基于线性嵌入和张量流形的高光谱特征提取

为了使降维结果更好地体现高光谱数据的空间结构信息,并进一步提高分类精度,提出了一种基于线性嵌入和张量流形的高光谱特征提取算法。不同于其他流形结构的表达方法,所提算法采用协同表示理论求解全局线性嵌入的权重矩阵,更有利于保持高维数据的全局信息,提高了流形结构表达的准确性。同时,建立了基于多特征描述的张量流形降维框架,得到的显式映射具有较强的可靠性和全局适应性。实验结果表明:与主成分分析、局部线性嵌入、拉普拉斯特征映射和线性保留投影等算法相比,所提算法表现出了更优越的分类性能。     

局部超图拉普拉斯约束的高光谱影像低秩表示去噪方法

针对传统高光谱影像低秩表示去噪方法无法保持影像多元几何结构信息的问题,提出一种基于局部超图拉普拉斯约束的高光谱影像低秩表示去噪方法。在低秩表示模型中增加超图拉普拉斯正则项,保持数据间多元几何流形结构;并对低秩模型系数矩阵增加稀疏和非负约束条件,进一步提高模型对影像局部信息的保持能力,使得模型不仅能够恢复具有低秩性质的影像信号分量,而且可以很好地保持影像的多元几何流形结构。在AVIRIS影像和ProSpecTIR-VS影像上的对比实验表明,所提方法更好地保持了影像的空间和光谱信息,有效地改善了高光谱影像去噪效果。     

基于稀疏表示分类和近红外光谱的烟叶自动分级研究

以近红外光谱技术和深度学习算法为依托,提出了一种基于稀疏表示分类算法的烟叶分级方法。该方法首先将所有训练样本通过稀疏编码建立稀疏表示数据字典,并对所有测试样本在该字典下通过稀疏编码进行稀疏表示,然后计算每个测试样本在数据字典上的投影,将具有最小残差的等级作为测试样本的级别。本文算法与线性判别方法与粒子群支持向量机算法进行了比较和分析,实验结果表明本文所提出的稀疏表示分类算法不仅能够获得更高的分类正确率,同时具有更高的计算效率。本文所提出的方法能够对烟叶的不同等级进行准确识别,为烟叶收购中的质量等级评价提供了一种新技术。     

基于监督稀疏流形嵌入的高光谱遥感影像分类

稀疏流形聚类和嵌入算法通过仿射空间中的稀疏表示获得稀疏系数,并能由稀疏系数自适应地选取来自同一流形的数据点.但稀疏流形聚类和嵌入算法没有直接的投影矩阵,且为非监督学习方法.针对稀疏流形聚类和嵌入算法算法的不足,提出一种新的监督稀疏流形嵌入算法.该方法首先在仿射空间中采用稀疏优化法得到稀疏系数,然后根据稀疏系数构建相似权值,并在权值中嵌入样本类别信息,增加同类数据间的聚集性,并在低维嵌入空间中保持这种相似性不变,提取鉴别特征来提升分类性能.实验结果表明:该文方法不仅能保持数据的稀疏特性,而且通过利用样本数据的类别信息使同类数据在低维空间尽可能聚集,提取鉴别特征,进而改善高光谱影像的地物分类效果.     

L1-2空谱全变差正则化下的高光谱图像去噪

针对高光谱图像的复原问题,提出了一种基于局部核范数最小化和全局L_(1-2)空谱全变差正则化的高光谱复原模型.首先,将高光谱图像划分成局部交叠的三维图块,在提高局部低秩性的同时减少核范数最小化带来的信息损失;然后,建立稀疏表达能力更强的L_(1-2)空谱全变差正则项,不仅能表示空间稀疏先验,而且还能发掘光谱稀疏先验;最后联合两者的优势,在局部上利用核范数最小化惩罚光谱低秩性,在全局上利用L_(1-2)空谱全变差约束高光谱的空间和光谱稀疏性,建立新的高光谱图像复原模型.该模型不仅能够有效去除高斯噪声、脉冲噪声、死线噪声及其混合噪声,而且减少了对噪声独立同分布假设的依赖,能部分抑制与结构相关的噪声.通过对模拟的和真实的高光谱图像进行大量的实验仿真,并与经典的基于低秩和全变差的复原方法相比,本文模型复原结果的平均峰值信噪比提高1.36 dB,平均结构性相似指标提高0.004,而Q-测度降低1.35,平均光谱角降低0.64,复原精度大幅度提高.     

基于旋转主方向梯度直方图特征的判别稀疏图映射算法

非约束环境下采集的人脸图像复杂多变,将其直接作为字典原子用于稀疏表示分类(sparse representation based classification,SRC),识别效果不理想.针对该问题,本文提出一种基于旋转主方向梯度直方图特征的判别稀疏图映射(discriminative sparse graph embedding based on histogram of rotated principal orientation gradients,DSGE-HRPOG)算法,用于构建类内紧凑、类间分离的低维判别特征字典,提高稀疏表示分类准确性.首先,采用旋转主方向梯度直方图(histogram of rotated principal orientation gradients,HRPOG)特征算子提取非约束人脸图像的多尺度多方向梯度特征,有效去除外界干扰和像素间冗余信息,构建稳定、鉴别的HRPOG特征字典;其次,引入判别稀疏图映射(discriminative sparse graph embedding,DSGE)算法,以类内重构散度最小、类间重构散度最大为目标计算特征字典的最佳低维投影矩阵,进一步增强低维特征字典的判别性、紧致性;最后,提出投影矩阵和稀疏重构关系交替迭代优化算法,将维数约简过程伴随在稀疏图构建过程中,使分类效果更理想.在AR,Extended Yale B,LFW和Pub Fig这4个数据库上进行大量实验,验证了本文算法在实验环境数据库和真实环境数据库上的有效性.     

基于3D卷积自编解码器和低秩表示的高光谱异常检测

针对高光谱影像数据维度高、空间和光谱信息利用不足以及局部结构特征表达有限等问题,提出了一种基于3D卷积自编解码器和低秩表示的高光谱异常检测算法。首先,通过3D卷积自编解码器提取高光谱影像的空谱特征,并针对高光谱图像的局部区域强相关性,设计了一种新的损失函数来约束中心像素和周围像素,以提取判别性较强的特征图;然后,针对所提取的特征图,通过基于密度的空间聚类算法构建背景字典,并利用低秩表示分离出异常区域;最后,融合由3D卷积自编解码器得到的重构误差和异常区域检测结果,得到最终检测图并为异常目标关键信息的挖掘提供依据。为了验证所提算法的有效性,在两个真实的机场高光谱数据集上进行飞机等目标检测实验,ROC、AUC量化指标和主观分析等实验结果表明,与其它6种异常检测算法相比,本文算法具有更高的异常目标检测精度。     

基于快速三因子分解和组稀疏正则化的高光谱图像去噪

为了有效去除高光谱图像中噪声带来的干扰,提升图像质量,在局部低秩和全局组稀疏结合的框架内提出了一种基于快速三因子分解和组稀疏正则化的去噪模型。首先,将高光谱图像分解成若干三维重叠图块并将其逐波段列化成矩阵,在快速三因子分解的框架下将这些矩阵分解为两个正交因子矩阵和一个核心矩阵,对核心矩阵添加L2,1范数最小化约束;其次,对高光谱图像空间和光谱方向的梯度张量分别添加组稀疏正则化约束;最后,将低秩矩阵的三因子分解和全局组稀疏正则化结合,可以充分挖掘图像的局部低秩和稀疏的先验信息,并去除各种混合噪声。在三个数据集上与五种经典模型相比,该模型的各项评价指标更高,去噪图像保留了更多细节信息,去噪效果更好。     

字典学习稀疏表示的高光谱图像异常检测

针对稀疏表示高光谱检测算法性能受背景字典影响较大的问题,充分利用高光谱图像空间信息和光谱主成分信息,提出了一种基于字典学习的稀疏表示异常检测算法。首先利用主成分分析提取高光谱数据的主特征,建立目标主成分空间,并证明了在主成分空间进行字典学习稀疏重构的可行性;然后在主成分空间内构造基于K-SVD算法的训练字典,改善了背景字典性能;采用正交匹配算法重构主成分分量,利用主成分分析反变换得到待检测像元重构光谱,增强了高光谱图像的局部异常特性;最后,基于重构误差异常特性实现高光谱图像异常检测。仿真结果证明了该方法的有效性。     

一种极化SAR影像分类中的半监督降维方法

针对极化合成孔径雷达(SAR)应用中存在的特征冗余问题,结合线性判别分析(LDA)和局部线性嵌入(LLE)的思想,提出一种半监督降维算法:半监督局部判别分析(SLDA)。该算法首先基于LLE的局部保持特性建立正则项,以避免学习中的过拟合问题。然后,在标记样本集上进行正则化的判别分析,以增强算法的推广能力,同时保持所有样本点在原始空间的局部几何结构。利用RADARSAT-2和AIRSAR卫星获得的Flevoland地区的全极化SAR数据进行降维实验,结果表明SLDA提取的低维特征具有"类内紧聚,类间分离"的特性;进一步的分类实验结果表明,SLDA只需1‰~2‰的标记样本就能使分类精度达到90%左右,分类性能优于其他对比方法。     

联合稀疏表示在水下目标分类中的应用

水下目标分类识别的性能受所选特征的限制,多特征往往可以获得更加稳定的结果,针对这一问题,提出了一种基于联合稀疏表示模型的水下目标分类识别方法。首先对水下目标回波信号提取3种具有信息互补性与关联性的特征:中心矩特征、小波包能量谱特征、梅尔频率倒谱系数特征,然后应用加速近端梯度法对联合稀疏表示模型进行优化,求解得到最优联合稀疏系数,最后根据最小误差准则确定目标类别。在消声水池开展模拟实验,对6类目标进行分类识别,结果表明:与传统算法相比,提出的算法具有更高识别准确率,并且其执行效率较传统算法有很大提升。      

稀疏阈值的超分辨率图像重建

为了解决基于字典学习的超分辨重构算法耗时过长的问题,提出了基于稀疏阈值模型的图像超分辨率重建方法。首先,将联合字典理论与图像块稀疏阈值方法相结合,训练得到高、低分辨率过完备图像字典对。接着,通过稀疏阈值OMP算法对图像特征块进行稀疏表示。然后,通过高分辨率字典重构出初始的超分辨图像。最后,通过改进迭代反投影算法对初始的超分辨图像进行全局优化,从而进一步提高图像重构质量。实验结果表明,超分辨图像重构平均峰值信噪比(PSNR)为30.1 d B,平均结构自相似度(SSIM)为0.937 9,平均计算时间为10.2 s。有效提高了超分辨重构的速度,改善了重构高分辨图像的质量。     

基于颜色模型和稀疏表示的图像型火焰探测

常用的图像型火焰探测算法是提取火焰在图像上表现出的单个特征信息或其有效组合作为识别的依据,需要大量的训练样本进行学习与参量优化,且识别率对特征选择的要求也很高.本文从火焰的整体特征考虑,提出了基于颜色模型和稀疏表示模型相结合的图像型火灾探测方法.首先在HIS空间建立颜色模型对火灾图像进行预处理提取出疑似区域,建立稀疏表...     

基于高维拉曼光谱数据的变压器油纸绝缘老化评估方法研究

采用激光拉曼光谱技术对变压器油纸绝缘老化状态检测是一种有效的方法。随着样本量的扩充,亟待处理的数据集维度逐渐增大,研究适用于高维拉曼光谱数据的变压器油纸绝缘老化评估方法具有重要的意义。设计与现场变压器内部绝缘结构相似的油纸绝缘环境,进行加速热老化实验并定期采样,获取到10类老化程度依次递增的油样本,采用激光拉曼光谱技术对样本进行检测。选用复合稀疏导数建模法对样本原始拉曼光谱数据预处理,可以一步完成去噪与基线校正;引入差异特征选取方法筛选不同老化程度下光谱中变化显著的特征,计算同一拉曼频移下不同老化程度的特征点数据集方差,选择差异较大的数据序列所对应的拉曼特征变量,设定方差阈值为0.5进行特征选择,每个样本都从1 023个光谱特征点抽取出304个特征点进行后续分析;针对变压器油纸绝缘老化拉曼光谱高维样本数据集,引入多种不同类型的算法对其处理。分别运用K-means聚类算法、Fisher算法与随机森林算法对获取到的样本预处理后的数据建立模型,引入评估准确度、提升度以及Kappa系数对各算法建立的模型判别效果进行评估。结果表明：有监督学习的Fisher算法与随机森林算法效果较好,相对于无监督学习的K-means聚类算法,模型判别能力分别提升了1.166 6和1.95,论证了有监督学习模型在变压器油纸绝缘老化的评估中具有判别优势;从模型判别准确度和Kappa系数来看,强分类器随机森林算法建立的判别模型均高于Fisher判别模型,其准确度提升了10%,且Kappa系数上升了0.111 5,论证了随机森林算法作为由多个单一分类器组成的强分类器,相对单一分类器来说,在变压器油纸绝缘老化的评估中模型的泛化能力较好,且模型较为稳定可靠。通过对三种不同类型的算法对比,确定了在变压器油纸绝缘老化评估中,有监督学习强分类器随机森林算法的判别优势,为变压器油纸绝缘老化的有效评估打下了基础。     

基于颜色模型和稀疏表示的图像型火焰探测

常用的图像型火焰探测算法是提取火焰在图像上表现出的单个特征信息或其有效组合作为识别的依据,需要大量的训练样本进行学习与参量优化,且识别率对特征选择的要求也很高.本文从火焰的整体特征考虑,提出了基于颜色模型和稀疏表示模型相结合的图像型火灾探测方法.首先在HIS空间建立颜色模型对火灾图像进行预处理提取出疑似区域,建立稀疏表示模型,并利用主成分分析方法构造火焰和疑似火焰物体的特征字典,最后利用l1-minimization计算测试样本与训练样本的最小逼近残差实现火焰和干扰物体的分类识别.实验结果表明,该方法提高了火灾图像的分类准确度和识别速度,同时具有较高的准确率.     

Infrared and visible image fusion method based on saliency detection in sparse domain

Infrared and visible image fusion is a key problem in the field of multi-sensor image fusion. To better preserve the significant information of the infrared and visible images in the final fused image, the saliency maps of the source images is introduced into the fusion procedure. Firstly, under the framework of the joint sparse representation (JSR) model, the global and local saliency maps of the source images are obtained based on sparse coefficients. Then, a saliency detection model is proposed, which combines the global and local saliency maps to generate an integrated saliency map. Finally, a weighted fusion algorithm based on the integrated saliency map is developed to achieve the fusion progress. The experimental results show that our method is superior to the state-of-the-art methods in terms of several universal quality evaluation indexes, as well as in the visual quality.     

基于高光谱技术融合图像信息的脱绒棉种品种分类检测研究

开展种子品种的识别研究是保证种子质量的重要手段。利用高光谱图像技术融合图像特征信息对脱绒棉种的品种进行判别分析。采集4个品种共240粒脱绒棉种样本的高光谱图像数据(400～1 000 nm),提取样本的光谱信息及长、宽、面积、圆形度、等12个形态特征。采用连续投影算法(SPA)选出11个特征波段作为输入结合偏最小二乘判别分析法(PLS-DA)、软独立模式识别法(SIMCA)、最邻近节点算法(KNN)、主成分分析结合线性判别(PCA-LDA)及二次判别(PCA-QDA)进行建模分析,得出PLS-DA建模集和预测集的总体识别率分别为93%和90%。利用图像信息进行建模分析,模型整体的识别率均不高,说明单独使用高光谱图像的形态特征进行分类效果不佳。将特征波段的光谱和形态特征信息进行融合作为输入,建立基于PLS-DA,SIMCA,KNN,PCA-LDA及PCA-QDA的信息融合模型,其精度均比基于光谱或形态信息模型高,其中PLS-DA模型识别效果最好,建模集和预测集总体识别率分别为98%和97%。表明融合高光谱图像的光谱与图像信息可以在少量波段情况下有效的提高脱绒棉种品种的分类检测精度。     

Infrared dim moving target tracking via sparsity-based discriminative classifier and convolutional network

Infrared dim and small target tracking is a great challenging task. The main challenge for target tracking is to account for appearance change of an object, which submerges in the cluttered background. An efficient appearance model that exploits both the global template and local representation over infrared image sequences is constructed for dim moving target tracking. A Sparsity-based Discriminative Classifier (SDC) and a Convolutional Network-based Generative Model (CNGM) are combined with a prior model. In the SDC model, a sparse representation-based algorithm is adopted to calculate the confidence value that assigns more weights to target templates than negative background templates. In the CNGM model, simple cell feature maps are obtained by calculating the convolution between target templates and fixed filters, which are extracted from the target region at the first frame. These maps measure similarities between each filter and local intensity patterns across the target template, therefore encoding its local structural information. Then, all the maps form a representation, preserving the inner geometric layout of a candidate template. Furthermore, the fixed target template set is processed via an efficient prior model. The same operation is applied to candidate templates in the CNGM model. The online update scheme not only accounts for appearance variations but also alleviates the migration problem. At last, collaborative confidence values of particles are utilized to generate particles' importance weights. Experiments on various infrared sequences have validated the tracking capability of the presented algorithm. Experimental results show that this algorithm runs in real-time and provides a higher accuracy than state of the art algorithms.     

Optimization-based image reconstruction in x-ray computed tomography by sparsity exploitation of local continuity and nonlocal spatial self-similarity

The additional sparse prior of images has been the subject of much research in problems of sparse-view computed tomography(CT) reconstruction. A method employing the image gradient sparsity is often used to reduce the sampling rate and is shown to remove the unwanted artifacts while preserve sharp edges, but may cause blocky or patchy artifacts.To eliminate this drawback, we propose a novel sparsity exploitation-based model for CT image reconstruction. In the presented model, the sparse representation and sparsity exploitation of both gradient and nonlocal gradient are investigated.The new model is shown to offer the potential for better results by introducing a similarity prior information of the image structure. Then, an effective alternating direction minimization algorithm is developed to optimize the objective function with a robust convergence result. Qualitative and quantitative evaluations have been carried out both on the simulation and real data in terms of accuracy and resolution properties. The results indicate that the proposed method can be applied for achieving better image-quality potential with the theoretically expected detailed feature preservation.     

基于遗传模型改进蜂群算法的稀疏阵列优化

人工蜂群算法作为一种新兴的群体智能算法,在解决复杂连续问题时表现突出。但是由于算法本身内在运行机制的原因,算法在搜索上表现出优异的性能,却疏于开发。为了平衡搜索和开发二者之间的矛盾,提出了一种基于遗传模型改进的人工蜂群算法,并成功运用到了阵列综合领域。算法先将全局最优解引入邻域搜索过程,指导蜂群寻找最佳蜜源,加速算法收敛。为了避免人工蜂群算法陷入局部最优,需要提高其开发能力,通过借鉴遗传算法中的进化机制,建立了遗传模型,对采取最佳保留后的蜜源进行遗传操作,丰富蜜源的多样性。在一组广泛使用的数值函数上对改进人工蜂群算法进行了测试,实验数据表明,该算法相较于其他算法具有很强的竞争力。将该算法运用于线性阵列的稀疏优化,旨在降低阵列的峰值旁瓣电平,在同样的阵列约束下与其他算法进行了优化对比,仿真结果进一步证明了算法的有效性。