基于核機(jī)器學(xué)習(xí)的高光譜異常目標(biāo)檢測(cè)算法研究.pdf

1、高光譜遙感圖像具有很高的光譜分辨率，是一種圖譜合一的新型遙感數(shù)據(jù)。借助其豐富的光譜信息，可以反映目標(biāo)間的細(xì)微差異，使人們可以發(fā)現(xiàn)用紋理、邊緣等空間特征無法或難以探測(cè)的地面目標(biāo)，這對(duì)于目標(biāo)檢測(cè)提供了有利的支持。異常檢測(cè)算法能夠在沒有先驗(yàn)光譜信息的情況下檢測(cè)到與周圍環(huán)境存在光譜差異的目標(biāo)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，成為了高光譜目標(biāo)檢測(cè)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。由于高光譜圖像的高數(shù)據(jù)維，波段間非線性相關(guān)性，混合象素，同物異譜等特點(diǎn)，使得傳統(tǒng)線性高光譜異常檢

2、測(cè)算法的檢測(cè)性受到影響。核方法是處理非線性信息的有效方法，已得到廣泛應(yīng)用?；诤朔椒ǖ姆蔷€性高光譜異常檢測(cè)方法仍存在很多不足與有待解決的問題。本文以高光譜異常目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)為研究對(duì)象，以核機(jī)器學(xué)習(xí)為方法，以改善和提高高光譜異常目標(biāo)檢測(cè)性能為目的，重點(diǎn)解決基于核機(jī)器學(xué)習(xí)的非線性高光譜異常目標(biāo)檢測(cè)算法中存在的問題。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)與研究成果如下：
　　 首先，針對(duì)傳統(tǒng)高光譜數(shù)據(jù)特征提取(或降維)方法僅僅利用了高光譜波段間的線性相關(guān)信息

3、，損失了波段間非線性信息的問題，提出了基于非線性獨(dú)立特征提取的高光譜異常檢測(cè)算法。通過核主成分分析完成數(shù)據(jù)白化后在特征空間進(jìn)行獨(dú)立特征提取，針對(duì)高光譜異常檢測(cè)的特殊性和非線性獨(dú)立特征的隨機(jī)性問題，提出了基于局部負(fù)熵度量的非線性獨(dú)立特征優(yōu)化選擇方法，通過選擇具有最大局部負(fù)熵值的非線性獨(dú)立特征，有效地提取出適合高光譜異常檢測(cè)的特征，進(jìn)而采用RX算子進(jìn)行高光譜異常檢測(cè)，很好的抑制了虛警概率。
　　 其次，針對(duì)核RX算法中因背景數(shù)據(jù)中混

4、入異常點(diǎn)而造成的背景核矩陣退化，從而使得漏檢率上升，檢測(cè)性能下降的問題，提出一種基于空域?yàn)V波的核RX算法?？紤]到高光譜圖像圖譜合一的性質(zhì)，其同一波段相鄰像素點(diǎn)在空間上具有很強(qiáng)相關(guān)性以及不同波段的對(duì)應(yīng)像素為相同地物的不同波長(zhǎng)輻射響應(yīng)的特點(diǎn)，提出了分波段空域?yàn)V波的方法來優(yōu)化背景數(shù)據(jù)分布，降低了異常數(shù)據(jù)對(duì)背景核矩陣的影響，使得背景核矩陣能更好的描述實(shí)際的背景分布狀態(tài)，進(jìn)而提高了檢測(cè)概率。
　　 再次，針對(duì)基于核方法的多數(shù)高光譜異常檢測(cè)

5、算法中的高斯徑向基核函數(shù)核參數(shù)估計(jì)困難問題，提出了自適應(yīng)的核參數(shù)估計(jì)方法，形成了基于核方法的自適應(yīng)異常檢測(cè)算法。由于核參數(shù)的選擇對(duì)于算法的性能影響較大，而傳統(tǒng)方法多采用大量實(shí)驗(yàn)人為選擇，增加了工作量且不能得到客觀的優(yōu)化結(jié)果。通過局部背景分波段二階分布統(tǒng)計(jì)，分析核參數(shù)與局部背景總體標(biāo)準(zhǔn)差的變化關(guān)系，構(gòu)造隨檢測(cè)背景變化的局部檢測(cè)核參數(shù)，使得檢測(cè)算法針對(duì)不同背景分布自適應(yīng)地調(diào)整檢測(cè)核參數(shù)，克服了傳統(tǒng)采用固定核參數(shù)帶來的復(fù)雜背景下檢測(cè)性能下降的

6、問題。
　　 最后，針對(duì)現(xiàn)有的基于核方法的高光譜異常檢測(cè)算法在核函數(shù)的選擇上過于單調(diào)(大多采用高斯徑向基核函數(shù))的問題，提出了一種全新的光譜相似度量核函數(shù)，并將其應(yīng)用于高光譜異常檢測(cè)。針對(duì)高斯徑向基核的局部適應(yīng)性強(qiáng)但對(duì)于光譜曲線變化分辨力差的弱點(diǎn)，利用光譜曲線相似性度量方式提出了光譜相似度量核函數(shù)。對(duì)提出的光譜相似度量核作為核函數(shù)的確定性進(jìn)行了理論證明，并推導(dǎo)出了光譜相似度量核的平移不變性質(zhì)。比較了光譜相似度量核與高斯徑向基核對(duì)