基于群稀疏空间光谱总变分的高光谱混合噪声图像恢复

高光谱图像(HSI)在采集的过程中,由于受到环境和传感器的影响,图像会被大量混合噪声污染,会影响遥感图像后续应用的性能,因此从混合噪声中恢复干净的HSI成为了重要的预处理过程。而一些现有的张量模型,在去除含有条带和死线的混合噪声时,并不能取得很好的效果。为此,提出了一种基于群稀疏空间光谱总变分的高光谱混合噪声图像恢复算法(FRTCSSTV);为了避免过度平滑,该算法利用群稀疏空间光谱全变分正则化来增强空间谱维的稀疏性,同时为了保持HSI原有的结构,采用直接对张量纤维秩进行约束的方法来表示HSI的全局低秩。在模拟和真实的高光谱图像实验中,与其他模型相比,FRTCSSTV方法在去除含有条带和死线噪声的混合噪声时具有更好的性能。

基于多尺度分割的高光谱图像稀疏表示与分类

针对高光谱特征的稀疏表示,提出了一种基于多尺度分割的空间加权算法用于高光谱图像分类。该算法采用更合理的邻域定义挖掘空间先验信息,优化类边缘像元的稀疏表示。首先,通过多尺度分割提供邻域空间约束;结合拉普拉斯尺度混合(LSM)先验,分别对每个邻域组内像元进行空间加权的稀疏表示。然后,采用概率支持向量机(SVM)分类,同时提供像元的分类标签及其置信度。最后,以此置信度为权重,对多尺度分类图进行加权融合,生成最终的分类图。实验显示,本文算法能够增强光谱特征表示的稀疏性和鲁棒性,提高总体分类精度;在小样本训练下,单类的分类精度可提升30%左右,表明该算法在高光谱应用中具有较强的实用性。

光谱加权协同稀疏和全变差正则化高光谱图像解混

针对传统稀疏解混方法对丰度的稀疏性表征不充分及空间信息利用率低等问题,本文在分析迭代加权稀疏解混方法的基础上,提出了一种基于光谱加权协同稀疏和全变差正则化的高光谱解混方法.该方法一方面在协同稀疏解混的基础上引入光谱加权因子进一步刻画丰度系数的行稀疏性,以促进所有像元之间的联合稀疏性;另一方面引入各向异性全变差空间正则化促进图像同质区域的平滑性,以提高解混的准确性.通过交替方向乘子法求解该模型,通过迭代,利用内外部双循环迭代方法对光谱加权因子和丰度系数进行优化.模拟和真实的高光谱数据实验结果均表明本文提出的算法与现有同类算法相比能大幅提高混合像元分解的精度,在稀疏解混方面展现出了巨大的潜力.

基于聚类和小波变换的多光谱图像压缩算法

针对多光谱图像压缩算法现存的时空复杂度高、光谱特性利用不充分等问题,研究了多光谱图像的谱间稀疏等价表示及其聚类实现途径,进而设计了一种基于谱间自适应聚类和小波变换的多光谱图像压缩算法。算法利用吸引力传播聚类产生多光谱图像的谱间稀疏等价表示、在低复杂度下去除图像的谱间冗余,使用二维小波变换去除稀疏表示成分的空间冗余,采用分层树集合分割排序算法(SPIHT)进行压缩编码,并通过误差补偿机制提高多光谱图像重建质量。实验表明,该算法在保证较低时间和空间复杂度的基础上,较SPIHT等同类经典压缩算法,在相同的压缩比下,明显提高了重建图像的峰值信噪比,是一种通用有效的多光谱图像压缩算法。

光谱二阶差分Gabor展开法土壤铜铅污染鉴别

土壤是人类生存环境的重要载体,因此,土壤重金属污染问题一直备受关注。随着遥感技术的发展,高光谱遥感在土壤重金属研究中取得了大量的成果,但是,基本上是根据土壤中有机质、铁、粘土矿物等的光谱吸收特征和反演土壤中重金属含量,而不能够区分土壤重金属污染光谱之间的微弱差异。通过盆栽土壤不同浓度铜(Cu)、铅(Pb)污染实验得到不同浓度Cu和Pb污染下盆栽土壤光谱曲线、土壤含水率和有机质含量,提出了一种光谱二阶差分Gabor展开方法探测不同浓度Cu和Pb污染下土壤光谱曲线之间的微弱差异。以二阶差分为基础,首先将土壤光谱转换为稀疏光谱,然后结合土壤稀疏光谱与Gabor展开理论,在频率域中检测不同浓度土壤重金属污染光谱之间的微弱差异,因此,摆脱了单纯通过土壤光谱反射率信息反演土壤重金属含量的研究,而是对土壤重金属污染光谱信息进行时频分析,最终达到检测土壤重金属污染瞬时光谱存在的目的。结果表明:受Cu和Pb污染的盆栽土壤光谱二阶差分Gabor展开系数尺度及等高线分布有较大的差异,Cu污染的盆栽土壤光谱二阶差分Gabor展开系数尺度分布存在两个较高的峰值,且等高线在第1 800~3 600项之间稀疏分布,Pb污染的盆栽土壤光谱二阶差分Gabor展开系数尺度分布存在一个较高的峰值,且等高线在第3 200~3 600项之间密集分布;二阶差分Gabor展开法检测的土壤Cu和Pb污染结果与土壤Cu和Pb含量、土壤含水率、土壤有机质是密切相关的,由于土壤Cu和Pb含量、有机质含量、含水率的不同,土壤Cu和Pb污染二阶差分Gabor展开光谱尺度分布而不同。根据相关性分析结果,分别将土壤Cu和Pb污染划分为三组:Cu(50)~Cu(300),Cu(400)~Cu(800),Cu(1 000)以上;Pb(50)以下,Pb(100)~Pb(300),Pb(400)~Pb(1 200)。

三点寻峰算法处理光纤布拉格光栅传感信号

为了精确获得光纤布拉格光栅(FBG)传感系统的中心波长,提出了一种新的峰值检测算法,即三点寻峰法。研究了该算法的流程,在此基础上确定了影响峰值检测精度的三要素,即窗口大小、稀疏数据个数和波长间隔。考虑窗口大小的合理选取是提高寻峰精度的关键,本文采用求导法来确定光谱处理窗口大小。然后,设置采样间隔对窗口内光谱进行重采样,获得稀疏光谱数据并进行多项式拟合。最后,根据拟合结果选取合适的波长间隔,从而确定三点坐标并对FBG反射谱进行峰值检测。仿真实验结果表明:当光谱处理窗口大小为0.4nm、重采样间隔为0.18nm时获得了3个光谱数据;其波长间隔取0.22nm时,所提方法的峰值误差为0.4pm,好于其他寻峰算法,满足精确解调FBG传感系统的要求。