融合简单线性迭代聚类的高光谱混合像元分解策略

• Published in: 农业工程学报 Vol. 31; no. 17; pp. 199 - 206
• Main Author: 张飞飞 孙旭 薛良勇 高连如 刘长星
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 中国科学院遥感与数字地球研究所,北京100094%中国科学院遥感与数字地球研究所,北京,100094%中国矿业大学计算机科学与技术学院,徐州,221116%西安科技大学测绘科学与技术学院,西安,710054 2015; 西安科技大学测绘科学与技术学院,西安710054
• Subjects: 像元; 光谱分析; 简单线性迭代聚类; 算法; 超像元; 简单线性迭代聚类; super pixel; 算法; algorithms; spectrum analysis; pixels; 超像元; 光谱分析; simple linear iterative clustering (SLIC); 像元
• ISSN: 1002-6819
• DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.026

高光谱图像中的混合像元问题广泛存在,混合像元的分解效率一直是遥感应用研究的难点和热点。目前成熟的端元提取算法有纯像元指数（pure pixel index,PPI）、内部最大体积法（N-FINDR）、顶点成分分析（vertex component analysis,VCA）、顺序最大角凸锥（sequential maximum angle convex cone,SMACC）、交替最大体积法（alternating volume maximization,AVMAX）、最小体积封闭单形体（minimum volume enclosing simplex,MVES）等,这些算法从图像所有像元中提取纯光谱,具有提取速度慢、精度不高的缺点。为此,该文引入了一种融合简单线性迭代聚类（simple linear iterative clustering,SLIC）超像元分割的高光谱混合像元分解算法。超像元分割技术能够将具有相似特征的相邻像元组成图像块,并保留进一步进行图像处理的有效信息,从而大幅减少参与端元提取的像元数量,为解决上述问题提供了有效的途径。通过试验对比了降维方式（主成分分析和最大噪声分数）、RGB对应关系（6种）、色彩空间RGB（red,green,blue）和LAB（lightness-A-B）、数据格式（JPG,BIN）和算法参数K对高光谱图像超像元分割结果的影响,并进一步分析了SLIC超像元分割结果对2种典型端元提取算法（AVMAX、MVES）产生的不同效果。试验结果表明,随着K值的增大,混合像元分解的时间逐渐增加,均方根误差（root mean square error,RMSE）持平或减少,而JPG（有损压缩）数据格式的时间始终比BIN（无损压缩）数据格式的要短。SLIC＋MVES的RMSE略高于MVES的RMSE,低于AVMAX的RMSE,但时间远小于MVES。当K足够大的时候,SLIC＋MVES的效果就近似MVES的效果了。在大部分情况下,最大噪声分数的降维效果优于主成分分析。以最大噪声分数作为降维方法、以JPG作为数据格式、以LAB作为色彩空间对混合像元分解结果较为有利。另外,SLIC的参数K的取值在5-10之间较为合适。该研究中的SLIC超像元分割算法简单易行,并且提高了混合像元分解的效率,具备很好的实用价值。