分形信号算法的CASI高光谱数据岩性特征提取-论文.pdf

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1、第34卷，第5期光谱学与光谱分析Vo1．34，No．5，pp1388—13932014年5月SpectroscopyandSpectralAnalysisMay，2014分形信号算法的CASI高光谱数据岩性特征提取唐超，陈建平，崔静，文波涛1．中国地质大学(北京)，北京1000832．北京市国土资源信息开发研究重点实验室，中国地质大学(北京)，北京100083摘要高光谱数据具有图谱合一和数据量大的特点，数据降维是主要的研究方向。波段选择和特征提取是目前高光谱降维的主要方法，就高光谱数据图像岩性特征提取的方法进行了试验和探讨。基于高光谱影像的自相似特征，探索

2、了分形信号算法在CASI高光谱数据岩性特征提取上的应用研究。以CASI高光谱影像数据为研究对象，将基于地毯的方法进行修正后用于计算高光谱影像中每一像元的分形信号值。试验结果表明，与其他分类算法相比分形信号算法增强高光谱图像的影像特征从另一个侧面更细致的描述了不同光谱的可区分性。分形信号影像在一定程度上可以更好地突出基岩裸露地区岩性特征，从而可以实现影像地表岩性特征提取的目的。原始光谱曲线自身形态特征、初始尺度的选择以及迭代步长等对分形信号和分形特征尺度均有影响。目前，光谱曲线的分形信号特征研究还不多，对其物理意义和定量分析尚需要深入研究。关键词高光谱；数据

3、降维；分形信号；岩性特征提取中图分类号：TP79文献标识码：ADOI．10．3964／j．issn．1000—0593f2014)05—1388—06特征提取的目的进行了探讨]。有效、定量地描述光谱波形引言幅值和变化趋势以及光谱局部吸收特征是提取稳定的光谱特征的基础_6’。分形理论近年来在遥感中常被用来研究影像高光谱遥感能够获取大量非常窄且光谱连续的图像数的空间特征，是非线性科学的一个重要方面，而从反射波谱据，相比于传统的多光谱数据，高光谱数据具有图谱合一、的形成过程来看，光谱曲线亦具有某种分形的特征l_8]。近年海量数据、波段窄且多、波段之间冗余性强等特

4、征。高光谱国内外针对光谱曲线进行分形特征研究仅限于关联维数和图像并不是所有的信息对于后续处理都具有同等重要性。在Hausdorf维数在光谱识别中的应用研究[g]，但就已有的研研究和利用高光谱数据的过程中，如果对所有的信息都进行究成果来看分形维数也存在一定的缺陷，即不能有效描述稳处理，不仅耗费大量的时间和计算机内存空间，而且给本可定光谱特征以及高光谱数据的局部细节特征。Peleg等¨1。]提以简化的问题带来诸多的麻烦【1]。因此，针对具体研究有选出了分形信号的概念，周子勇也针对分形信号算法在遥感数择的保留原数据重要信息的同时对其进行压缩就可以避免上据应用上做

5、过一定的研究_l。述问题的发生。目前阶段高光谱数据降维的两种方法即特征针对以前研究所存在的问题，利用分形的方法在基于(波段)选择，是根据一定的标准从所有波段中选择若感兴趣Dong[]将分形信号的理论应用到高光谱曲线研究的基础上波段和特征提取[，是利用数学变换的手段从所有波段中找进行了一定的改进，通过遍历计算高光谱数据每一个像元所出对分类影响最大的特征，以满足后续处理要求。其中有关对应的光谱曲线分形信号，分析探讨高光谱数据影像岩性特影像特征提取和光谱特征选择的研究是一个重点，国内外学征提取的可能性。首先介绍了计算光谱曲线分形信号的算者对此进行了大量的研究_3

6、]。法，并以CASI高光谱图像为例进行了分形信号的计算并对赵慧洁等在基于多重分形参数的高光谱数据特征提取中结果进行了分析，讨论了利用光谱曲线的上下分形信号和初总结了高光谱数据特征提取的三种方法[4]，并就基于数学变始尺度作为高光谱数据特征提取的一种衡量手段的可行性，换的方法如何从波形变化趋势、物理及统计等方面达到光谱并对照实验区CASI高光谱数据的分形信号计算结果分析得收稿日期：2013—09—10，修订日期：2013—12—19基金项目：国家(973计划)基金项目(2012CB416605)，国家(863计划)基金项目(201oAA1222o101)资助

7、作者简介：唐超，1985年生，中国地质大学(北京)国土资源与高新技术研究中心博士研究生e-mail：tangchao0312@126．corn*通讯联系人e-mail：3s@cugb．edu．cn1390光谱学与光谱分析第34卷A。。(户)一一一1一(()一g())一∑(“1()一g())一∑(()一“1())(8)iiA一(户)一一1一(g()一bp())一兰∑(g()一1())一∑(6l()一())(9)一lO根据式(8)和式(9)，可由原始光谱曲线得到两条“尺度一测晶‘罱度”曲线，分别用统计的方法求得两条曲线上分形信号值和童．15下分形信号值，并有对

8、应的上分形特征尺度和下分形特征尺度。高光谱图像的每一个像元对应的光