结合小波变换和高光谱影像的壁画线条增强方法研究

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作者 段鲁楠 张爱武 +2 位作者 陈云生 高峰 郭巨文 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第9期2676-2683,共8页

由于年代久远,古代壁画往往画面模糊、线条丢失,难以辨别,而高光谱成像技术可以捕捉目标物质和能量的微变化,有利于增强壁画模糊或丢失的细节信息。因此,利用成像高光谱数据,提出了一种结合小波变换的壁画线条信息增强方法。首先,运用... 由于年代久远,古代壁画往往画面模糊、线条丢失,难以辨别,而高光谱成像技术可以捕捉目标物质和能量的微变化,有利于增强壁画模糊或丢失的细节信息。因此,利用成像高光谱数据,提出了一种结合小波变换的壁画线条信息增强方法。首先,运用分段最小噪声分离(MNF)变换,用最大平均梯度法选择最优MNF波段影像,提取纯净端元,通过全约束最小二乘光谱解混反演对应丰度图,选择线条丰度图与最优MNF波段影像进行波段运算,获得线条增强影像。然后,用MNF逆变换后的影像合成真彩色影像,将线条增强影像与真彩色影像通过高斯滤波增强细节信息,分别进行Haar小波分解,并将两者对应的高频信息融合,保留真彩色影像分解的低频信息,重构得到线条增强的彩色影像。实验表明:通过山西义居寺壁画进行验证,与主成分分析线条特征增强方法对比,该方法平均梯度和边缘强度分别增加0.083 7和15.253 1,具有更好的线条特征增强效果,为后续壁画的保护修复提供帮助。 展开更多

关键词 成像高光谱 端元提取 小波变换 图像融合 线状特征增强

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非线性变换和信息相邻相关的高光谱自适应波段选择 被引量：11

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作者 张爱武 杜楠 +1 位作者 康孝岩 郭超凡 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第5期213-221,共9页

通过非线性函数变换改进后的谱间Pearson相关分析可同时获取高光谱影像光谱间的综合相关系数(r_(cl))、相关类型和统计显著性水平;研究发现,非线性是高光谱影像的谱间相关性的主要类型。基于相关系数的波段相邻相关系数(r_(ac))在自适... 通过非线性函数变换改进后的谱间Pearson相关分析可同时获取高光谱影像光谱间的综合相关系数(r_(cl))、相关类型和统计显著性水平;研究发现,非线性是高光谱影像的谱间相关性的主要类型。基于相关系数的波段相邻相关系数(r_(ac))在自适应波段选择算法(ABS)中是为了表达波段的独立性,然而发现ABS算法中rac并不能有效表达波段独立性。鉴于此,提出了一种信息相邻相关系数(r_(iac))和基于此指数改进的自适应波段选择算法(MABS)。使用公共数据和实验室采集数据,对ABS、基于线性相关系数(r_l)的MABS(r_l)和基于r_(cl)的MABS(r_(cl))等三种算法进行实验。结果表明:在波谱范围和算法有效性及精度方面,MABS均优于ABS;MABS较好地兼顾了大信息量和强独立性原则,其波段选择结果的光谱范围明显大于ABS;MABS(r_(cl))的光谱范围略大于MABS(r_l);三种算法的总体分类精度(OA)和Kappa系数的大小顺序均为:MABS(r_(cl))>MABS(r_l)>ABS。 展开更多

关键词 非线性相关 谱间相关系数 信息相邻相关 波段选择 高光谱图像

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基于绿被覆盖率上推的天然草地冠层SPAD值高光谱反演方法

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作者 张爱武 李梦南 +1 位作者 史剑聪 庞海洋 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期3513-3523,共11页

叶绿素是评估草地光合作用能力和生理状况的重要指标。高光谱遥感包含丰富的光谱信息,已经成为无损估算草地叶绿素含量的重要手段。然而,通常获取的草地冠层高光谱数据与实测叶片的叶绿素含量存在尺度不匹配问题,导致高光谱反演叶绿素... 叶绿素是评估草地光合作用能力和生理状况的重要指标。高光谱遥感包含丰富的光谱信息,已经成为无损估算草地叶绿素含量的重要手段。然而,通常获取的草地冠层高光谱数据与实测叶片的叶绿素含量存在尺度不匹配问题,导致高光谱反演叶绿素的精度低。为此,提出基于绿被覆盖率上推的天然草地冠层叶绿素高光谱反演方法。以内蒙古呼伦贝尔典型天然草地为研究对象,利用ASD高光谱仪获取的地面冠层高光谱数据、SPAD叶绿素仪采集的叶片叶绿素相对含量实测值和样方手机数码相片,以绿被覆盖率为媒介,将叶片尺度的叶绿素相对含量实测值上推到冠层尺度。结果表明植被指数与SPAD相关性(-0.74~0.76)普遍高于场平均法上推SPAD(-0.63~0.50)。通过原始冠层光谱反射率、一阶导数光谱和42种常用叶绿素光谱指数构建基于绿被覆盖率上推的天然草地冠层叶绿素高光谱反演模型(SPAD_cover)。单变量的最优草地冠层叶绿素反演模型R^(2)=0.689,RMSE=2.714,RPD=1.752;多元线性逐步回归的最优草地冠层叶绿素反演模型R^(2)=0.833,RMSE=2.019,RPD=2.354。实验表明基于绿被覆盖率将草地叶片叶绿素含量实测值上推至冠层尺度,可以有效提高天然草地冠层叶绿素高光谱反演精度。 展开更多

关键词 天然草地 绿被覆盖率 高光谱 尺度上推 光谱指数 一阶导数光谱

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高光谱图像辐射位深残差量化及其对地物分类影响分析

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作者 王娟 张爱武 +1 位作者 张希珍 陈云生 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期872-882,共11页

目前的研究大多集中在高光谱图像(HSI)的空间和光谱分辨率的提升及应用上,很少关注辐射分辨率的综合运用。辐射分辨率反映传感器接收地物辐射能量动态变化的范围,探测地物辐射能量的微小变化,同样包含着丰富的地物信息。该研究提出了一... 目前的研究大多集中在高光谱图像(HSI)的空间和光谱分辨率的提升及应用上,很少关注辐射分辨率的综合运用。辐射分辨率反映传感器接收地物辐射能量动态变化的范围,探测地物辐射能量的微小变化,同样包含着丰富的地物信息。该研究提出了一种高光谱图像辐射位深残差量化(HSI radiation bit depth residual quantization method)方法,构建出高光谱图像不同辐射位深层级的位深特征图像(LHSI)及其残差图像(RHSI),并通过实验综合运用高光谱不同辐射位深层级的位深特征图像和残差图像及其组合进行地物分类,并分析其对地物分类精度的影响。实验表明,在保证一定分类精度的基础上,辐射位深为9 bit的位深特征图像,保留了原始高光谱图像的主要信息;辐射位深为4 bit的残差图像,比原始高光谱图像更突出地物细节信息;13 bit的位深特征图像与3 bit的残差图像的组合,既能保留原始高光谱图像的主要信息又能突出地物细节。 展开更多

关键词 高光谱图像 辐射分辨率 辐射位深残差量化 地物分类

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结合点特征直方图的点云分类方法 被引量：13

5

作者 张爱武 李文宁 +3 位作者 段乙好 孟宪刚 王书民 李含伦 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第5期795-801,共7页

针对经典的法向量和邻域高差算子包含的信息量较少,点云分类结果不理想的问题,提出一种基于点特征直方图的点云分类方法.该方法用四参数量化中心点与其邻域点之间的空间关系形成一个用于描述中心点邻域几何属性的多维直方图,并将其作为... 针对经典的法向量和邻域高差算子包含的信息量较少,点云分类结果不理想的问题,提出一种基于点特征直方图的点云分类方法.该方法用四参数量化中心点与其邻域点之间的空间关系形成一个用于描述中心点邻域几何属性的多维直方图,并将其作为点云分类的特征;用随机森林法将激光点云分为植被、地面以及建筑物3类,点特征直方图、法向量、邻域高差三者均为几何描述算子,用点特征直方图构建了一个高维信息空间的点的几何特征表达,鲁棒性强.通过与基于法向量和邻域高差的点云分类进行对比实验,验证了点特征直方图在点云分类中保边性强、稳定性好. 展开更多

关键词 点特征直方图 法向量 点云分类 几何特征

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Landsat8光谱衍生数据分类体系下的牧草生物量反演 被引量：8

6

作者 张爱武 张帅 +3 位作者 郭超凡 刘路路 胡少兴 柴沙驼 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期239-246,共8页

牧草生物量的估算对于草地资源合理利用和载畜平衡监测具有重要的意义,是评价草地生态系统与草地资源可持续发展的关键指标。基于Landsat遥感技术快速、无损的大面积植被生物量估算研究已广泛应用,当前大多基于单一变量或几个常用植被... 牧草生物量的估算对于草地资源合理利用和载畜平衡监测具有重要的意义,是评价草地生态系统与草地资源可持续发展的关键指标。基于Landsat遥感技术快速、无损的大面积植被生物量估算研究已广泛应用,当前大多基于单一变量或几个常用植被指数构建反演模型,这些指数往往不能从多方面反映植被理化特征。归纳了不同Landsat8光谱衍生数据所反映的植被理化特征及它们间的关联方式,构建了Landsat8光谱衍生数据的分类体系;在此基础上提出了一种基于随机梯度Boosting(SGB)算法的多变量、非线性生物量估算模型,探讨不同类型光谱衍生数据组合对于牧草生物量反演结果的影响。以青海省海晏县为研究区进行方案可行性探讨。结果表明常用的Landsat8光谱衍生数据主要从植被的绿度、黄度、盖度、水分含量、纹理特征以及通过消除大气干扰和土壤背景干扰等7个方面反映植被的理化特征(7个小类),可归纳为直接因子(绿度、黄度、盖度、水分含量)、间接因子(消除大气干扰和消除土壤背景干扰)和空间因子(纹理特征)3大类型。在牧草生物量反演中,这些光谱衍生数据类型间具有较好的互补性,单一的直接因子模型估算结果最差,引入间接因子和空间因子均能提高模型的估算结果,而由直接因子(GNDVI, TCW, NDTI, NDSVI, TCD)、间接因子(SAVI, VARI)和空间因子(MeanB3, MeanB6, HomⅡ, DisB5)共同构建的SGB模型估算精度最优,R2达到了0.88;RMSE为141.00 g·m-2。与5种常用的生物量估算模型结果对比,该方法具有明显的优势。较单变量模型,R2提高了42%~60%,RMSE降低47%以上,R■提高了31%~53%, RMSEcv降低29%;较多变量模型,R2提高了29%~42%, RMSE降低35%以上,R■提高了2%~18%, RMSEcv降低2%以上。此外,所提出方法在消除反演模型过饱和方面也具一定成效。综上,利用Landsat8数据从反映植被不同理化特征角度构建反演模型实现了牧草生物量的精准估算,对于后期牧草生长状况实时监测以及草地资源可持续利用与管理具有重要的指导意义。研究结果还可以为今后进行大面积区域草地动态监测以及其他农业领域的研究提供参考和借鉴。 展开更多

关键词 生物量 随机梯度Boosting算法 Landsat8光谱衍生数据

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高光谱成像分析植物叶片滞尘前后光谱特征变化 被引量：6

7

作者 张爱武 张泰配 +1 位作者 康孝岩 郭超凡 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第19期170-176,共7页

灰霾的监测与治理是迫切需要解决的问题,分析植被叶片滞尘前后的光谱变化特征是灰霾监测的一种有效方式。植物叶片具有吸附空气颗粒物的能力。该文通过获取10种常见树木叶片10月和11月连续26 d的高光谱图像,对比分析每种叶片滞尘前后的... 灰霾的监测与治理是迫切需要解决的问题,分析植被叶片滞尘前后的光谱变化特征是灰霾监测的一种有效方式。植物叶片具有吸附空气颗粒物的能力。该文通过获取10种常见树木叶片10月和11月连续26 d的高光谱图像,对比分析每种叶片滞尘前后的光谱特征变化情况,得出滞尘前后叶片光谱变化的基本趋势:1)10种叶片变化趋势基本一致,10种叶片滞尘前后光谱变化明显的区间均表现在500~550 nm、550~700 nm、730~760 nm波段内;2)滞尘前后的叶片红边位置并没有发生改变,滞尘没有对叶片内部生理结构构成影响;3)金露梅和二球悬铃木在765 nm波段处的光谱响应与其它树种存在很大差异;白杜、金银忍冬、紫薇和玉兰在550~570 nm波段区间对于滞尘的敏感度较弱。研究为大气降尘的监测以及灰霾的治理提供应用参考。为进一步通过高光谱探测灰霾典型成分提供理论支撑。 展开更多

关键词 灰尘 光谱分析 植物 滞尘 高光谱图像 叶片光谱

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基于高光谱图像的牧草粗蛋白含量反演模型 被引量：13

8

作者 张爱武 鄢文艳 郭超凡 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期188-194,共7页

粗蛋白(crude protein,CP)是评价牧草品质和饲用价值的重要指标。利用高光谱技术实现大面积牧草CP含量实时、准确、无损监测是草地营养状况监测的重要内容。为掌握青海省海晏县金银滩草原牧草CP含量的分布状况,该文采用课题组航空飞艇... 粗蛋白(crude protein,CP)是评价牧草品质和饲用价值的重要指标。利用高光谱技术实现大面积牧草CP含量实时、准确、无损监测是草地营养状况监测的重要内容。为掌握青海省海晏县金银滩草原牧草CP含量的分布状况,该文采用课题组航空飞艇搭载自主集成高光谱成像系统获取高分辨率高光谱图像,对高光谱数据进行光谱衍生变换,采用不同建模方法构建CP含量的反演模型。选取最佳组合的2种光谱指数为自变量构建牧草CP含量的单变量模型。对于包络线去除的衍生光谱和对数、归一化、一阶微分及其衍生组合变换光谱,使用逐步判别分析法筛选各光谱变量的特征波段作为自变量,构建牧草CP含量的多元线性和非线性回归模型,综合比较各模型的精度选择最优反演模型。结果表明,不同光谱变量相比,微分光谱变量对牧草CP含量拟合效果较好,R^2均达到0.794以上。不同多元回归模型相比,非线性回归模型精度高于对应的线性回归模型。以光谱对数后再一阶微分变量(D(log(R)))构建的多元非线性回归模型为牧草CP含量最优估算模型,R^2为0.918,RMSE为0.054。将D(log(R))建立的非线性回归模型应用于高光谱图像上,绘制研究区牧草CP含量空间分布图。研究为大区域尺度CP含量的定量反演及精准畜牧业的高效实施提供参考和技术依据,也为今后智慧畜牧业的发展奠定基础。 展开更多

关键词 遥感 模型构建 验证 高光谱图像 粗蛋白 光谱指数

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地面激光点云阶层式分类方法 被引量：4

9

作者 李文宁 张爱武 +2 位作者 王书民 胡少兴 张晓 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第8期1555-1561,共7页

针对不同地物之间点云特征的多样性和树木点云分布的无规律性,导致一般方法分类精度低的问题,提出一种基于对象的地面激光点云阶层式分类方法.首先采用欧氏距离聚类法将非地面点云分割;然后提出一种法向散乱系数计算方法,并用于树木的提... 针对不同地物之间点云特征的多样性和树木点云分布的无规律性,导致一般方法分类精度低的问题,提出一种基于对象的地面激光点云阶层式分类方法.首先采用欧氏距离聚类法将非地面点云分割;然后提出一种法向散乱系数计算方法,并用于树木的提取;最后结合点云对象的点个数、高程均值和平面拟合残差特征实现其他地物的分类.实验结果表明,该方法能有效地将复杂地物分类,相比于投影点密度法和支持向量机法分类精度更高. 展开更多

关键词 地面激光点云 欧氏聚类 法向散乱系数 阶层式分类方法

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基于光谱重建优化的无人机高光谱影像估算牧草生物量 被引量：10

10

作者 康孝岩 张爱武 庞海洋 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期250-256,共7页

准确及时地预测牧草的地上生物量AGB(above ground biomass)是实现牧草生长监测和合理放牧的前提。无人机高光谱遥感可快速获取高空间、光谱和辐射分辨率的遥感影像,已被广泛应用于精准农业和高通量植物表型等领域。为探究无人机高光谱... 准确及时地预测牧草的地上生物量AGB(above ground biomass)是实现牧草生长监测和合理放牧的前提。无人机高光谱遥感可快速获取高空间、光谱和辐射分辨率的遥感影像,已被广泛应用于精准农业和高通量植物表型等领域。为探究无人机高光谱影像(unmanned aerial vehicle hyper-spectral image,UAV-HSI)对草原牧草AGB预测的适用性,获取了青海省典型草场样区的UAV-HSI、样方牧草AGB和相关辅助数据。然而,UAV-HSI具有较大的数据量级,不便于被广泛采集、存储和传输,也会显著影响数据处理的效率,严重制约其被有效利用。着眼于此,提出一种兼顾数据简化和光谱保真的牧草冠层光谱重建优化方法,以期在有效降低数据量的同时,保证牧草AGB的预测精度。首先,利用残差量化方法对UAV-HSI进行特征参量化处理,获得低数据量级的多阶二值立方体(Hi)及系数矩阵(βi),并以此替代原始数据进行存储和传输;其次,利用Hi和βi进行光谱重建,得到初构光谱PRS(preliminarily reconstructed spectra);最后,运用Savitzky-Golay滤波对PRS进行优化,即为OPRS(optimized PRS)。以样区牧草光谱为例,对OPRS的光谱保真性,即OPRS与原始光谱之间的相关系数、光谱角和光谱矢量距离进行分析,结果表明,在3种保真性指标上,OPRS均明显优于同阶的PRS。进而,分析了牧草AGB与光谱变量之间的相关性,结果表明,与原始光谱和PRS相比,OPRS各波段对牧草AGB的预测能力相对较高且最为稳定。而后,利用偏最小二乘法回归构建了牧草AGB的反演模型,结果表明,在原始光谱、1~4阶PRS和1~4阶OPRS等9种光谱中,4阶和3阶OPRS的AGB预测精度分别达到了最优和次优水平,二者的AGB预测相对分析误差RPD(ratio of performance to deviation)分别为2.31和2.23,比原始光谱模型的RPD分别高0.26和0.18。在降低1个数量级的情况下,OPRS取得了优于原始光谱的牧草AGB预测性能,说明OPRS兼具数据简化和牧草AGB准确预测性能,为UAV-HSI估算牧草AGB提供了一种新的有效解决方案。 展开更多

关键词 无人机 高光谱遥感 光谱重建 草地植被 地上生物量

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区间优化提高牧草粗蛋白含量遥感估算精度 被引量：5

11

作者 张爱武 郭超凡 鄢文艳 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第14期149-156,共8页

牧草粗蛋白含量的估算对于草地营养状况监测以及草地资源可持续利用和管理具有重要意义。针对当前地面遥感与航天遥感的限制,尝试基于航空飞艇高光谱遥感进行牧草粗蛋白含量估算研究,以便更好满足智慧畜牧业的应用需求。针对现有植被生... 牧草粗蛋白含量的估算对于草地营养状况监测以及草地资源可持续利用和管理具有重要意义。针对当前地面遥感与航天遥感的限制,尝试基于航空飞艇高光谱遥感进行牧草粗蛋白含量估算研究,以便更好满足智慧畜牧业的应用需求。针对现有植被生化含量反演不确定性的问题,基于区间划分与判别分析的思想,提出了一种结合等宽区间划分法、逐步判别分析与Fisher判别法相结合的多步骤牧草粗蛋白含量估算模型,以青海省海晏县金银滩草原为研究区进行方案可行性研究。结果表明,提出的模型能够较好的实现牧草粗蛋白含量的精准估算,设定的3种不同划分区间(3区间,5区间和7区间)所对应的全样本检验精度和交叉检验精度分别达到了95%、90%,95%、80%和85%、65%。与传统的逐步线性回归方法相比,估算精度有了明显提高(总体检验精度提高18.7%~70%,交叉检验精度提高20%~62.5%)。3种不同区间模型(3区间,5区间和7区间)所对应的特征波段依次为870、815、802、737、391 nm;988、391、398、405、548 nm;870、815、946、888、839 nm。此外,模型的估算精度与划分区间数量成反比关系,在实际中可以根据不同的应用需求来调节划分区间数量。综上,该文利用航空飞艇高光谱数据实现了牧草粗蛋白含量的精准反演估算,对后期牧场营养状况实时监测以及草地资源可持续利用和管理具有重要的指导意义。 展开更多

关键词 光谱分析 蛋白质 遥感 飞艇 高光谱图像 牧草 区间分析

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多粒度光谱特征的牧草粗蛋白含量高光谱遥感估算 被引量：4

12

作者 康孝岩 张爱武 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第23期161-169,共9页

快速准确地估算牧草粗蛋白(crude protein,CP)含量是开展草原牧草生长监测和管理的重要内容之一。高光谱数据是牧草CP含量监测的理想数据源,然而,现有牧草CP含量高光谱反演方法缺乏对光谱多粒度信息的有效利用。针对该问题,提出一种新... 快速准确地估算牧草粗蛋白(crude protein,CP)含量是开展草原牧草生长监测和管理的重要内容之一。高光谱数据是牧草CP含量监测的理想数据源,然而,现有牧草CP含量高光谱反演方法缺乏对光谱多粒度信息的有效利用。针对该问题,提出一种新的多粒度光谱特征提取方法MGSS(multi-granularity spectral segmentation),以青海高原典型牧场为样区,对MGSS估算牧草CP含量的有效性进行验证。结果表明:1)在相同数量的自变量下,MGSS均能取得优于原始光谱的CP含量估测性能;2)MGSS最优估测模型的决定系数(coefficient of determination,R^2)、均方根误差(root mean squared error,RMSE)和平均相对误差(mean relative error,MRE)分别为0.937、1.906 g/m^2和8.82%,比原始光谱最优模型的R2高0.06,RMSE和MRE分别低0.75 g/m^2和1.37个百分点。可知,MGSS实现了高光谱影像对牧草CP含量的高性能估算,相比原始光谱性能更优,验证了其有效性,可为牧草CP含量的准确估算提供新的技术手段。 展开更多

关键词 光谱分析 蛋白质 遥感 牧草 粗蛋白 无人机 高光谱影像 多粒度光谱特征 青海湖盆地

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曲率无关方向扩散及改进型Chan-Vese主动轮廓模型 被引量：3

13

作者 冷大炜 马洪兵 +1 位作者 张爱武 孙卫东 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第2期161-169,共9页

低信噪比条件下的图像分割是图像分割与应用中所面临的难点之一.针对当前非参数化主动轮廓分割模型在低信噪比、高曲率条件下难以准确收敛到目标边缘的问题,以主动轮廓模型中的噪声处理项作为切入点,提出一种基于曲率无关方向扩散的非... 低信噪比条件下的图像分割是图像分割与应用中所面临的难点之一.针对当前非参数化主动轮廓分割模型在低信噪比、高曲率条件下难以准确收敛到目标边缘的问题,以主动轮廓模型中的噪声处理项作为切入点,提出一种基于曲率无关方向扩散的非参数化主动轮廓噪声去除方法.通过曲率无关方向扩散避免了去噪过程对主动轮廓形状的影响,并通过非规则边缘控制函数进一步控制噪声去除过程对信号边缘与噪声的不同作用,在有效去除噪声的同时保证了高曲率轮廓的收敛性;在此基础上,提出一种针对低信噪比图像分割的改进型Chan-Vese主动轮廓模型.最后通过详细的实验证明了该方法和改进Chan-Vese主动轮廓模型的有效性. 展开更多

关键词 低信噪比图像分割 非参数化主动轮廓 方向扩散 噪声去除

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纹理与波形特征组合对机载LiDAR数据分类的影响 被引量：1

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作者 张爱武 李陶 +2 位作者 李含伦 段乙好 孟宪刚 《高技术通讯》 CAS CSCD 北大核心 2016年第1期54-61,共8页

将纹理特征与波形特征用于LiDAR数据分类,进行了纹理特征与波形特征的最佳组合方案研究。首先将LiDAR全波形数据的高程、波宽、振幅和回波次数等波形特征信息转化为波形特征图像;然后利用灰度直方图和灰度共生矩阵(GLCM)提取多种纹理特... 将纹理特征与波形特征用于LiDAR数据分类,进行了纹理特征与波形特征的最佳组合方案研究。首先将LiDAR全波形数据的高程、波宽、振幅和回波次数等波形特征信息转化为波形特征图像;然后利用灰度直方图和灰度共生矩阵(GLCM)提取多种纹理特征,并与波形特征图像叠加构成多维特征图像;最后讨论纹理特征与波形特征组合对分类的影响,并确定最佳组合方案,探讨不同分类器对纹理与波形特征组合的适应性。实验结果表明,某些纹理特征能够提高分类精度,但不是分类特征越多越好,只有最佳组合才能充分利用纹理和波形特征,提高分类精度。 展开更多

关键词 LIDAR 波形特征图像 纹理 分类

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基于高阶残差量化的光谱二值编码新方法 被引量：2

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作者 康孝岩 张爱武 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期3013-3020,3027,共9页

光谱二值和多值编码技术能够实现目标光谱的快速匹配、识别和分类等应用,但这类量化编码方法会损失大量的光谱细节信息,且不能解码出与原始光谱近似的重构光谱,应用有限。为了解决上述问题,提出一种高阶残差量化的光谱编码新方法HOBC(hi... 光谱二值和多值编码技术能够实现目标光谱的快速匹配、识别和分类等应用,但这类量化编码方法会损失大量的光谱细节信息,且不能解码出与原始光谱近似的重构光谱,应用有限。为了解决上述问题,提出一种高阶残差量化的光谱编码新方法HOBC(high-order binary coding)。首先,对光谱向量进行去均值的规范化处理,得到值域为(-1,1)的光谱序列;然后,求解规范化光谱的±1编码、编码系数和残差(即一阶残差);基于一阶残差,逐阶解算2至K阶残差的±1编码及其系数;最后得到K个编码序列及其系数,即为HOBC的编码结果。选择典型波谱库数据集,对比光谱0/1二值编码BC01(binary coding with 0 and 1)、光谱分析编码SPAM(spectral analysis manager)、二值/四值混合编码SDFC(spectral derivative feature coding)和DNA四值编码等4种方法,进行了光谱量化编码和解码重构实验,分别统计了光谱形状特征和斜率特征编码的信息熵和存储量、光谱形状特征编码与原始光谱之间的光谱矢量距离SVD(spectral vector distance)、谱间Pearson相关系数SCC(spectral correlation coefficient)和光谱角SAM(spectral angle mapping)。结果表明,在编码存储量上,HOBC的1~4阶编码分别与以上4种编码相等;在编码信息熵上,HOBC的1~2阶编码分别与BC01和SPAM相等,而HOBC的3~4阶编码分别高于SDFC和DNA编码;在SCC上,HOBC1阶编码与BC01相等,而2~4阶编码均分别优于SPAM,SDFC和DNA编码;在SAM方面,HOBC 1~4阶编码均分别明显优于4种对比方法;4种对比方法不能明确解码重构,而HOBC可简便重构出与原始光谱近似的解码序列,且SVD逐阶递减。进一步,基于临泽草地试验站公开光谱数据集,进行了10类地物目标的光谱编码和监督分类实验,实验结果表明,在Kappa系数,总体分类精度和平均分类精度等3种性能评价指标上,HOBC均明显优于4种对比方法,尤其是,HOBC 4阶编码优于原始光谱的分类性能;对样本数量较少且类间相似性较高的难分类地物,HOBC亦具有优于其他算法的鲁棒性。说明HOBC编码在大幅压缩数据量的同时,其编码序列能保留较高的信息量,且具有较高的光谱可分性,可用于光谱高精度快速识别和分类;其解码重构序列与原始光谱序列具有较高的相似性,理论上可适用于目标识别和分类等应用。 展开更多

关键词 高阶残差量化 光谱编码 二值编码 四值编码 DNA编码

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p值统计量建模独立性的高光谱波段选择方法 被引量：2

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作者 张爱武 康孝岩 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第9期390-398,共9页

近年来,p值统计量的使用规范引起了统计学界的极大关注和集中讨论,广泛认为,p值统计量可表达观测数据与备择假设之间的不相容程度。为探究高光谱图像波段的相关分析p值与其样本独立性的联系,进行了演绎推理和实例验证,研究表明,与相关系... 近年来,p值统计量的使用规范引起了统计学界的极大关注和集中讨论,广泛认为,p值统计量可表达观测数据与备择假设之间的不相容程度。为探究高光谱图像波段的相关分析p值与其样本独立性的联系,进行了演绎推理和实例验证,研究表明,与相关系数r统计量相比,相关分析p统计量可直接表达波段样本的独立性,且p值矩阵具有高水平的自稀疏性,便于建模和计算。进而,对相关性p值矩阵进行直方图频数统计,提出一种基于p值的高光谱自适应波段选择方法 p SMBS。选取典型数据进行了监督分类实验,结果表明,在Kappa系数、总体精度(OA)和平均精度(AA)上,p SMBS均优于同类方法 ABS、Inf FS和LSFS。说明p SMBS在高光谱波段选择方面具有突出的有效性,这也佐证了相关性p值对波段独立性的强表征能力。 展开更多

关键词 p值统计量 波段独立性 自稀疏性 非监督波段选择 高光谱

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基于谱聚类与类间可分性因子的高光谱波段选择 被引量：24

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作者 秦方普 张爱武 +3 位作者 王书民 孟宪刚 胡少兴 孙卫东 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期1357-1364,共8页

随着遥感技术和成像光谱仪的发展,高光谱遥感图像的分辨率不断提高,其庞大的数据量在提高其遥感探测能力的同时,也给分析和处理带来了很大的困难。高光谱波段选择可以有效减少数据冗余,提高分类识别精度和处理效率。因此如何从多达数百... 随着遥感技术和成像光谱仪的发展,高光谱遥感图像的分辨率不断提高,其庞大的数据量在提高其遥感探测能力的同时,也给分析和处理带来了很大的困难。高光谱波段选择可以有效减少数据冗余,提高分类识别精度和处理效率。因此如何从多达数百个波段的高光谱图像中选择出具有较好分类识别能力的波段组合是亟待解决的问题。针对上述问题,采用基于图论的谱聚类算法,将原始高光谱图像中的波段作为待聚类的数据点,利用互信息描述两两波段间的相似度,生成相似度矩阵。再根据图谱划分理论,将相似度矩阵生成的非规范化图拉普拉斯矩阵进行谱分解,得到类间相似度小且类内相似度大的类簇;然后根据地物类型计算各波段的类间可分性因子,将其作为类簇内进一步选择代表性波段的参考指标,达到降维的目的;最后通过支持向量机与最小距离分类方法对波段选择后的图像分类。该方法区别于传统的无监督聚类方法,采用基于图论的谱聚类算法,并根据先验知识计算类间可分性因子来选择波段。通过与自适应波段选择算法和基于自动子空间划分的波段指数算法的对比实验,结果表明:两组实验当聚类数目达到相对最佳时,该波段选择方法支持向量机图像总分类精度达到94.08%和94.24%以上,最小距离分类图像总分类精度达到87.98%和89.09%以上,有效保留了光谱信息,提高了分类精度。 展开更多

关键词 高光谱 谱聚类 波段选择 类间可分性

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顾及局部特征的分区多阈值水系提取方法 被引量：6

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作者 左颖 段福洲 关鸿亮 《地理与地理信息科学》 CSCD 北大核心 2020年第6期1-6,共6页

确定集水面积阈值是提取流域水系的关键,已有集水面积阈值确定方法存在单一阈值提取水系不准确、多阈值数据获取困难等问题。该文基于黄土高原韭园沟流域DEM数据,提出基于水系局部特征的多阈值约束的集水面积阈值确定方法,并将该方法提... 确定集水面积阈值是提取流域水系的关键,已有集水面积阈值确定方法存在单一阈值提取水系不准确、多阈值数据获取困难等问题。该文基于黄土高原韭园沟流域DEM数据,提出基于水系局部特征的多阈值约束的集水面积阈值确定方法,并将该方法提取的水系和单一t值确定法与河网密度法提取的水系进行精度评价。研究结果显示:多阈值约束法提取水系的平均分支比和平均长度比分别为4.94和9.90,与真实水系(4.36和9.60)的差异最小,而其他两种方法差异均较大,表明多阈值约束法提取的水系能够更为真实地表达水系特征,且所需数据少,为DEM水系提取最优集水面积阈值提供了新思路。 展开更多

关键词 DEM 局部特征 水系提取 汇流累积量 多阈值约束

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