基于贝叶斯推理的像元内部端元选择模型

提出了利用贝叶斯推理选择混合像元内端元的模型.考虑到端元光谱的不确定性,基于贝叶斯推理和线性光谱混合模型得到了像元内端元集合的后验概率表达式.在获得端元共存的先验知识基础上,结合端元光谱的正态分布函数,通过最大后验概率得到最佳的端元集合.通过对包含147431个像元的ETM+影像试验表明,相对于IDRISI软件的MRES和PG算法,该算法可削减至少70%的冗余端元,使端元选择错误导致的分解误差降低至少28%.结果表明,由于充分考虑端元光谱的小确定性和端元的共存性,通过贝叶斯推理可以大幅度提高端元选择的正确率,从而改善混合像元的分解精度.     

小波包分解支持下的高光谱混合像元盲分解

提出将小波包辅助下子带分解的独立成分分析用于高光谱混合像元盲分解.利用小波包分解改进独立成分分析技术,并考虑到高光谱数据的特点提出了高光谱混合像元盲分解方法,该方法能克服独立成分分析方法要求端元光谱统计独立带来的问题.利用两组合成数据和三组室内实测数据对本算法进行测试,证明了本算法能较为准确的提取端元光谱波形和端元丰度...     

小波包分解支持下的高光谱混合像元盲分解

提出将小波包辅助下子带分解的独立成分分析用于高光谱混合像元盲分解.利用小波包分解改进独立成分分析技术,并考虑到高光谱数据的特点提出了高光谱混合像元盲分解方法,该方法能克服独立成分分析方法要求端元光谱统计独立带来的问题.利用两组合成数据和三组室内实测数据对本算法进行测试,证明了本算法能较为准确的提取端元光谱波形和端元丰度,其准确度明显优于独立成分分析方法.该方法为高光谱遥感影像的盲分解提供了一条新的途径.     

准晶非线性光子晶体中二次谐波波长和温度调谐的研究

在八重准周期极化的铌酸锂非线性光子晶体中,通过调节基频光波长实现了多个波长的同时共线准相位匹配倍频,最高转换效率达36%.同时,测量了准晶非线性光子晶体中二次谐波转换效率随晶体温度以及入射波长的变化,结果表明二次谐波在长波处具有更宽的温度以及波长调谐带宽.该项研究对于准周期非线性光子晶体在实际工作中的运用具有重要的指导意义. 关键词： 准周期 非线性光子晶体 温度调谐 波长调谐     

基于流形学习和空间信息的改进N-FINDR端元提取算法

光谱端元提取是对高光谱数据进一步分析的重要前提。由于双向反射分布函数(BRDF),像元内的多重散射和亚像元成分的异质性等因素,高光谱图像中的混合像元实际上是非线性光谱混合。传统的端元提取算法是以线性光谱混合模型为基础,因此提取的端元精度不高。在光谱非线性混合的基础上,提出一种将流形学习与空间信息结合的改进N-FINDR端元提取算法。首先通过自适应的局部切空间排列算法寻找嵌入在高维非线性数据空间的本质的低维结构,将原始高光谱数据非线性降维到低维空间。接着利用地物分布具有连续性的特点,通过增大空间同质区域的像元的权重进行空间预处理。最后通过寻找最大单形体体积进行端元提取。提出算法很好的解决了高光谱遥感数据非线性结构,并利用了空间信息,提高了端元提取的精度。模拟数据实验和真实高光谱遥感数据实验结果均表明,采用该算法得到的结果优于顶点成分分析(VCA) 算法、基于测地线距离的最大单形体体积(GSVM)算法和空间预处理的N-FINDR(SPPNFINDR)算法。     

两种光谱混合分析模型的比较

为了分析与对比线性光谱混合分析模型(LSMA)和约束线性光谱混合分析模型(CLSMA)在光谱混合分解中的优势与劣势,我们设计了混合光谱分解实验。反演结果表明,当利用所有光谱数据进行端元百分含量反演时,LSMA的总误差比CLSMA小0.075。当利用波段选择后的数据进行端元百分含量反演时,前者的总误差比后者小0.017。这样,不论是利用所有光谱波段数据还是利用波段选择后的数据,LSMA在混合光谱分解的效果上都优于CLSMA;此外,LSMA利用波段选择数据反演端元百分含量的总误差比它利用所有波段数据的总误差小0.02,CLSMA利用波段选择数据反演端元百分含量的总误差比它用所有波段数据的总误差小0.077。这主要是因为波段选择大大减少了端元光谱间的相关性,所以,利用波段选择数据进行混合光谱分解优于不加选择的光谱混合分解。     

基于等离子体缺陷层的一维可调谐微波光子晶体滤波特性

等离子体填充到一维介质-真空微波光子晶体的缺陷层构成一种可调谐单通道滤波器.据等离子体的强色散特性,其等效折射率与电磁波频率及等离子体频率等参数有关,因而可以通过改变等离子参数,使一维微波光子晶体缺陷层的谐振频率发生偏移,实现微波光子晶体的可调谐滤波特性.介质层和等离子体层分别采用了时域有限差分（FDTD）算法及分段线性电流密度卷积时域有限差分（PLJERC-FDTD）算法.数值模拟表明,通过改变等离子体频率可以实现滤波通道在光子禁带内较大带宽范围的移动. 关键词： 等离子体 微波光子晶体 可调谐滤波     

基于准相位匹配产生近中红外波段的特性分析

基于周期极化晶体的Sellmeier方程和准相位匹配理论,对准相位匹配光参变振荡器的调谐特性进行了理论分析.通过数值模拟计算,得到了PPRTA晶体光参变振荡的调谐特性与极化反转光栅周期、晶体温度和抽运光波长等参量的关系曲线.并且与PPKTP晶体和PPLN晶体光参变振荡器的调谐特性进行了比较,研究了三者的不同之处,得出了PPRTA晶体的参量调谐特性优于PPKTP晶体和PPLN晶体的结论,与国外已报道的实验数据相吻合.证实了PPRTA晶体是一种可以产生可调谐近中红外光的理想准相位匹配非线性光学晶体.     

基于GaSe和ZnGeP2晶体差频产生可调谐太赫兹辐射的理论研究

基于非线性光学频率变换理论,采用已报道的利用非线性光学差频方法产生可调谐太赫兹波的实验条件作为理论分析的实验模型,计算模拟出在不同相位匹配条件下,GaSe和ZnGeP2晶体差频的相位匹配角、走离角、允许角和有效非线性系数,并对计算结果进行了分析比较,总结出对应输出不同太赫兹波长的最佳相位匹配方式.计算结果为利用非线性晶体差频产生可调谐太赫兹辐射的实验研究提供深入和全面的理论基础.     

3～4μm光参量振荡器中双轴晶体计算的新方法

提出了一种光参量振荡器(OPO)中基于调谐范围中心波长处满足相位匹配条件的KTP晶体计算的新方法;该方法通过求出的相位匹配点对有效非线性系数进行数值计算,找出有效非线性系数的最大值,从而求出该点对应的相位角θ和方位角φ,确定出晶体的切割角.     

高光谱与多光谱遥感影像反演地表不透水面的对比——以Hyperion和TM/ETM+为例

不透水面遥感信息的反演是近十年来遥感领域的一个热门课题,但是利用高光谱影像反演不透水面信息的研究较少,高光谱和多光谱影像反演不透水面的对比研究也少有报道。重点研究了高光谱EO-1 Hyperion和多光谱Landsat TM/ETM+数据在反演不透水面信息方面的特点,首先在福州、广州和杭州选取了三个实验区,利用线性光谱混合分析模型反演Hyperion和TM/ETM+影像的不透水面信息。对于多达242个波段的Hyperion影像,进一步利用判别分析从中选取了11个特征波段构成新的Hyperion’影像,以考察是否可用缩减波段的方法来取得较好的反演效果。结果表明,Hyperion高光谱影像反演不透水面的能力优于多光谱影像TM/ETM+,而利用特征波段构成的Hyperion’的反演精度最高,这主要得益于Hyperion具有更高的光谱分辨率和辐射分辨率,使其可以更有效地区别不同地物在光谱特征和辐射特征上的微细变化,从而可以更好地区分不同地物。而由特征波段构成的Hyperion’影像由于大幅减少了高光谱影像波段的冗余度,所以获得了更高的反演精度。     

浑善达克沙地光合/非光合植被及裸土光谱混合机理分析

研究浑善达克沙地光合/非光合植被(photosynthetic/non-photosynthetic vegetation,PV/NPV)及裸土(bared soil,BS)光谱混合机理,对于构建沙地最佳光谱混合模型、准确估算沙地地表植被覆盖信息具有重要意义。本研究通过两景覆盖研究区的Hyperion高光谱影像获取47个典型混合样地对应混合光谱信息,利用地面实测获取PV/NPV及BS端元光谱和每个样地各端元丰度信息,然后分别尝试采用线性光谱混合模型和非线性光谱混合模型对所有样地混合光谱进行分解计算光合植被覆盖度(fractional cover of photosynthetic vegetation,f_pv)和非光合植被覆盖度(fractional cover of non-photosynthetic vegetation,f_npv),通过比较不同模型分解均方根误差及PV/NPV覆盖度估算精度来探索浑善达克沙地PV/NPV及BS之间光谱混合形成机理,寻求适合其f_pv与f_npv估算的最佳光谱混合模型。结果表明：对于浑善达克沙地来说,基于PV/NPV及BS的线性光谱混合模型可以实现f_pv与f_npv的较好估算,f_pv估算的均方根误差为0.12(R2=0.84),f_npv估算的均方根误差为0.13(R2=0.66);考虑多重散射影响的非线性光谱混合模型无论在模型分解精度还是在f_pv与f_npv估算精度上均没有明显提升,其中各端元之间的多重散射作用对f_pv估算精度的影响不大,但会导致f_npv估算精度的明显降低。     

光谱特征分析的城市道路提取

道路是城市中典型的人造地物。利用高分辨率影像进行城市道路提取,对城市规划、交通发展具有重要意义。由于地物光谱的混淆性和异质性,利用传统基于光谱的分类方法很难将道路与其他城市地物区分开。针对这一问题,提出了一种利用道路边缘结构信息进行分类的方法,边缘作为光谱衍生信息对线性地物(如,道路等)识别具有明显的意义。首先,根据全色光谱波段纹理信息,利用改进的自适应Mean Shift算法进行边缘检测,最大限度减少噪声与伪边缘;然后,对边缘图像中的线段进行编组,利用统计模型依次对边缘线段求取统计特征,并将该统计特征与多光谱特征结合作为总分类特征;最后,利用监督学习方法对城市道路样本进行学习并对整个实验区域进行分类。结果表明将光谱信息与边缘统计特征融合对道路的识别精度为93%,相比传统方法78%的精度有显著的提高,因此,该方法是一种有效、可行的高分辨率遥感图像城市道路提取方法。     

水稻分蘖期无人机高光谱影像混合像元特征分析与分解

开展水稻无人机高光谱解混,获取水稻植株的高光谱反射率信息,对于提高水稻理化参量的反演模型精度具有重要意义.目前大多基于高光谱遥感影像自身数据进行解混,运用算法模型进行高光谱数据解混,将高光谱图像和可见光图像进行优势互补,提出一种基于无人机高清影像与高光谱遥感影像融合的稻田无人机高光谱解混方法,解决单一数据局限性问题,增...     

基于端元可变的喀斯特地形复杂区石漠化信息提取

喀斯特山区因地形复杂、地表破碎等特点使得遥感影像中阴影、混合像元及光谱变异现象普遍存在,传统基于多光谱遥感的像元二分法（DPM）在光谱变异和阴影显著的区域难以准确的对喀斯特石漠化（KRD）信息进行提取。采用高光谱遥感的混合像元分解技术可将复杂的混合像元分解为纯净的地物光谱与各地物光谱对应的混合比例,为复杂山区获取更高精度的石漠化信息提供可能。然而,由于光照、环境及大气等诸多因素的变化会引起端元发生不同程度变异,导致在混合像元分解过程中出现显著的误差,其次要从地形复杂、地表异质性强的山区影像上直接获取地物纯净光谱建立用于应对光谱变异的光谱库极其困难。因此,如何在这种情况下应对光谱变异和地形效应,获取有效、准确的对石漠化信息进行提取是当前研究的重点。针对以上问题,采用通过模拟由光照条件造成的地物反射率变化,并考虑每个波长间隔光谱变异情况的广义线性混合模型（GLMM）,以减轻喀斯特地区石漠化信息提取过程中光谱变异与地形效应的影响。首先,从GF-5高光谱影像中提取喀斯特地区主要地物（植被、裸岩、裸土）的典型代表性光谱,然后基于提取的地物光谱模拟不同光照下每个像元光谱的变异情况,选择最适合的光谱组合对像元进行分解,得到最优的解混效果。为了验证方法的可靠性,利用高分辨率影像目视解译的结果作为参考对方法预测结果进行验证,同时选择未考虑端元变异的全限制最小二乘法（FCLSU）和DPM进行对比。结果表明,在地形高度复杂的喀斯特山区,考虑阴影、混合像元及光谱变异是必要的,GLMM在石漠化信息提取中总精度达到了84.89%,明显高于其他两种方法的59.68%和67.34%。通过对光照区和阴影区分别进行精度检验,发现GLMM在光照区与阴影区有着相似的精度表现,而另外两者则差异较大,阴影区明显低于光照区。这反映GLMM能较为有效地减轻地形效应的影响,对喀斯特石漠化信息提取的精度有一定提升。     

城市河网尺度的水体光谱指数适宜性分析研究

城市地表水是城市生态环境的重要组成部分,地表水环境高光谱遥感是高光谱遥感的重要应用方向,水体提取是地表水环境高光谱遥感的第一步,其主要任务是从高光谱遥感数据中提取地表水水体轮廓。基于光谱指数的水体提取方法充分利用光谱信息,计算简单,实现容易,提取效果优异。归一化植被指数(NDVI)、归一化水体指数(NDWI)、高光谱差异化水体指数(HDWI)和基于指数的水体指数(IWI)等光谱指数已经广泛应用于湖泊、大江大河等开阔水体提取。近些年来,随着成像光谱技术的发展,高光谱遥感数据的获取能力也突飞猛进,空间分辨率和光谱分辨率不断提高。与江河湖基本在流域内沿地形分布不同,城市地表水一般细小,纵横交错,形成河网。在高光谱遥感数据用于城市体表水提取时,其面临的图像空间分辨率、地物类型和地物复杂等,与江河湖水体提取有很大不同。因此,需要对这些常用的光谱指数在城市地表水提取中的适宜性进行评价。以此做为出发点和目标,以河网密布的江南水乡中国浙江省嘉兴市为研究对象,以应用型航空成像光谱仪(Airborne imaging spectrometer for applications, AISA)获取的高空间分辨率机载高光谱遥感数据为数据源,通过Youden指数确定最佳阈值,将总体分类精度、错分误差、漏分误差、Kappa系数作为衡量指标,分析评价了NDVI,NDWI,HDWI和IWI 4种光谱指数在城市河网提取中的适宜性。结果表明,阴影与水体光谱变化趋势类似,是造成水体提取过程中高错分误差的主要因素。四种指数都可以准确抑制落在植被中的阴影,但无法有效抑制落在建筑物中的阴影。HDWI虽然可以在一定程度上抑制建筑物中的阴影,但是无法有效地抑制亮建筑物背景。通过对不同类型水体和阴影（笼罩下地物）光谱的进一步分析,虽然水体和阴影光谱曲线变化趋势相似,均在560～600 nm附近存在波峰,但是水体和阴影波峰高度存在差异,水体波峰值较大而阴影波峰值较低。因此,通过充分挖掘水体和阴影在560～600 nm处光谱反射信息,有望进一步抑制建筑物阴影,提高城市河网水体提取精度。     

基于无人机高光谱影像的建筑垃圾分类研究

建筑垃圾“围城”已经成为现阶段城市环境治理面临的主要问题,严重制约了城市生态环境的可持续发展,做好建筑垃圾的分类对保护城市水资源、提高城市土地利用率、提升居民生活质量意义重大。该研究将GaiaSky-mini 2推扫式机载高光谱成像仪（400～1 000 nm）搭载在经纬M600Pro无人机上,选择晴朗无风的试验环境,实时获取研究区高光谱遥感影像。对采集的研究区高光谱遥感影像进行几何校正、图像裁剪、辐射校正等预处理;将研究区内地物分为背景地物和建筑垃圾两大类,其中背景地物包括芦苇、蒿子、水体、阴影、裸土和柏油路,建筑垃圾包括白色塑料、防尘布、地基渣土和瓦砾砂石;基于影像像元选取样本点,分别提取研究区内6种背景地物和4种建筑垃圾的光谱信息,制作光谱曲线,并依据光谱特征差异,选取特征波段,通过波段计算统计并选取合理阈值,利用决策树分类法实现背景地物的分离和建筑垃圾的识别提取;针对不同类别的背景地物和建筑垃圾分别选取验证样本点,对背景地物的分离结果和建筑垃圾的识别结果进行精度评价。结果表明,背景地物和建筑垃圾总体识别精度为85.91%,Kappa系数为0.845;针对建立的背景地物分离决策树,6种背景地物的分类效果均较好,其中芦苇、柏油路和裸土的生产者精度为95%,整体能较好的将背景地物分离;针对建立的建筑垃圾识别决策树,防尘布和瓦砾砂石的生产者精度为95%,白色塑料和地基渣土的生产者精度为90%,能精确的提取研究区内的建筑垃圾。研究表明决策树分类法在无人机高光谱遥感影像中实现建筑垃圾的识别与提取具有很好的分类准确度,同时也验证了无人机高光谱遥感在建筑垃圾分类提取领域的科学性和可行性,对未来建筑垃圾的分类识别工作具有一定的实际意义。     

高光谱遥感图像光谱解混的独立成分分析技术

高光谱遥感在对地球陆地、海洋、大气的观测中发挥着重要作用,高光谱遥感图像分析的关键是提取像元光谱内部各物质成分及其含量,即光谱解混。独立成分分析提供了一种先进的技术手段,在很少先验知识的前提下,实现端元(物质成分)光谱及其丰度(含量)的同时提取。但丰度约束破坏了各成分独立的前提条件,导致了独立成分分析的局限性。针对这一问题,提出了丰度约束下总体相关性最小化的解决方案,并指出总体相关性最小化下的理想角度,通过设计角度修正的独立成分分析算法把各成分调整到理想角度上。利用模拟数据与真实数据算法进行检验,结果表明：经过角度修正后,独立成分分析突破了原有的局限性,有助于进一步提高独立成分分析技术在光谱分析中的有效性。     

基于非线性光谱字典学习的单幅RGB图像光谱重建方法研究

针对单幅RGB图像重建光谱图像中的病态问题,提出一种基于非线性光谱字典学习的非线性重建方法。为了适应线性和非线性数据,该方法首先改进了基于自联想神经网络模型的非线性主成分分析算法,并利用其从训练光谱集中学习低维光谱字典,用于光谱重建的求逆方程中,以缓解病态状况。再在此光谱字典基础上,利用阻尼高斯牛顿法结合截断奇异值分解的正则化方法,进一步缓解该非线性反演的病态问题,实现单幅RGB图像重建光谱图像。在实验中,采用Munsell以及Munsell+Pantone两个光谱训练集学习光谱字典,同时利用CAVE和UEA光谱图像库进行光谱重建测试。该方法测试结果与现有方法比较发现,该方法在不同光谱训练集下重建CAVE和UEA两库光谱图像的均方根差的平均值最低,分别为0.212 4,0.255 4,0.229 4和0.294 9,均方根差的标准偏差接近最好方法的效果,分别为0.068 5,0.084 7,0.066 8和0.087 0。此结果表明该方法针对单幅RGB图像重建光谱图像在重建精度和稳定性上均存在优势。     

结合纹理和空间特征的多光谱影像面向对象茶园提取

云南茶园主要分布于山区,往往与其他地物混合,破碎化程度高,给基于遥感的高精度茶园提取带来困难。破碎化山地茶园的遥感识别能力有待进一步提高。以西双版纳北部及普洱市南部山区为研究区,以高分一号(GF-1)遥感影像为数据源,基于易康(eCognition9.0)软件,采用多尺度分割(MRS)方法对影像进行分割,并通过ED3_Modified评估影像的最优分割尺度。首先构造了包括14个光谱特征、6个纹理特征和3个空间特征的23维初始特征,通过计算样本的分离度对分类特征空间进行优化,确定了16维最优特征空间。然后应用面向对象的监督分类方法[贝叶斯(Bayes)、决策树5.0(DT5.0)及随机森林(RF)]对研究区茶园进行提取。采用实地调查样点和随机点结合的方法对提取结果进行精度验证,并比较了不同分类方法的茶园提取精度。面向对象的监督分类[多分类（茶园、森林、农田、不透水层、水体）]结果的总体精度(OA)和Kappa系数分别为(Bayes: 87.73%, 0.70),(DT: 88.52%, 0.72),(RF: 91.23%, 0.78)。三种分类方法对茶园提取的生产者精度(PA)和使用者精度(UA)分别为(Bayes: 67.23%, 75.33%),(DT: 68.84%, 83.83%),(RF: 70.54%, 87.13%);相比于面向对象的RF多分类,面向对象RF二分类（茶园、其他地物）OA和Kappa系数分别提高了3.24%和0.07,茶园提取的PA与UA分别提高了5.99%和5.61%;相较于仅利用光谱特征的基于像元的RF多分类,面向对象的RF二分类OA与Kappa系数分别提高了23.32%和0.27,茶园提取PA与UA分别提高了21.10%和29.03%。结果表明：采用面向对象的监督分类方法在对茶园提取方面有应用潜力,尤其面向对象的RF分类精度更高,二分类相较于多分类对于茶园提取更为精细和准确。该方法对于复杂、破碎山地茶园提取精度较高,能够满足基于高空间分辨率多光谱影像的茶园精细化识别应用需求。