• Journal of Infrared and Millimeter Waves
  • Vol. 39, Issue 1, 99 (2020)
Wei LIU, Hai-Xia SUN, and Xiao-Bo YANG
Author Affiliations
  • Xizang Key Laboratory of Optical Information Processing and Visualization Technology, Xizang Minzu University,Xianyang72082, China
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    DOI: 10.11972/j.issn.1001-9014.2020.01.014 Cite this Article
    Wei LIU, Hai-Xia SUN, Xiao-Bo YANG. Hierarchical spectrum recognition based on hyper-spectral imagesa case study in Lanzhou and Yulin[J]. Journal of Infrared and Millimeter Waves, 2020, 39(1): 99 Copy Citation Text show less
    兰州、榆林两地EO-1/Hyperion图像(a)兰州市七里河区图像 (b)榆林市榆阳区图像 (c)面向对分割操作界面
    Fig. 1. 兰州、榆林两地EO-1/Hyperion图像(a)兰州市七里河区图像 (b)榆林市榆阳区图像 (c)面向对分割操作界面
    分层波谱识别法的技术路线
    Fig. 2. 分层波谱识别法的技术路线
    两种融合方法对比(a)Gram-Schmidt光谱锐化方法,(b) WP-GS方法:GS变换前、后,GS1分量(即模拟全色图像)不发生变化
    Fig. 3. 两种融合方法对比(a)Gram-Schmidt光谱锐化方法,(b) WP-GS方法:GS变换前、后,GS1分量(即模拟全色图像)不发生变化
    兰州市七里河区融合图像(a) Hyperion图像,(b) ALI-band1图像,(c)Gram-Schmidt光谱锐化图像,(d) WP-GS融合图像
    Fig. 4. 兰州市七里河区融合图像(a) Hyperion图像,(b) ALI-band1图像,(c)Gram-Schmidt光谱锐化图像,(d) WP-GS融合图像
    榆林市榆阳区融合图像(a)Hyperion图像,(b)ALI-band1图像,(c)Gram-Schmidt光谱锐化图像,(d)WP-GS融合图像
    Fig. 5. 榆林市榆阳区融合图像(a)Hyperion图像,(b)ALI-band1图像,(c)Gram-Schmidt光谱锐化图像,(d)WP-GS融合图像
    5种植被地类的原始波谱和导数波谱(a)原始波谱曲线,(b)导数波谱曲线
    Fig. 6. 5种植被地类的原始波谱和导数波谱(a)原始波谱曲线,(b)导数波谱曲线
    4种非植被地类的原始波谱和导数波谱(a)原始波谱曲线,(b)导数波谱曲线
    Fig. 7. 4种非植被地类的原始波谱和导数波谱(a)原始波谱曲线,(b)导数波谱曲线
    图像4尺度分割和两种滤波方法对比单个对象(a)图像分割SC=27,(b)图像分割SC=20,(c)图像分割SC=15,(d)图像分割SC=10,(e)SG卷积滤波,(f)移动均值滤波
    Fig. 8. 图像4尺度分割和两种滤波方法对比单个对象(a)图像分割SC=27,(b)图像分割SC=20,(c)图像分割SC=15,(d)图像分割SC=10,(e)SG卷积滤波,(f)移动均值滤波
    分层波谱识别结果(a)兰州市图像分类,(b)榆林市图像分类
    Fig. 9. 分层波谱识别结果(a)兰州市图像分类,(b)榆林市图像分类
    SVM分类结果(a)兰州市图像分类,(b)榆林市图像分类
    Fig. 10. SVM分类结果(a)兰州市图像分类,(b)榆林市图像分类

    Hyperion

    图像编号

    地理区域条带号/行编号数据级别光谱分辨率空间分辨率VNIR区波段序号/波长范围(nm)SWIR区波段序号/波长范围(nm)目标地类
    Hyp-L1G-1兰州七里河区130/35Level 1Gst10 mm30 mm8-5779-120142-164185-221灌溉耕地,有林地,灌木林地,旱耕地,草地,沙地,水泥地表,河流水体,沥青路面
    Hyp-L1G-2榆林榆阳区127/33Level 1Gst10 mm30 mm427-925932-1 3461 356-1 7902 002-2 365
    Table 1. 所用Hyperion图像基本参数
    B25B35B50B85B100
    DIFRMSEREFDIFRMSEREFDIFRMSEREFDIFRMSEREFDIFRMSEREF
    WP-GS方法0.3115.590.870.3316.370.880.3619.570.860.3720.670.880.3419.870.90
    Gram-Schmidt光谱锐化0.3618.240.760.3819.190.770.4122.840.760.4324.170.780.3923.250.80
    B115B145B160B195B210
    DIFRMSEREFDIFRMSEREFDIFRMSEREFDIFRMSEREFDIFRMSEREF
    WP-GS方法0.3521.020.900.3619.940.890.3722.460.890.3423.120.870.3224.740.86
    Gram-Schmidt光谱锐化0.4124.910.790.4224.060.780.4526.120.770.3927.450.750.3828.930.75
    Table 2. 融合前、后图像相对偏差、均方根误差和相关系数比较
    B20B35B50B85B100
    SDMDEHSDMDEHSDMDEHSDMDEHSDMDEH
    源Hyperion图像593.326.597.39612.597.137.49615.336.897.56642.857.187.63654.677.757.68
    WP-GS方法619.4611.837.75639.6412.737.86642.3712.477.94671.2212.938.03681.3714.028.07
    Gram-Schmidt光谱锐化630.3212.457.77652.0813.327.90655.3413.117.96687.4113.558.07696.2514.888.09
    B115B145B160B195B210
    SDMDEHSDMDEHSDMDEHSDMDEHSDMDEH
    源Hyperion图像667.268.157.72656.818.797.73667.328.417.8674.288.687.79676.438.937.77
    WP-GS方法698.3714.688.11687.9615.868.13699.3815.258.22705.8415.758.2708.3416.218.17
    Gram-Schmidt光谱锐化709.3415.258.13697.2716.628.15706.6715.728.25713.2816.198.24717.0416.638.19
    Table 3. 融合图像与源图像的标准差、平均梯度和信息熵比较
    尺度层序号一级地类名称尺度参数光谱因子形状因子紧致度光滑度二级地类敏感谱段/mmHyperion波段序号
    1A类植被270.70.30.50.5灌溉耕地*,有林地*,B类植被,高照度地类,低照度地类630-76328-41
    2B类植被200.80.20.40.6灌溉耕地*,旱耕地*,草地,高照度地类,低照度地类630-76328-41
    3高照度地类150.80.20.30.7水泥地表*,沙地*,低照度地类529-72218-37
    4低照度地类100.90.10.50.5沥青路面*,河流水体*498-67115-32
    Table 4. 4个尺度层目标地类的敏感谱段和分割参数
    图像编号/地理区域评价指标分层波谱识别SVM监督分类图像编号/地理区域评价指标分层波谱识别SVM监督分类
    Hyp-L1G-1兰州七里河区总体精度89.52%75.43%Hyp-L1G-2榆林榆阳区总体精度91.12%77.35%
    Kappa系数0.8520.725Kappa系数0.8730.747
    总体精度提升幅度\18.68%总体精度提升幅度\17.80%
    Kappa系数提升幅度\17.52Kappa系数提升幅度\16.89%
    Table 5. 两种方法识别精度指标对比
    Wei LIU, Hai-Xia SUN, Xiao-Bo YANG. Hierarchical spectrum recognition based on hyper-spectral imagesa case study in Lanzhou and Yulin[J]. Journal of Infrared and Millimeter Waves, 2020, 39(1): 99
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