谱图像边缘像元的缺陷,采用边缘扩展的方法使得边缘像元能够得到正常检测;而后在滑动窗内采用局部求和的方式建立高光谱图像数据模型,提高了检测的合理性;最后为验证算法的有效性,利用真实的高光谱数据进行实验,结果表明该算法优于传统RX算法和KRX算法,能检测到更多的异常目标,且降低了虚警率。