[發明專利]基于免疫進化策略的高光譜圖像分類方法

無效

• 申請號: 201010139249.2
• 申請日: 2010-03-31
• 公開（公告）號: CN101826160A
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 尹繼豪;姜志國;王一飛;王義松;付重陽;高超
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06K9/66
• 分類號: G06K9/66;G06N3/12;G01S7/48
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種基于免疫進化策略的高光譜圖像分類方法，并開發了相應的仿真原型系統，該系統具有人機交互接口模塊、高光譜最優波段選擇模塊、高光譜地物分類模塊、分類結果輸出模塊四個功能模塊；

該方法流程步驟如下：假設給定高光譜圖像中光譜波段集合B，記作?表示高光譜圖像中包含的波段總數，以及抗體種群集合Ab，記作Ab(k)＝{ab₁，ab₂，…，av_N}，N表示種群規模，且滿足ab_i∈B，其中，i＝1，2，…，N；

通過人機交互接口模塊完成步驟一；

步驟一獲得初始數據及相關初始化操作

通過人機交互接口模塊獲得待處理的高光譜數據，并設置如下相關參數：最大進化代數genMax，初始種群數量N_Init，每代初始選擇種群數量N，混合變異步長δ，選擇波段總數N_B；

通過高光譜最優波段選擇模塊完成步驟二～步驟八；

步驟二種群初始化

隨機初始化種群，得到數量為N_Init的初始抗體種群，記作?其中ab_i∈B，i＝1，2，…，N_Init；

步驟三種群初始選擇

通過計算公式(1)得到每個抗體ab_i的親和力；從初始種群Ab_Init(k)中選擇前N個抗體，這里Ab_Init(k)中的抗體ab_i按照其親和力降序排序；通過種群初始選擇步驟，形成初始選擇種群Ab(k)；

其中，Aff表示抗體和抗原間的親和力的大小，sepIndex表示地物間的可分性，ab_i∈Ab_Init(k)其值通過計算公式(2)得到：?

其中，SCM表示兩光譜間的相似度，BC表示兩波段間的相關性，ED表示兩光譜間的歐式距離，SAM表示兩光譜間的夾角；SCM、BC、ED、SAM的值分別通過計算公式(3)～(6)得到；

其中，SCM(A，B)為光譜A、B之間的相關系數，μ_A和σ_A分別表示A的均值和方差，μ_B和σ_B分別表示B的均值和方差；N_B表示選擇波段總數；

其中，BC(i，j)為波段i和波段j間的相關系數，x_ip和x_jp分別為波段i和波段j內的第p個像元的輻射亮度值，μ_i和μ_j分別為波段i和波段j的輻射亮度值均值；

其中，ED(A，B)為光譜A、B之間的歐氏距離，A_k為地物A的光譜向量的第k個分量，B_k為地物B的光譜向量的第k個分量；

其中，arccosα(·)為光譜A、B之間的光譜夾角；

步驟四種群克隆增殖

對抗原種群中的每個抗體ab_i進行克隆操作，其克隆數量N_Ci通過計算公式(7)得到：

其中，N_Ci表示ab_i的克隆數量，?表示下取整函數，norAff_i表示歸一化后抗體ab_i的親和力；其中，i＝1，2，…，N；ab_i∈Ab(k)；

通過種群克隆增殖步驟，形成總的克隆種群Ab′(k)，種群規模為N_C，其中?

步驟五種群混合變異

對親和力高的克隆種群{ab′_i}進行單點變異操作，其中，ab′_j∈Ab′(k)，i＝1，2，…，p，而對親和力低的克隆種群{ab′_i}進行多點變異操作；其中，ab′_i∈Ab′(k)，i＝1，2，…，q，s.t.：p+q＝N_Ci在進行抗體的變異操作時，抗體?均采用實數編碼方式，這里b_i∈B；單點變異操作描述如下：在抗體ab_i中隨機選取一點b_k，其中，k＝1，2，…，N_B，b_k∈ab_i，然后用隨機值b_r替代；其中，b_r∈[b_k-δ，b_k+δ]，多點變異操作描述如下：選擇抗體ab_i中的每一點b_k，重復單點變異中類似的操作；

通過種群混合變異步驟，形成總的變異抗體種群Ab″(k)；

步驟六選擇記憶種群

通過計算公式(1)得到各變異種群中的每個抗體ab″_i的親和力；在每個變異種群{ab″_j}_i中選擇前N_Mi個抗體，這里每個變異種群中的抗體按照親和力大小降序排序，抗體選擇個數N_Mi通過計算公式(8)得到：

其中，?表示向上取整函數，mean(·)表示norAffM_i的均值，norAffM_i表示歸一化后抗體ab_i的親和力，N_Ci表示抗體ab_i的克隆數量；其中，ab″_i∈Ab″(k)，i＝1，2，…，N

通過選擇記憶種群步驟，形成總的記憶抗體種群Ab″′(k)，種群規模為N_M，其中，?

步驟七種群抗體補充?

隨機生成N_k個抗體，記作?其中，Ab_add(k)∈B，抗體補充的數量通過公式(9)計算得到；

其中，N_k表示第k次迭代所補充的抗體數量，k＝1，2，…，genMax，?的定義同公式(7)，

abNum_k表示在第k次進化時抗體種群中包含抗體的數量；

通過種群抗體補充步驟，形成下一代的抗體種群Ab(k+1)即，Ab(k+1)＝Ab_add(k)∪Ab″′(k)；

步驟八迭代計算

重復步驟三～步驟七，直至達到最大進化代數；

通過高光譜地物分類模塊完成步驟九；

步驟九分類

通過步驟二～步驟八選取的最優抗體，即最優波段組合，對高光譜數據進行地物分類；

通過分類結果輸出模塊完成步驟十；

步驟十結果輸出

輸出高光譜圖像地物分類結果。?