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基于多尺度混合卷积的高光谱遥感图像分类方法研究
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作者 刘国庆 任彦 +2 位作者 高晓文 龙杰 苏楠 《激光杂志》 北大核心 2025年第2期160-167,共8页
针对传统高光谱图像分类算法存在特征信息利用率不足且无法有效降低特征图空间冗余的问题,提出一种改进的基于混合卷积的多尺度模型MH-CNN,该模型使用多尺度3DCNN模块对高光谱图像进行空间特征和光谱特征的初步提取,然后采用嵌入了空间... 针对传统高光谱图像分类算法存在特征信息利用率不足且无法有效降低特征图空间冗余的问题,提出一种改进的基于混合卷积的多尺度模型MH-CNN,该模型使用多尺度3DCNN模块对高光谱图像进行空间特征和光谱特征的初步提取,然后采用嵌入了空间重建模块的多尺度2DCNN网络对特征图的深层空间特征做进一步的提取和优化,最后通过全连接层对高光谱遥感图像进行精准分类。实验在Indian Pines、Pavia Centre和Pavia University 3种开源数据集上进行,选取了7种经典的分类方法作为对比。MH-CNN算法在3个数据集上的总体精度分别达到了97.7%、99.2%和98.5%。实验结果表明,MH-CNN算法使得高光谱图像中的空谱特征都得到了充分的利用,同时有效减少了特征图的空间冗余,相比于其他模型提高了分类精度,具有较好的综合性能。 展开更多
关键词 深度学习 遥感图像处理 光谱 多尺度
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基于Transformer-FNN和无人机高光谱遥感技术的棉花黄萎病危害等级分类研究 被引量:1
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作者 廖娟 梁业雄 +7 位作者 姜锐 邢赫 何欣颖 王辉 曾浩求 何松炜 唐赛欧 罗锡文 《农业机械学报》 北大核心 2025年第2期240-251,共12页
针对目前使用无人机识别棉花黄萎病危害等级时,光谱数据冗余度高和传统机器学习模型识别精度不足等问题,采用无人机搭载Nano-Hyperspec高光谱成像仪采集棉田高光谱图像,通过探究棉花冠层对不同黄萎病危害等级的光谱响应特征,利用最优植... 针对目前使用无人机识别棉花黄萎病危害等级时,光谱数据冗余度高和传统机器学习模型识别精度不足等问题,采用无人机搭载Nano-Hyperspec高光谱成像仪采集棉田高光谱图像,通过探究棉花冠层对不同黄萎病危害等级的光谱响应特征,利用最优植被指数组合建立一种适用于黄萎病危害等级分类的监测模型,实现棉花黄萎病危害等级的精准分类。首先,利用最小冗余最大相关算法(Minimum redundancy maximum relevance,mRMR)对17种潜在的植被指数和270个光谱波段进行特征重要性排序,将mRMR筛选得到的特征,通过逐步递增分组的方式输入至极限梯度提升模型(eXtreme gradient boosting,XGBoost),确定与黄萎病危害等级相关性最高的植被指数和光谱特征波段。然后,基于Transformer架构和前馈神经网络(Feedforward neural network,FNN)构建Transformer-FNN棉花黄萎病危害等级分类模型,将植被指数与光谱特征波段输入Transformer-FNN模型进行分类识别,对比了植被指数与光谱特征波段对棉花黄萎病危害等级分类识别的准确性。最后,利用后向传播神经网络(Back propagation neural network,BPNN)、Transformer和支持向量机(Support vector machine,SVM)构建棉花黄萎病危害等级分类模型,并对这4种分类模型进行精度验证与对比分析。结果表明:棉花黄萎病等级分类的最优植被指数组合为MSR和TVI,最优特征波段组合为430、439、488、566、697、722、742、764、769、782、822、831、858、873、878、893、909、985 nm。基于Transformer-FNN模型,植被指数对黄萎病危害等级的总体分类精度为95.6%,较光谱特征波段的总体分类精度89.4%提高6.2个百分点。基于植被指数,Transformer-FNN模型对黄萎病危害等级的分类识别率比BPNN模型提高11.2个百分点,比Transformer模型提高17.2个百分点,比SVM模型提高30.8个百分点。研究提出了一种通过植被指数进行棉花黄萎病高精度监测方法,可为大面积棉花黄萎病精确监测提供有效措施。 展开更多
关键词 棉花黄萎病 Transformer-FNN 特征组合 mRMR-XGBoost 光谱遥感 植被指数
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自适应全变差和低秩约束的高光谱图像稀疏解混 被引量:1
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作者 徐晨光 郭禹 +4 位作者 李峰 刘翼 李艳 邓承志 刘燕德 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第4期1071-1081,共11页
高光谱稀疏解混是利用一个含有丰富的端元光谱信息的光谱库作为先验,并对高光谱数据进行分解,得到与光谱库中各端元光谱对应的丰度的图像处理技术。然而目前大多数稀疏解混方法,在高噪声条件下的解混效果不佳,且很多去噪解混算法只是片... 高光谱稀疏解混是利用一个含有丰富的端元光谱信息的光谱库作为先验,并对高光谱数据进行分解,得到与光谱库中各端元光谱对应的丰度的图像处理技术。然而目前大多数稀疏解混方法,在高噪声条件下的解混效果不佳,且很多去噪解混算法只是片面的利用了高光谱的某些特性,并没有对高光谱特性进行全面考虑,从而影响了解混算法的精度。为了解决这一问题,创新地提出了一种基于自适应全变差和低秩约束的高光谱图像稀疏解混方法。首先对稀疏解混算法进行了详细的介绍,接着对自适应全变差和低秩约束的高光谱图像稀疏解混算法进行建模,提出自适应全变差和低秩约束的高光谱图像稀疏解混算法。该算法把高光谱数据的低秩特性和自适应TV空间特性进行了融合,在保持丰度的低秩性和稀疏性的同时,自适应调整丰度矩阵在不同结构下全变差正则化的水平差和垂直差比例,达到更好的去噪效果。然后,使用ADMM算法对新的模型进行求解。最后,利用SUnSAL-TV,ADSpLRU,S2WSU,SU-ATV等几种比较经典的算法与本算法比较,通过两组模拟数据和一组真实数据来实验验证算法的好坏。两组模拟数据分别是在背景单一的DC1和背景复杂的DC2中各自加入10、15和20 dB三种高斯噪声得到的数据。模拟数据实验通过利用不同算法对这两组数据解混,对解混结果的信号与重建误差比、丰度重构正确率和稀疏度三个数值来比较,并对几种算法解混后的丰度图像、丰度图像与真实图像的差值图等信息进行观察对比,从而分析几种算法的好坏。真实数据实验是利用了内华达州的Cuprite矿区高光谱真实数据对解混结果进行分析对比,进一步用真实数据验证本算法的优势。实验结果表明:本方法相对于较为流行的几种解混方法具有更好的鲁棒性和解混效果,在SRE方面提高了11.4%~310.2%,拥有更出色的性能。 展开更多
关键词 稀疏解混 自适应全变差 低秩约束 光谱图像
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基于注意力机制的高光谱图像降维在纸质文物霉斑识别的研究
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作者 汤斌 贺渝龙 +6 位作者 唐欢 龙邹荣 王建旭 谭博文 覃丹 罗希玲 赵明富 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS 北大核心 2025年第1期246-255,共10页
纸质文物作为文物传承的重要工具,用于记录不同时期人类历史及人文风貌,其在保存过程中极易受到霉菌等微生物的侵害。霉菌会加速纤维素的降解,在纸张表面生成霉斑,并且散落的孢子会随空气流动大范围传播,增加其他纸质文物发生霉变的风... 纸质文物作为文物传承的重要工具,用于记录不同时期人类历史及人文风貌,其在保存过程中极易受到霉菌等微生物的侵害。霉菌会加速纤维素的降解,在纸张表面生成霉斑,并且散落的孢子会随空气流动大范围传播,增加其他纸质文物发生霉变的风险。因此,定期对纸质文物进行霉斑检测对了解纸质文物现状和纸质文物修复至关重要。高光谱成像技术是一种非接触性、非破坏性的检测技术,能同时获得空间数据和光谱数据,与计算机技术结合可以实现纸质文物的大批次实时无损检测。针对黑曲霉这一广泛出现的霉菌,提出一种基于注意力机制的高光谱数据降维方法,通过采集其高光谱数据,实现了高光谱冗余数据的自适应预处理。采集了来自重庆中国三峡博物馆提供的20份纸质文物黑曲霉霉斑样本,使用ENVI软件分析得出在413~855 nm波段范围内,黑曲霉霉斑感染区域和健康区域的平均光谱曲线,平均反射率差异明显;在855~1021 nm波段范围内,黑曲霉霉斑感染区域和墨迹区域的平均光谱曲线,平均反射率差异明显。文中将所提出方法与传统主成分分析和独立成分分析预处理方法分别处理原始高光谱数据,并将结果在经典U-Net、SegNet、DeepLabV3+和PSPNet四个语义分割网络上进行了对比。结果表明,该算法预处理的数据在U-Net和SegNet经典网络中有明显优势,相较于主成分分析法和独立成分分析法,霉斑识别精度取得了较大提升达到89.49%和88.46%,验证了本文所提出算法的有效性,为文物保护领域提供有效的支撑和新的思路。 展开更多
关键词 光谱数据预处理 霉斑识别 纸质文物 注意力机制 图像分割
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基于EnMAP高光谱遥感影像的烃类指数在塑料大棚分布提取中的应用
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作者 李旭文 郭金金 +7 位作者 姜晟 王甜甜 颜瑾 吉鑫 张蓓蓓 魏高磊 朱泽斌 潘振宇 《中国环境监测》 北大核心 2025年第3期235-244,共10页
利用德国EnMAP卫星HSI传感器获取了江苏省盐城市射阳县2024年4月22日的高光谱遥感影像,探索了其在生态环境监测中的使用价值。基于1728nm附近塑料烃类分子振动导致的倍频吸收谷光谱特征,利用EnMAP HSI在该波长区域的波段组合构建了遥感... 利用德国EnMAP卫星HSI传感器获取了江苏省盐城市射阳县2024年4月22日的高光谱遥感影像,探索了其在生态环境监测中的使用价值。基于1728nm附近塑料烃类分子振动导致的倍频吸收谷光谱特征,利用EnMAP HSI在该波长区域的波段组合构建了遥感烃类指数(HI),实现了农田温室塑料大棚分布信息的大范围快速、准确提取。初步应用效果表明:EnMAP HSI数据以其丰富的高光谱信息,在农业农村污染防治、环境健康和新污染物监测、生态监管中发挥了独特作用,在相关生态环境监测场景中发挥了应用潜力,是生态环境监测的重要遥感信息源。 展开更多
关键词 EnMAP 光谱遥感 烃类指数 塑料大棚
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CNN联合多尺度Transformer的高光谱与多光谱图像融合
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作者 徐光宪 周伟杰 马飞 《红外技术》 北大核心 2025年第1期52-62,共11页
高光谱图像具有丰富的光谱信息,多光谱图像具有精妙的几何特征,融合高分辨率的多光谱图像和低分辨率的高光谱图像可以获取更为全面的遥感数据图像。然而现有的融合网络大多数基于卷积神经网络所设计,对于结构复杂的遥感类图像而言,依赖... 高光谱图像具有丰富的光谱信息,多光谱图像具有精妙的几何特征,融合高分辨率的多光谱图像和低分辨率的高光谱图像可以获取更为全面的遥感数据图像。然而现有的融合网络大多数基于卷积神经网络所设计,对于结构复杂的遥感类图像而言,依赖于核大小的卷积运算,容易导致特征融合阶段缺乏一些全局上下文信息。为保证图像融合的质量,本文提出了一种CNN(Convolutional Neural Network,CNN)联合多尺度transformer网络来实现多光谱和高光谱图像融合,结合了CNN的特征提取能力与transformer的全局建模优势。网络将融合任务分为了两个阶段,特征提取阶段和融合阶段。特征提取阶段,针对图像特性,基于卷积神经网络分别设计了不同模块用于特征提取。融合阶段,通过多尺度transformer模块从局部到全局建立信息间长距离关联,最后通过多层卷积层将特征映射为高分辨率的高光谱图像。经过在CAVE和Harvard数据集的实验结果表明,本文所提算法与其他经典算法相比,能更好地提升融合图像的质量。 展开更多
关键词 光谱图像 光谱图像 卷积神经网络 TRANSFORMER 图像融合
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高光谱图像结合一维卷积神经网络的玉米大斑病早期识别
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作者 路阳 顾福谦 +2 位作者 谷英楠 许思源 王鹏 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第8期2302-2310,共9页
大斑病在全球各大玉米产区都有出现,降低了玉米的品质和产量。该病害多在病斑明显时识别,难以及时防治。本文提出一维卷积神经网络(1DCNN)高光谱模型,实现早期识别。以玉米大斑病为研究对象,手动接种大斑病后,选取吐丝期的玉米叶片进行... 大斑病在全球各大玉米产区都有出现,降低了玉米的品质和产量。该病害多在病斑明显时识别,难以及时防治。本文提出一维卷积神经网络(1DCNN)高光谱模型,实现早期识别。以玉米大斑病为研究对象,手动接种大斑病后,选取吐丝期的玉米叶片进行试验,此时期刚显现病斑特征,但无法通过视觉属性观察看出是何种病害。首先采用SOC710E光谱仪采集高光谱图像,通过选取感兴趣区域获得玉米叶片的健康和大斑病两种光谱数据。使用SG卷积平滑、多元散射校正(MSC)、标准正态变换(SNV)和去趋势算法(DT)等四种光谱预处理方法,以去除光谱数据中的噪声。分别使用随机森林(RF)和K最近邻(KNN)两种监督学习算法,以准确率作为评价指标,对高光谱图像进行识别。结果表明,MSC为优选的预处理方法,两种模型预测准确率分别为88.13%和86.26%。然后采用竞争性自适应重加权算法对玉米叶片光谱数据进行特征波长提取,从原始的260个波长中优选出48个特征波长。最后建立一维卷积深度学习模型进行分类,识别准确率达到99.61%,相较于传统分类模型KNN、RF、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)、反向传播神经网络(BP)、支持向量机(SVM),提出的模型识别准确率分别提高了5.94%、6.88%、6.48%、8.27%、12.12%。高光谱技术结合深度学习模型可以更有效识别玉米大斑病,为实现玉米病害早期识别提供了一种新的思路和方法。 展开更多
关键词 一维卷积神经网络 光谱图像 玉米 大斑病
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基于张量环子空间平滑与图正则的高光谱图像超分辨率方法研究
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作者 杨飞霞 李正 马飞 《计算机科学》 北大核心 2025年第8期240-250,共11页
针对现有经典的矩阵分解模型会导致三维数据结构信息丢失,特别是受到噪声污染时重构图像质量严重下降等问题,提出了一种子空间平滑正则化与图正则相结合的高光谱与多光谱图像融合的方法,在保持立方体结构特征的同时利用流形结构与局部... 针对现有经典的矩阵分解模型会导致三维数据结构信息丢失,特别是受到噪声污染时重构图像质量严重下降等问题,提出了一种子空间平滑正则化与图正则相结合的高光谱与多光谱图像融合的方法,在保持立方体结构特征的同时利用流形结构与局部平滑特性来实现高光谱图像超分辨率的重建。首先,利用空间子空间与光谱子空间的局部自相似性,通过张量环因子构建空间图和光谱图来挖掘空间光谱流形结构,以提升重建图像质量;其次,引入子空间平滑正则化用于促进目标图像子空间的分段平滑;最后,设计一种高效的近端交替最小化算法对所提出的算法进行求解。在3个常用的实验数据集上进行的实验表明,所提出的模型不仅能改善空间细节和结构,在一定程度上还能抑制噪声。 展开更多
关键词 光谱图像 光谱与多光谱图像融合 张量环分解 图正则 子空间平滑正则化
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航空高光谱图像的湖泊富营养化评价方法
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作者 黄岩 方彦奇 +5 位作者 徐明钻 石剑龙 杨奎 祁超 梁森 季岩 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第5期84-91,共8页
针对目前湖泊水体富营养化评价中水质参数定量反演困难、数据多以地面或低空间分辨率数据为主的现状,采用0.5 m空间分辨率的航空高光谱遥感数据,结合地面实测数据开展水质参数定量反演研究,并基于反演结果进行湖泊水体富营养化评价。首... 针对目前湖泊水体富营养化评价中水质参数定量反演困难、数据多以地面或低空间分辨率数据为主的现状,采用0.5 m空间分辨率的航空高光谱遥感数据,结合地面实测数据开展水质参数定量反演研究,并基于反演结果进行湖泊水体富营养化评价。首先,对预处理后的水体表面离水反射率进行4种数学变换并与水质参数进行相关性分析,选择相关性较高的一阶微分,使用竞争性自适应重加权算法进行特征提取。然后采用基于量子粒子群(QPSO)参数优化的最小二乘支持向量回归(LSSVR)算法进行水质参数反演模型的构建,使用决定系数(R^(2))和均方根误差评价模型精度,并进行对比分析。最后进行综合营养状态指数计算,与实测值进行比较分析,并基于航空高光谱数据开展研究区湖泊水体富营养化评价。结果表明:1)基于QPSO-LSSVR方法的水质参数反演模型精度最高(R^(2)>0.8);2)综合营养指数结果准确,反演值与实测值的平均相对误差为0.91%,均方根误差为0.50;3)研究区水体富营养化评价结果空间分辨率高,能从面上精确、细致地反应湖水营养状态分布情况。该方法实现了水体富营养化的高精度快速评价。 展开更多
关键词 航空光谱图像 湖泊富营养化 最小二乘支持向量回归 综合营养状态指数法
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不均衡少标签样本下基于语义自动编码网络的高光谱图像分类
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作者 孙宝刚 何国斌 《红外技术》 北大核心 2025年第4期429-436,共8页
为了提升不均衡少标签样本下高光谱图像分类性能,本文提出了一种改进的语义自动编码网络,该网络首先将高光谱的类别标签信息引入到语义自编码网络模型中,通过将不同数据集的原始数据及标签信息分别映射至同一特征空间以建立已知类别和... 为了提升不均衡少标签样本下高光谱图像分类性能,本文提出了一种改进的语义自动编码网络,该网络首先将高光谱的类别标签信息引入到语义自编码网络模型中,通过将不同数据集的原始数据及标签信息分别映射至同一特征空间以建立已知类别和未知类别的关联,然后将该对应关系应用于未知数据集进行标签推理,并构建基于图正则化项的目标函数以保存数据集中特征流形结构,最后采用交替方向乘子法将全局问题分解为多个较小、较容易求解的局部子问题,最终获得全局最优解。实验选取3个具有不同的光谱维度、光谱带数量和土地覆盖类型的高光谱数据集进行处理,可以满足实验数据的多样性。结果表明,本文所提方法的分类结果具有较高的分类精度,其分类结果与基准结果比较相近,适合工程上对非均衡高光谱图像数据分类。 展开更多
关键词 光谱图像 地物分类 深度学习 语义自动编码网络 语义关联 特征映射
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基于动态字典学习的含噪高光谱图像空谱融合
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作者 杨静 赵建斌 +3 位作者 陈路 池浩田 闫涛 陈斌 《计算机应用》 北大核心 2025年第9期2941-2948,共8页
针对传统高光谱图像(HSI)空谱融合算法通常采用静态光谱字典,而字典学习与图像融合过程相分离,对含有噪声的空谱融合任务处理效果不佳的问题,提出一种基于动态字典学习(DDL)的含噪HSI空谱融合算法。该算法采用迭代思想,在融合过程中动... 针对传统高光谱图像(HSI)空谱融合算法通常采用静态光谱字典,而字典学习与图像融合过程相分离,对含有噪声的空谱融合任务处理效果不佳的问题,提出一种基于动态字典学习(DDL)的含噪HSI空谱融合算法。该算法采用迭代思想,在融合过程中动态更新字典原子,从而协作完成空谱融合及噪声去除任务。首先,对输入的HSI进行粗去噪,并利用去噪结果初始化光谱字典;其次,利用上述初始化字典对两幅待融合图像进行稀疏表示,以得到中间融合结果;再次,将中间融合结果反馈给字典学习模块,不断更新字典原子,构造动态光谱字典;最后,通过迭代以上过程得到最终的输出图像。在3个遥感HSI数据集上的仿真实验结果表明,所提算法能够在提升图像空间分辨率的同时有效去除噪声。同时,在真实含噪图像波段上的实验结果表明,所提算法能够有效提高融合图像的视觉质量。在Cuprite Mine数据集上,在高斯噪声方差为0.15且放大倍数为8时,与基于广义张量核范数(GTNN)的方法和先去噪后融合的方法AL-NSSR方法相比,所提算法的峰值信噪比(PSNR)分别提升了32.48%和10.72%。 展开更多
关键词 光谱图像 空谱融合 噪声 光谱字典学习 迭代稀疏表示
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融合光谱解混与动态加权扩散映射的高光谱图像聚类算法
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作者 黄远程 高欣雨 《红外技术》 北大核心 2025年第3期335-341,共7页
针对传统的高光谱图像聚类算法存在精度不佳、计算成本较高且常用的距离测度计算准则难以准确度量像素之间相似性关系等问题。本文以提升高光谱图像聚类性能为目标,提出了融合光谱解混与动态加权扩散映射的高光谱图像聚类算法,该方法在... 针对传统的高光谱图像聚类算法存在精度不佳、计算成本较高且常用的距离测度计算准则难以准确度量像素之间相似性关系等问题。本文以提升高光谱图像聚类性能为目标,提出了融合光谱解混与动态加权扩散映射的高光谱图像聚类算法,该方法在混合像元分解的基础上,根据扩散映射理论计算得到的扩散距离进行聚类。它同时利用高光谱中观察到的高维几何和丰度结构来解决聚类问题,在两个真实高光谱数据集上的实验结果表明,本文算法有着更高的分类精度,能够成功应用于高光谱图像聚类。 展开更多
关键词 光谱图像 聚类 扩散距离 混合像元分解
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卷积循环神经网络的高光谱图像解混方法
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作者 孔繁锵 余圣杰 +2 位作者 王坤 方煦 吕志杰 《西安电子科技大学学报》 北大核心 2025年第1期142-151,共10页
针对传统的解混方法和基于自编码器的解混网络方法,利用空间信息提升了解混性能,但未深入挖掘和利用光谱特征,而光谱特征和空间信息的有效结合能够进一步提高解混性能,因此,提出了基于双向卷积长短期记忆网络的解混框架。该框架采用创... 针对传统的解混方法和基于自编码器的解混网络方法,利用空间信息提升了解混性能,但未深入挖掘和利用光谱特征,而光谱特征和空间信息的有效结合能够进一步提高解混性能,因此,提出了基于双向卷积长短期记忆网络的解混框架。该框架采用创新性的网络结构设计,通过卷积层深入挖掘空间特征,同时利用卷积长短期记忆单元充分挖掘波段间的光谱变异性及其光谱相关性,有效处理光谱维度的序列信息,从而实现对高光谱数据更加精准和高效的分析。为了更加细致地区分和利用高光谱数据中不同谱段的特异性,采用深度光谱分区方法优化网络输入,通过自适应学习机制对不同光谱区域精细化处理,增强了模型对高光谱数据中复杂光谱关系的捕捉能力,进一步提升网络的解混性能。在模拟和多个真实高光谱数据集上的对比实验表明,该方法在解混精度和模型鲁棒性等方面均优于现有方法,特别是在处理复杂地物光谱特征时,表现出良好的泛化能力和稳定性,能够准确估计端元和丰度。 展开更多
关键词 光谱图像 循环神经网络 自编码器 卷积长短期记忆网络 深度光谱分区
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融合光谱子空间和模型导向的高光谱图像超分辨率研究
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作者 刘丛 梅海闽 《小型微型计算机系统》 北大核心 2025年第2期373-380,共8页
针对现有的基于深度学习的高光谱图像超分辨率重建方法无法通用于不同波段的高光谱图像以及缺乏可解释性等问题.提出一种融合光谱子空间映射和模型引导的高光谱图像超分辨率算法.首先,使用光谱子空间分解将原始图像映射到低维空间中,既... 针对现有的基于深度学习的高光谱图像超分辨率重建方法无法通用于不同波段的高光谱图像以及缺乏可解释性等问题.提出一种融合光谱子空间映射和模型引导的高光谱图像超分辨率算法.首先,使用光谱子空间分解将原始图像映射到低维空间中,既可以增加光谱间的相关性又可以去除不同波段高光谱图像对网络的限制.其次,使用小波变换将稀疏矩阵分解为高频特征和低频特征,挖掘图像中的纹理和结构等高频信息.再者,以超分辨率重建模型为指导,将ADMM分解后的子模型优化展开为深度网络的形式,增加了深度网络设计的可解释性.最终,使用逆小波变换后将重建的系数矩阵映射到原始的全谱空间中.实验表明,提出的方法在定量指标和主观视觉方面均表现优异. 展开更多
关键词 光谱图像 超分辨率 模型引导 光谱子空间 小波变换
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一种改进的K-PCA与PNN结合的快速高光谱遥感分类算法
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作者 简萌 陈旭凤 +1 位作者 鲁军 郝敏钗 《河北大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期343-351,共9页
高光谱遥感数据可以提供更加丰富的地物信息,但因其数据维度高、冗余性强等特点导致传统分类方法效率低下.针对此问题本文提出一种改进的核-主成分分析(kernel-principalcomponentanalysis,K-PCA)与概率神经网络(probabilisticneuralnet... 高光谱遥感数据可以提供更加丰富的地物信息,但因其数据维度高、冗余性强等特点导致传统分类方法效率低下.针对此问题本文提出一种改进的核-主成分分析(kernel-principalcomponentanalysis,K-PCA)与概率神经网络(probabilisticneuralnetwork,PNN)结合的快速高光谱遥感分类算法.首先提出一种最近邻的样本选择方法,用以筛选更具代表性的地物光谱数据;其次提出一种基于半数重采样的主成分优选策略,有效去除噪声并保留光谱本质特征,大幅度降低数据维度;最后融合K-PCA的非线性降维特性与PNN的最优贝叶斯分类能力进行地物识别.在利用AVIRIS高光谱数据集的验证实验中,本算法不仅将分类精度提升至89.9%,较传统方法提升显著,且运算效率大幅提升.结果表明该算法在兼顾分类精度与实时性的高光谱地物识别场景中凸显优势,为遥感大数据智能处理提供了高效解决方案. 展开更多
关键词 光谱遥感数据 地物识别 核-主成分分析 概率神经网络 半数重采样
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基于自适应空谱约束的加权残差NMF高光谱图像解混
16
作者 陈善学 戚俊杰 《信号处理》 北大核心 2025年第3期553-568,共16页
标准的非负矩阵分解(Nonnegative Matrix Factorization,NMF)模型应用于高光谱图像解混时,由于模型的非凸性、光谱和空间先验信息未充分利用的问题,导致解混精度不高。为提高解混性能,提出了一种基于自适应空谱约束的加权残差非负矩阵... 标准的非负矩阵分解(Nonnegative Matrix Factorization,NMF)模型应用于高光谱图像解混时,由于模型的非凸性、光谱和空间先验信息未充分利用的问题,导致解混精度不高。为提高解混性能,提出了一种基于自适应空谱约束的加权残差非负矩阵分解高光谱图像解混算法。该算法首先,对传统的NMF模型进行改进,利用在迭代过程中原始高光谱图像矩阵与重构图像矩阵之间的残差来构建残差权重因子,为损失函数的每一行分配贡献权重,以减轻噪声的影响,提高算法的鲁棒性。其次,为利用高光谱图像丰富的先验信息,算法引入像元空谱相似度来衡量像元间的相似性以捕获像元在空间及光谱上的联系,并由相似度矩阵自适应地确定像元邻域来构造空间权重因子,提升了丰度的分段平滑性。此外,结合丰度矩阵的固有特征,构造光谱权重因子,促进了丰度的稀疏性。最后,由于高光谱图像具有较高的光谱分辨率,相邻波段的反射值变化较小,因此端元光谱具有一定的平滑度,算法通过端元光谱反射值间的差异分配平滑权重,以调整在迭代过程中端元光谱的平滑程度。本文利用梯度下降推导出算法的乘法更新规则,为证明所提算法的有效性,将其与其他几种算法在模拟数据以及Jasper Ridge和Urban两个真实高光谱数据上进行实验,实验结果验证了该算法具有更好的解混性能。 展开更多
关键词 光谱图像解混 非负矩阵分解 加权残差 像元空谱相似度 平滑权重
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基于张量字典学习的高光谱图像稀疏表示分类 被引量:1
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作者 宫学亮 李玉 +2 位作者 贾淑涵 赵泉华 王丽英 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第3期798-807,共10页
高光谱图像因其蕴含十分丰富的光谱和空间信息已被广泛应用于生产生活的各个领域。为了充分挖掘高光谱图像中蕴含的光谱和空间信息,从高光谱数据固有的三维属性出发,以空-谱张量为基本处理单元,提出一种基于张量字典学习的稀疏表示分类(... 高光谱图像因其蕴含十分丰富的光谱和空间信息已被广泛应用于生产生活的各个领域。为了充分挖掘高光谱图像中蕴含的光谱和空间信息,从高光谱数据固有的三维属性出发,以空-谱张量为基本处理单元,提出一种基于张量字典学习的稀疏表示分类(Tensor-DLSRC)算法,以提高高光谱图像分类精度。首先,构建以像素及其空间邻域像素光谱向量组成的像素空-谱张量;其次,将作为训练样本像素的空-谱张量按照不同维度展开成矩阵,并以其列向量均值作为字典原子组成初始化张量字典;同时,在张量稀疏性约束条件下构建张量稀疏表示(Tensor-SR)模型,并利用张量字典学习算法学习一组能够精确刻画该类张量空-谱特征的字靛矩阵;最后,对待分类像素利用Tensor-SR模型求解其空-谱张量的稀疏表示系数张量,根据重构残差最小化原则确定该像素类别。为了分析参数对提出算法分类精度的影响,在进行分类对比实验之前,通过一系列实验分别讨论训练样本数M、邻域窗口尺寸(2δ+1)×(2δ+1)、字典学习阶段的稀疏度μ1和稀疏表示阶段的稀疏度μ2等参数对总体分类精度(OA)的影响。为了验证提出算法的有效性,分别在Indian Pines、Salinas和Xuzhou三个高光谱数据上进行实验,对比分析本算法与基于光谱向量的SRC算法和DLSRC算法、增加邻域空间信息的JSRC算法和DLJSRC算法和基于空-谱张量的Tensor-DLSRC算法等五种算法的分类结果,并采用基于混淆矩阵的平均准确率(APR)、平均精度(PA)、OA和Kappa系数对分类结果定量分析。所提出的Tensor-DLSRC算法在OA和Kappa系数的平均值水平是六种算法中最高的,且具有最小的标准差,说明本算法与五种其他算法相比能够提供更准确且稳定的分类结果。 展开更多
关键词 光谱图像 空-谱张量 稀疏表示 张量字典学习 张量稀疏表示分类
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基于RGB与高光谱图像的小麦低温胁迫评估模型 被引量:1
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作者 余德炤 江晓东 +5 位作者 杨莹颖 张建取 忻乐 张艳 秦思容 杨再强 《南方农业学报》 北大核心 2025年第1期97-110,共14页
【目的】探究低温胁迫对小麦叶片叶绿素荧光参数、RGB图像参数和高光谱指数的影响,建立小麦低温胁迫评估模型,为小麦生产防灾减灾提供参考。【方法】以济麦22为研究对象,在小麦拔节期开展低温胁迫控制试验,设白天(8:00—20:00)/夜间(20... 【目的】探究低温胁迫对小麦叶片叶绿素荧光参数、RGB图像参数和高光谱指数的影响,建立小麦低温胁迫评估模型,为小麦生产防灾减灾提供参考。【方法】以济麦22为研究对象,在小麦拔节期开展低温胁迫控制试验,设白天(8:00—20:00)/夜间(20:00—次日8:00)平均温度分别为8℃/0℃(T1)、6℃/-2℃(T2)和4℃/-4℃(T3)3个处理,持续时间3 d,以大田自然环境的盆栽小麦(23℃/8℃)为对照(CK),研究低温胁迫处理结束后1、3和6 d小麦叶片叶绿素荧光参数、RGB图像参数及高光谱指数的变化规律;使用一元线性回归、随机森林(RF)和人工神经网络(ANN)建立小麦低温胁迫评估模型。【结果】叶绿素荧光参数DIo/RC可作为评估小麦低温胁迫的指标。在一元线性回归模型中,使用增强型植被指数(EVI)建立的一元线性回归模型效果最佳,回归方程为y=-1.261x+1.401,决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、平均相对误差(MRE)分别为0.536、0.058、0.045和11.31%。在RF和ANN模型中,基于RGB图像参数建立的模型精度高于基于高光谱指数建立的模型,RF模型测试集R^(2)、RMSE、MAE、MRE分别为0.771、0.042、0.033、8.57%,R^(2)相比一元线性回归模型提高43.78%,RMSE、MAE、MRE分别降低28.31%、28.06%、24.21%;ANN模型测试集R^(2)、RMSE、MAE、MRE分别为0.742、0.046、0.037、9.01%,测试集R^(2)相比一元线性回归模型提高38.34%,RMSE、MAE、MRE分别降低20.33%、18.06%、20.32%。【结论】基于RGB图像参数的RF模型效果最好、精度最高,可用于小麦的低温胁迫评估。 展开更多
关键词 小麦 叶绿素荧光参数 RGB图像 光谱图像 低温胁迫评估模型
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基于动态图-谱特征提取的高光谱图像分类方法 被引量:1
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作者 徐陈捷 李丹 孔繁锵 《光子学报》 北大核心 2025年第4期178-197,共20页
针对高光谱图像分类任务中小样本引起分类精度不高的问题,提出了一种基于动态图-谱特征提取的高光谱分类方法,提高全局建模和局部信息提取能力,实现跨域空间特征和光谱相似性特征的互补融合。首先,提出动态轴滑动建图策略,建立高效、有... 针对高光谱图像分类任务中小样本引起分类精度不高的问题,提出了一种基于动态图-谱特征提取的高光谱分类方法,提高全局建模和局部信息提取能力,实现跨域空间特征和光谱相似性特征的互补融合。首先,提出动态轴滑动建图策略,建立高效、有代表性的图结构。其次,基于动态图结构设计动态图特征提取网络,采用特征卷积层、动态空间卷积模块和动态图卷积模块以捕捉局部特征并整合不同尺度的跨域空间特征。然后,区域-全局光谱特征网络通过多层光谱特征卷积模块,融合局部信息并跨层融合编码器,深入挖掘局部和全局光谱特征的序列属性。最后,交叉注意力建立动态关联以融合空间和光谱信息,完成分类。实验结果表明,该方法在Indian Pines、University of Pavia和Salinas三个高光谱数据集上取得了优于现有方法的分类性能,为处理高光谱图像复杂空间和光谱信息提供了一种有效的深度学习框架。 展开更多
关键词 光谱图像分类 动态图特征 光谱特征 交叉注意力 深度学习
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基于光谱-纹理特征的辣椒早疫病潜育期高光谱图像检测识别 被引量:2
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作者 沈梦姣 鲍浩 张艳 《生物化学与生物物理进展》 北大核心 2025年第1期233-243,共11页
目的早疫病是茄科作物生长过程中的一种常见破坏性病害,严重时会导致作物欠收而损失严重,传统的作物病害检测方法难以在病害潜育期及时发现病害特征从而采取科学有效的防治措施。本文通过高光谱成像仪连续监测从而获得不同感染期辣椒早... 目的早疫病是茄科作物生长过程中的一种常见破坏性病害,严重时会导致作物欠收而损失严重,传统的作物病害检测方法难以在病害潜育期及时发现病害特征从而采取科学有效的防治措施。本文通过高光谱成像仪连续监测从而获得不同感染期辣椒早疫病的高光谱图像,利用光谱角余弦-相关系数和切比雪夫距离确定了辣椒早疫病潜育期最早可识别时间(本实验潜育期最早可识别时间为接种后24h)。方法以辣椒早疫病潜育期病状作为研究对象,采用遗传算法筛选出13个特征波长,经特征波长优化组合并结合逻辑回归模型建立基于光谱特征的作物病害潜育期病状识别模型。同时,利用局部二值模式建立基于图像纹理特征的辣椒早疫病潜育期识别模型。结果实验以120个样本进行测试,基于光谱特征的作物病害潜育期病状检测识别模型在训练集和测试集的准确率均达到93%以上,基于纹理特征的作物病害潜育期病状检测识别模型在训练集和测试集的准确率分别达到了98.96%和100%。结论利用光谱特征或者纹理特征均可实现作物病害潜育期病状的检测识别,纹理特征相比光谱特征更显著地揭示了病害潜育期特征,有效提升了模型检测性能。本文研究成果可为其他作物病害潜育期病状的监测识别提供理论参考。 展开更多
关键词 光谱图像 辣椒早疫病 潜育期 图谱特征 检测识别
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