基于空間-光譜分析的高光譜遙感影像稀疏解混研究

王毓乾

1. 東華理工大學測繪工程學院，江西 南昌 330013； 2. 東華理工大學江西省數(shù)字國土重點實驗室，江西 南昌 330013

基于空間-光譜分析的高光譜遙感影像稀疏解混研究

王毓乾

1. 東華理工大學測繪工程學院，江西 南昌 330013； 2. 東華理工大學江西省數(shù)字國土重點實驗室，江西 南昌 330013

混合像元分解能在亞像素級別上定量化地了解地物的光譜信息和含量信息(豐度)，是高光譜影像分析中的關鍵問題之一。由于影像場景復雜、同譜異物和同物異譜(端元可變性)現(xiàn)象普遍存在、光譜庫端元數(shù)目遠大于像元中含有的端元數(shù)目，再加上影像噪音的干擾，影像解混精度還亟待提高。本文的研究圍繞基于空間-光譜分析的高光譜遙感影像稀疏解混方法，分別從顧及端元可變性、像元的稀疏性表示和結(jié)合影像空間信息3個方面針對性地提出了提高解混精度的方法。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下：

(1) 系統(tǒng)地闡述了基于稀疏回歸的混合像元分解模型和相關算法，分析影響解混精度的因素及其規(guī)律。進一步研究稀疏解混算法中稀疏性參數(shù)的優(yōu)化選擇。

(2) 針對端元的可變性，提出了一種基于端元光譜束的稀疏解混方法。當利用已有的地物光譜庫時，該方法首先對影像進行波段依賴的糾正以降低大氣條件變化導致的地物光譜庫中端元與影像中地物的特征光譜的不一致性，然后建立基于光照強度變化的端元可變性表示模型和對應的端元光譜束。當從影像中提取端元時，建立基于光照強度變化的端元可變性表示模型和對應的端元光譜束。將端元光譜束代替端元進行影像的稀疏解混，最后基于端元光譜束對解混豐度進行糾正。該方法有效地降低了大氣條件變化和光照強度變化導致的端元可變性對高光譜遙感影像稀疏解混的影響，提高了解混的精度。

(3) 分析了高光譜遙感影像在基于稀疏回歸的解混算法下解混豐度在地物光譜庫上的分布，并根據(jù)真實豐度稀疏性的特點，提出了一種基于稀疏端元子集的高光譜遙感影像稀疏解混方法。該方法使用基于稀疏回歸的解混算法對高光譜遙感影像進行初始解混，分析解混豐度在端元上的分布，通過一種自適應閾值判斷方法提取顯著性的豐度，將顯著性豐度對應的端元組成混合像元的表示端元子集?；谠摱嗽蛹M行線性解混得到最終結(jié)果。該方法與基于稀疏回歸的解混算法比，既提高了解混豐度的稀疏性、對端元識別的準確性，又提高了混合像元分解的精度。

(4) 研究了像素級結(jié)合空間信息的稀疏解混方法，提出了一種基于同質(zhì)指數(shù)非一致性空間平滑性約束的稀疏解混方法。高光譜遙感影像在空間上具有一定的平滑性，然而這種平滑性在空間上并不一致。論文方法提取像元光譜的空間同質(zhì)指數(shù)，利用同質(zhì)指數(shù)度量影像的空間平滑度，建立基于端元豐度空間平滑性約束和稀疏性約束的混合像元分解模型和求解算法。該方法使得解混豐度不僅具有表示的稀疏性還具有空間平滑性，并且豐度的空間平滑性與影像中像元光譜的空間平滑性相符。

綜上所述，論文針對高光譜遙感影像中端元可變性的問題、像元解混豐度的稀疏性特點和影像的空間平滑性特點，分別提出了顧及端元可變性的稀疏解混方法、基于稀疏表示端元子集的解混方法和基于空間同質(zhì)分析的稀疏解混方法，為研究符合混合像元真實豐度分布的高光譜遙感影像混合像元分解進行了有益的嘗試。

E-mail： neo@ecit.cn

Hyperspectral Imagery Sparse Unmixing Based on Spatial and Spectral Analysis

WANG Yuqian

1. School of Geomatics, East China University of Technology, Nanchang 330013, China； 2. Key Laboratory for Digital Land and Resources of Jangxi Province, East China University of Technology, Nanchang 330013, China

his doctoral degree from Wuhan University on June 2015，majors in hyperspectral imagery unmixing.

王毓乾.基于空間-光譜分析的高光譜遙感影像稀疏解混研究[J].測繪學報，2017,46(8)：1072.

10.11947/j.AGCS.2017.20170167. WANG Yuqian.Hyperspectral Imagery Sparse Unmixing Based on Spatial and Spectral Analysis[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(8):1072. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20170167.

P237

D

1001-1595(2017)08-1072-01

江西省青年科學基金(20161BAB213092)；江西省教育廳科學技術(shù)研究項目(GJJ160585)；東華理工大學江西省數(shù)字國土重點實驗室開放基金(DLLJ201606)；東華理工大學博士啟動基金(DHBK2015309)

2017-04-10

王毓乾(1983—)，男，2015年6月畢業(yè)于武漢大學，獲工學博士學位(指導教師：邵振峰教授)，研究方向為高光譜遙感影像的混合像元分解。