[發(fā)明專利]一種高光譜圖像稀疏表示的可視化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210398560.8
• 申請日: 2012-10-19
• 公開（公告）號: CN102945546A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王立國;劉丹鳳;趙亮
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G06T5/00
• 分類號: G06T5/00;G06T3/40
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高光譜遙感圖像可視化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種對高光譜圖像稀疏表示的可視化方法。?

背景技術(shù)

自80年代成像光譜儀問世以來，高光譜圖像(Hyperspectral?imagery，HSI)越來越廣泛地被應(yīng)用到軍事、農(nóng)業(yè)、海洋、環(huán)境等方面，相應(yīng)的可視化技術(shù)也受到國內(nèi)外研究人員的日益關(guān)注。高光譜數(shù)據(jù)覆蓋范圍廣、同時包含地物空間及光譜信息，目標(biāo)的相對面積小、背景較為復(fù)雜而且容易出現(xiàn)噪聲、模糊、陰影等。另外，在HSI中大量存在的混合像元，對混合象元的分析處理及顯示問題已成為遙感技術(shù)深入發(fā)展的重要障礙。?

混合像元一般只是幾種端元的疊加，而非所有圖像中的端元。也就是說，每個端元的豐度只是分布于空間中的一部分區(qū)域，因此具有一定的稀疏度。作為近年來研究的熱點，稀疏表示就是用字典中少數(shù)原子的線性組合來表示信號的方法。當(dāng)圖像投影到字典中所有原子組成的特征子空間時，少部分同時處于活躍狀態(tài)的原子即產(chǎn)生了該圖像的稀疏表示。稀疏表示可以較好地描述HSI的像元特性，并已成功應(yīng)用于高光譜圖像分類，混合像元分解，目標(biāo)檢測等領(lǐng)域。?

彩色顯示技術(shù)是對混合像元類別信息空間分布的直觀呈現(xiàn)，對于科學(xué)決策和信息利用意義重大。良好的混合像元定量分析技術(shù)可以為圖像的高分辨率彩色顯示提供重要信息，而后者則為前者的直觀呈現(xiàn)提供平臺。但是，在彩色空間中顯示出HSI中所含的大量信息是一個具有挑戰(zhàn)性的難題。現(xiàn)有的顯示稀疏表示結(jié)果的方法，通常是基于單一像元稀疏系數(shù)的顯示，或是一列像元的二維稀疏系數(shù)變化圖像，或是利用分類結(jié)果顯示某像元主要類別的顏色。但以上顯示方法各有弊端。單一的稀疏系數(shù)圖像過于獨立，無法整體分析稀疏系數(shù)的結(jié)果。二維系數(shù)變化圖像僅能顯示一個像元向量的變化情況，且原數(shù)據(jù)像元在生成圖像中使用的像素較多因而不適宜顯示較多像元。此外，這兩種方法都損失了圖像的空間特性。只顯示分類結(jié)果的方法并不直觀，光譜信息損失嚴(yán)重，而且可視化效果依賴于后續(xù)方法的分類性能。?

Q.Du,S.Cai,M.Cui等人提出了幾種高光譜混合像元的顯示方法，但是這些方法仍然無法滿足HSI高信息量的顯示要求。其中提及的多層顯示方法雖然能夠在同一幅圖像內(nèi)顯示更多的信息，但該方法仍無法完整表述HSI的光譜信息。并且這些顯示方法是在某種假設(shè)的前提下進(jìn)行顯示，即混合像元是端元的線性混合，而混合光譜并非完全線性，因此以上方法無法正確且直觀表述混合像元的光譜信息。另外，現(xiàn)存的HSI可視化方法都存在著單向性，無法通過圖像數(shù)據(jù)對原始高光譜數(shù)據(jù)立方體進(jìn)行重建，這將導(dǎo)致信息利用率的降低。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種滿足距離保持特性且具有較好類間可分性的彩色圖像顯示方法。?

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：?

本發(fā)明包括如下步驟：?

（1）確定字典原子顏色標(biāo)簽：?

1）提取稀疏表示中的字典原子；?

2）將字典原子經(jīng)由主成分分析進(jìn)行數(shù)據(jù)降維，取前兩個主成分作為各字典原子的2維色品值，將2維色品坐標(biāo)向量沿兩坐標(biāo)軸方向進(jìn)行縮放，并歸一化到半徑為100的圓內(nèi)，得到各字典元素的色品坐標(biāo)?

3）確定字典原子的明度值，使字典元素的標(biāo)簽顏色?i＝1,2,…M，滿足距離差的加權(quán)和E最小，即?值最小時的最優(yōu)解L_i，其中β_s,t為s，t兩位置字典元素向量間的距離，D_s，t為彩色圖像中兩像元?間的距離，最終得到的?即為字典元素的標(biāo)簽顏色；?

（2）根據(jù)已選擇的字典原子顏色以及像素的稀疏系數(shù)進(jìn)行顏色混合，生成混合彩色圖像：當(dāng)已知像素相應(yīng)稀疏系數(shù)為p(i,j)時，像素的最終顏色可表示為：c(i,j)＝Cp(i,j)，其中C為字典原子顏色標(biāo)識矩陣，在CIELab空間中像元點集的顏色標(biāo)識矩陣為：?