本書全面探討高光譜影像處理的核心技術及其應用,涵蓋分類、光譜解混、亞像元定位、異常/變化檢測及可視化五大方向。在傳統(tǒng)方法基礎上,深度融合深度學習與空譜協(xié)同理論,提出非平行SVM分類模型、基于LSVM的光譜解混不確定性分析、多位移圖像亞像元定位等創(chuàng)新算法,并系統(tǒng)構建面向任務的可視化評價體系。全書以作者團隊原創(chuàng)成果為主線,結合國內(nèi)外最新研究進展,通過大量實驗驗證與工程案例,深入解析技術原理與實現(xiàn)細節(jié)。書中不僅包含監(jiān)督與非監(jiān)督學習方法的對比分析,還特別關注高光譜影像的物理特性與實際應用場景的適配性,為讀者提供從理論推導到代碼實現(xiàn)的完整技術鏈路。無論是對高光譜技術的研究者,還是對遙感應用領域的從業(yè)者,本書均是一本兼具深度與廣度的實用工具書。
王立國,男,1974年生,大連民族大學教授(特聘二級),國家民委領軍人才。擔任第四屆全國成像光譜學術研討會執(zhí)行主席、中國遙感應用協(xié)會高光譜遙感技術與應用專業(yè)委員會委員、國際數(shù)字地球學會(ISDE)中國國家委員會-成像光譜對地觀測專業(yè)委員會委員、國家科技獎勵評審專家、國家自然科學基金評審專家。主持多項國家自然科學基金、教育部博士點基金、中國博士后基金等科研項目的研究,參研多項863重點項目、省自然科學基金重點項目、國家自然科學基金等課題若干。獲得省科技獎二等獎2項,省科技獎三等獎1項,省高?茖W技術獎一等獎2項、二等獎1項。
目 錄
第1章 高光譜遙感的基本理論及高光譜影像處理技術簡介 1
1.1 高光譜遙感的基本理論 1
1.1.1 電磁波理論基礎 1
1.1.2 太陽輻射與物質的相互作用 2
1.1.3 高光譜成像技術及高光譜成像儀 2
1.1.4 高光譜影像的數(shù)據(jù)特點 4
1.2 高光譜影像的分類 4
1.2.1 監(jiān)督分類與非監(jiān)督分類 5
1.2.2 參數(shù)分類與非參數(shù)分類 6
1.2.3 確定性分類與非確定性分類 8
1.2.4 其他分類 8
1.3 高光譜影像的光譜解混 9
1.3.1 非線性光譜混合模型 10
1.3.2 線性光譜混合模型 10
1.3.3 線性光譜混合模型的多端元模式 13
1.4 高光譜影像的亞像元定位 15
1.4.1 先初始化后優(yōu)化的亞像元定位方法 16
1.4.2 軟硬屬性轉換的亞像元定位方法 16
1.4.3 其他類型的亞像元定位方法 18
1.5 高光譜影像的異常檢測與變化檢測 19
1.5.1 高光譜影像的異常檢測 19
1.5.2 高光譜影像的變化檢測 22
1.6 高光譜影像的彩色可視化 25
1.6.1 高光譜影像的特點及傳統(tǒng)顯示空間 25
1.6.2 圖像空間的常用彩色可視化技術 26
1.6.3 提取三波段的彩色可視化技術 27
1.6.4 基于原始高光譜影像的彩色可視化技術 27
1.6.5 基于像元分析結果的彩色可視化技術 29
參考文獻 30
第2章 高光譜影像的分類方法 32
2.1 SVM分類方法 32
2.1.1 理論基礎 32
2.1.2 分類原理 34
2.1.3 SVM分類性能評價 38
2.2 非平行SVM分類方法 41
2.2.1 添加額外經(jīng)驗風險最小化的非平行SVM分類方法 41
2.2.2 添加約束偏置項的額外經(jīng)驗風險最小化非平行SVM分類方法 44
2.2.3 最小二乘的約束偏置額外經(jīng)驗風險最小化非平行SVM分類方法 46
2.2.4 非平行SVM分類方法的分類性能評價 48
2.3 深度學習分類方法 50
2.3.1 正則化光譜空間全局學習框架 52
2.3.2 統(tǒng)計損失 56
2.3.3 早期停止策略 57
2.3.4 深度學習分類方法性能評價 58
2.4 本章小結 61
參考文獻 62
第3章 高光譜影像的光譜解混方法 64
3.1 基于LSMM的解混方法 64
3.2 全約束LSMM的幾何求解方法 66
3.2.1 方法的建立 66
3.2.2 快速方法:距離尺度替換體積尺度 68
3.3 基于LSVM的解混原理 70
3.3.1 LSVM與LSMM的等效性證明 70
3.3.2 LSVM的獨特優(yōu)勢 71
3.3.3 帶解混殘差約束條件的LSSVM解混方法 71
3.4 基于最小二乘孿生支持向量機的高光譜影像解混方法 77
3.4.1 最小二乘孿生支持向量機基礎理論 77
3.4.2 最小二乘孿生支持向量機解混方法 80
3.5 最小二乘孿生支持向量機解混的不確定性分析 81
3.5.1 相關基礎理論 81
3.5.2 ULSTSVM中的端元光譜可變性 82
3.5.3 兩種不確定性模型:豐度重疊和模型重疊 83
3.5.4 ULSTSVM不確定性的計算分析相關算法 87
3.5.5 ULSTSVM中的不確定性處理 88
3.5.6 最小二乘孿生支持向量機解混的性能評估及不確定性分析實驗 89
3.6 解混的模糊精度評價方法 102
3.6.1 模糊精度評價方法 102
3.6.2 模糊精度評價方法在具體實驗中的應用 103
3.7 本章小結 107
參考文獻 108
第4章 高光譜影像的亞像元定位方法 110
4.1 亞像元定位方法的基本原理及評價方法 110
4.1.1 亞像元銳化方法 110
4.1.2 類別分配方法 112
4.1.3 亞像元定位精度的評價方法 114
4.2 基于更多監(jiān)督信息Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡的亞像元定位方法 116
4.2.1 傳統(tǒng)的基于Hopfield神經(jīng)網(wǎng)絡的亞像元定位方法 117
4.2.2 I-HNN 118
4.2.3 性能評價 119
4.3 基于具有空-譜信息的多位移圖像亞像元定位方法 121
4.3.1 MSI-SS 122
4.3.2 性能評價 124
4.4 基于并行處理路徑的高光譜影像亞像元定位方法 130
4.4.1 融合路徑 130
4.4.2 深度學習路徑 131
4.4.3 DPP 132
4.4.4 性能評價 134
4.5 本章小結 142
參考文獻 142
第5章 高光譜影像的異常檢測與變化檢測方法 145
5.1 基于加權核范數(shù)、全變分正則化和稀疏背景字典的異常檢測方法 145
5.1.1 LRSMD的理論基礎 146
5.1.2 加權核范數(shù)和全變分正則化 146
5.1.3 稀疏背景字典構造方法 147
5.1.4 WNNSDAD 147
5.2 基于局部空-譜信息整合的半監(jiān)督雙流網(wǎng)絡的異常檢測方法 149
5.2.1 背景訓練樣本的提取 149
5.2.2 LS3T-Net 150
5.3 基于殘差自注意力模塊自動編碼器網(wǎng)絡的異常檢測方法 153
5.3.1 自動編碼器網(wǎng)絡 154
5.3.2 殘差網(wǎng)絡(ResNet) 154
5.3.3 殘差自注意力(RSA)模塊 154
5.3.4 基于殘差自注意力模塊的自動編碼器(RSAAE)網(wǎng)絡 155
5.4 基于多尺度中心差分卷積網(wǎng)絡的異常檢測方法 157
5.4.1 中心差分卷積 157
5.4.2 MSCDC網(wǎng)絡結構 158
5.5 異常檢測方法性能評價 160
5.5.1 異常檢測方法的評價指標 160
5.5.2 WNNSDAD的性能評價 160
5.5.3 LS3T-Net的性能評價 162
5.5.4 RSAAE的性能評價 164
5.5.5 MSCDC的性能評價 166
5.6 基于空-譜注意力機制孿生網(wǎng)絡的變化檢測方法 168
5.6.1 網(wǎng)絡結構 168
5.6.2 孿生網(wǎng)絡 169
5.6.3 空-譜注意力機制 170
5.6.4 加權對比損失函數(shù) 171
5.7 基于殘差自校準網(wǎng)絡的變化檢測方法 172
5.7.1 網(wǎng)絡結構 173
5.7.2 改進的殘差網(wǎng)絡 173
5.7.3 自校準卷積 174
5.7.4 殘差自校準模塊 175
5.8 高光譜影像變化檢測方法的性能評價 176
5.8.1 SSA-SiamNet的性能評價 176
5.8.2 RSCNet的性能評價 177
5.9 本章小結 178
參考文獻 179
第6章 高光譜影像的彩色可視化方法 181
6.1 高光譜影像彩色可視化評價標準 181
6.1.1 無監(jiān)督數(shù)據(jù)的彩色可視化客觀評價標準 181
6.1.2 有監(jiān)督數(shù)據(jù)的彩色可視化客觀評價標準 182
6.1.3 其他評價標準 183
6.2 面向像元分析結果的彩色可視化方法 183
6.2.1 面向硬分類結果的彩色可視化方法 184
6.2.2 面向軟分類結果的彩色可視化方法 186
6.3 面向原始高光譜影像的彩色可視化方法 191
6.3.1 面向類別的有監(jiān)督流形彩色可視化方法 191
6.3.2 快速動態(tài)彩色可視化方法 194
6.3.3 交互式多圖像彩色可視化方法 195
6.4 高光譜影像的多級彩色可視化方法 197
6.5 本章小結 198
參考文獻 199
附錄A 著者主要相關文章 201