高光譜圖像彩色可視化研究.pdf

1、高光譜圖像（Hyperspectral Images，HSI）是遙感技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的一個(gè)大趨勢(shì)，有關(guān)研究已經(jīng)受到各國(guó)學(xué)者的重視，也已廣泛地應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域之中，因此，對(duì)HSI的應(yīng)用效果的要求也越來(lái)越嚴(yán)格?？梢暬夹g(shù)作為數(shù)據(jù)與觀察者之間信息的橋梁對(duì)高光譜圖像的應(yīng)用和發(fā)展起到了關(guān)鍵的作用。高光譜圖像彩色可視化技術(shù)是一種對(duì)高光譜圖像的直觀呈現(xiàn)方法，它基于人類視覺(jué)特性，利用彩色空間表述圖像中所含有的豐富的空間及光譜信息，能夠使觀察者更加清楚且準(zhǔn)確地

2、理解和處理相關(guān)的有用信息。這種將抽象的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為具象的圖像信息的可視化方法對(duì)于科學(xué)決策和信息利用意義重大。
　　首先，本課題從高光譜圖像可視化的研究背景與現(xiàn)狀出發(fā)，介紹高光譜圖像的特點(diǎn)及常用顯示方法，并對(duì)現(xiàn)有的可視化方法及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整理及分類，將以往對(duì)于高光譜圖像研究中較為零散的理論體系進(jìn)行統(tǒng)一，同時(shí)對(duì)幾種較為常用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行總結(jié)。隨后，本課題討論幾種常用高光譜圖像分析方法，提出一種低復(fù)雜度的距離測(cè)算方法并將其應(yīng)用至解混技術(shù)。

3、該方法基于LSMM幾何求解原理，解決已有的幾何算法高復(fù)雜度的弊端。
　　然后，在現(xiàn)有高光譜圖像分析方法基礎(chǔ)上，根據(jù)面向數(shù)據(jù)的特性，高光譜圖像可視化技術(shù)可分為兩類，分別為面向像元分析結(jié)果的可視化方法和面向原圖像的可視化方法。本課題中這兩類可視化方法主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　其一，面向像元分析結(jié)果的彩色可視化方法。這類方法是先利用高光譜像元分析方法對(duì)原高光譜圖像進(jìn)行處理及分析，隨后對(duì)其分析結(jié)果進(jìn)行顯示的可視化方法。根據(jù)分析方法的不

4、同，該類別可分為兩種情況，即基于硬分類結(jié)果的數(shù)據(jù)可視化方法和基于軟分類結(jié)果的數(shù)據(jù)可視化方法。根據(jù)高光譜圖像硬分類結(jié)果的數(shù)據(jù)特性，本課題提出一種基于類別空間相關(guān)性的自動(dòng)色彩分配方法，其輸出圖像更著重于對(duì)地物類別之間的類間可分性進(jìn)行顯示。而基于軟分類結(jié)果，本課題提出一種具有距離保持特性的高光譜圖像可視化方法。該方法基于光譜線性混合模型以及彩色空間線性混合模型，同時(shí)遵循人類視覺(jué)特性，能夠保證不同類別和同類別混合像元之間都具有較好的視覺(jué)辨識(shí)度。

5、此外，對(duì)于一些特殊像元分析方法，也可基于以上兩種方法，然后根據(jù)數(shù)據(jù)分析方法的特性對(duì)可視化方法進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，例如基于稀疏表示的高光譜圖像可視化方法。
　　其二，面向原高光譜圖像的彩色可視化方法。這類方法是利用不同的數(shù)據(jù)分析或處理方法，在對(duì)原高光譜圖像進(jìn)行處理的同時(shí)對(duì)圖像進(jìn)行顯示。在該類別中，本課題先后提出了三種可視化方法。方法一，一種彩色動(dòng)態(tài)高光譜圖像可視化方法，該方法基于CMF方法并利用動(dòng)態(tài)顏色表達(dá)地物以使輸出圖像具有較強(qiáng)的視覺(jué)感

6、官的效果。該方法不僅計(jì)算簡(jiǎn)便且滿足實(shí)時(shí)性要求，還能保留真彩色圖像的特性。方法二，針對(duì)擁有多幅圖像的單模態(tài)和多模態(tài)圖像，本課題提出一種適用于HSI的交互式彩色可視化方法。該方法利用交互式平臺(tái)將多幅圖像進(jìn)行融合以便輸出更多的有用信息，能夠在同一界面中靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地彩色顯示高光譜圖像，以實(shí)現(xiàn)對(duì)HSI進(jìn)行有目的的信息挖掘。方法三，本課題還設(shè)計(jì)一種面向類別的彩色可視化方法，該方法以流形算法為基礎(chǔ)并結(jié)合人類視覺(jué)感官特性，利用監(jiān)督信息，完成對(duì)HS I的

7、可視化。該方法生成的圖像在充分利用監(jiān)督信息的同時(shí)，同類別的像元之間也具有較好的距離保持特性。
　　最后，為滿足如今日益精確和嚴(yán)格的顯示及應(yīng)用要求，使輸出的圖像能夠同時(shí)顯示物體的空間信息和光譜信息，一種高光譜圖像多級(jí)彩色顯示方法被提出。本課題首先利用視覺(jué)注意模型對(duì)原圖像地物進(jìn)行優(yōu)先性分級(jí)，然后根據(jù)獲得的不同優(yōu)先度確定所屬區(qū)域的處理方法，進(jìn)而根據(jù)需要利用前文所述的一種或多種可視化方法，通過(guò)多層顯示策略在地物的三個(gè)級(jí)別，即宏觀、局部和微