当前位置:主页 > 管理论文 > 工程管理论文 >

基于组稀疏非负矩阵分解的高光谱图像去噪方法研究

发布时间:2018-10-13 12:31
【摘要】:高光谱遥感图像包含同一空间位置较大数量的连续窄波段图像,是由二维空间信息和一维光谱信息组成的三维数据,在环境监测、地质调查等领域有着广泛的应用。噪声在高光谱图像获取的过程中不可避免地被引入,降低了图像质量并影响着之后图像处理应用的性能。因此,高光谱图像去噪是非常重要的图像预处理工作。最近,基于低秩近似和稀疏表达的高光谱图像去噪方法吸引了很多的关注。在高光谱图像中,全波段图像块(包含同一局部区域不同波段图像的子立方体)中的光谱向量间存在着较大的联系,同时相邻波段间也具有较大的相关性。这样的特点揭示着在纯净全波段图像块中的光谱向量可以被一小部分基元线性表示。非局部相似性,即一个图像块在图像空间范围内存在着与其相似的若干图像块,在高光谱图像中也同样存在。对于高光谱图像中非局部相似的全波段图像块联合进行去噪可以利用图像在空间维的自相似性带来的额外结构信息,有机会带来更好的去噪效果。需要注意的是,非局部相似的全波段图像块由于来自不同的空间位置,它们之间在存在着相似结构的同时也存在着一些差异性。基于这样的考虑,本文提出了一个全新的基于组稀疏非负矩阵分解的高光谱图像去噪方法用于同时反映这样的相似性和差异性。在本文提出的方法中,全波段图像块中的光谱向量假设可以被较小数目的基元线性表示,且表示系数是稀疏的。每个全波段图像块对应分解中的一组,由于组稀疏正则化项的使用,同一个全波段图像块中的光谱向量在重构中共享完全相同的基元子集,体现出高光谱图像中的强局部相关性。同时,不同全波段图像块的光谱向量部分共享一些基元,即每一个全波段图像块在分解中可能持有自己特有的基元,对应高光谱图像中的非局部相似性和差异性。由此,通过组稀疏非负矩阵分解,高光谱图像中共享+特有的结构同时得以体现。本文首先建立高光谱图像噪声模型,包括高斯噪声模型和泊松高斯混合噪声模型。对于泊松高斯混合噪声的情况,使用方差稳定化变换将其转换为高斯噪声的近似。然后,基于对高光谱结构特性的分析,给出基于组稀疏非负矩阵分解的高光谱图像去噪方法的思想和详细过程。对于模型优化,本文给出了三种优化算法的理论推导和优化步骤,并通过实验对算法的运行效率进行对比。最后,通过在高光谱数据集上的仿真实验和真实实验,把本文提出的去噪方法与相关方法进行对比,验证了本文提出方法的有效性。
[Abstract]:Hyperspectral remote sensing images contain a large number of continuous narrow band images in the same spatial position. They are three-dimensional data composed of two-dimensional spatial information and one-dimensional spectral information. They are widely used in environmental monitoring geological survey and other fields. Noise is inevitably introduced in the process of hyperspectral image acquisition, which reduces the image quality and affects the performance of subsequent image processing applications. Therefore, hyperspectral image denoising is a very important work of image preprocessing. Recently, hyperspectral image denoising based on low rank approximation and sparse representation has attracted much attention. In hyperspectral images, the spectral vectors in the whole band image blocks (including sub-cubes of different waveband images in the same local region) are closely related, and there is also a great correlation between adjacent bands. This feature reveals that spectral vectors in a pure full band image block can be linearly represented by a small number of primitives. Non-local similarity, that is, there are several image blocks similar to them in the image space, and the same exists in hyperspectral images. For hyperspectral images with non-locally similar full-band image blocks de-noising can take advantage of the spatial dimension of the image self-similarity to bring additional structural information which has the opportunity to bring better denoising effect. It is important to note that there are some differences between the non-local similar full-band image blocks due to their different spatial positions. Based on this consideration, a novel hyperspectral image denoising method based on group sparse nonnegative matrix decomposition is proposed to reflect the similarity and difference simultaneously. In the proposed method, the spectral vectors in a full-band image block are assumed to be linearly represented by a small number of primitives, and the representation coefficients are sparse. Each full band image block corresponds to a set of decomposed images. Due to the use of sparse regularization terms, the spectral vectors in the same full band image block share exactly the same fundamental subsets in the reconstruction. It reflects the strong local correlation in hyperspectral images. At the same time, the spectral vectors of different full band image blocks share some elements, that is, each full band image block may hold its own unique elements in decomposition, corresponding to the non-local similarity and difference in hyperspectral images. Therefore, by sparse nonnegative matrix decomposition, the shared unique structure in hyperspectral images can be realized simultaneously. In this paper, the noise models of hyperspectral images are established, including Gao Si noise model and Poisson Gao Si mixed noise model. In the case of Poisson Gao Si mixed noise, the variance stabilization transformation is used to transform it into an approximation of Gao Si noise. Then, based on the analysis of the characteristics of hyperspectral structure, the idea and detailed process of hyperspectral image denoising method based on sparse nonnegative matrix decomposition are presented. For model optimization, the theoretical derivation and optimization steps of three optimization algorithms are given, and the efficiency of the algorithm is compared through experiments. Finally, the effectiveness of the proposed method is verified by comparing the proposed denoising method with the related methods through the simulation and real experiments on the hyperspectral data set.
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP751

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 黄钢石,张亚非,陆建江,徐宝文;一种受限非负矩阵分解方法[J];东南大学学报(自然科学版);2004年02期

2 于彬;;基于局部非负矩阵分解的人脸识别[J];科学技术与工程;2010年33期

3 高燕燕;;非负矩阵分解及其应用探讨[J];硅谷;2011年23期

4 程明松;刘勺连;;一种实用快速非负矩阵分解算法[J];大连理工大学学报;2013年01期

5 卢进军,杨杰,梁栋,常宇畴;基于非负矩阵分解的相关反馈图像检索算法[J];上海交通大学学报;2005年04期

6 吕亚丽;赵辽英;;基于约束非负矩阵分解的混合象元分解新方法[J];杭州电子科技大学学报;2009年04期

7 陈鹰;郭睿;;非负矩阵分解在遥感图像融合中的应用[J];计算机工程与应用;2007年20期

8 张凤斌;杨辉;;非负矩阵分解在入侵检测中的应用[J];哈尔滨理工大学学报;2008年02期

9 李兵;米双山;刘鹏远;刘东升;张培林;;二维非负矩阵分解在齿轮故障诊断中的应用[J];振动.测试与诊断;2012年05期

10 李兵;徐榕;贾春宁;郭清晨;;基于自适应形态提升小波与改进非负矩阵分解的发动机故障诊断方法[J];兵工学报;2013年03期

相关会议论文 前10条

1 孙江明;李通化;;非平滑三维非负矩阵分解[A];第九届全国计算(机)化学学术会议论文摘要集[C];2007年

2 蒋永锴;叶东毅;;基于稀疏非负矩阵分解的自动多文摘方法[A];中国计算机语言学研究前沿进展(2007-2009)[C];2009年

3 马帅;吴飞;杨易;邵健;;基于稀疏非负矩阵分解的图像检索[A];第七届和谐人机环境联合学术会议(HHME2011)论文集【oral】[C];2011年

4 徐利民;龚珊;余再军;;奇异值分解与非负矩阵分解色在数据降维方面的特性分析[A];2010年通信理论与信号处理学术年会论文集[C];2010年

5 蔡蕾;朱永生;;基于稀疏性非负矩阵分解和支持向量机的轴心轨迹图识别[A];2008年全国振动工程及应用学术会议暨第十一届全国设备故障诊断学术会议论文集[C];2008年

6 蒋霈霖;;KL散度下的非负矩阵分解[A];中国自动化学会中南六省(区)2010年第28届年会·论文集[C];2010年

7 杨宝;朱启兵;黄敏;;基于非负矩阵分解一稀疏表示分类的玻璃缺陷图像识别[A];第24届中国控制与决策会议论文集[C];2012年

8 钱乐乐;高隽;徐小红;;非负性约束的图像稀疏编码[A];第七届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2009年

9 朱昊;黄源水;付梦印;;基于NMF的道路识别算法在野外环境感知中的应用[A];第九届全国光电技术学术交流会论文集(下册)[C];2010年

10 郑能恒;蔡毅;李霞;Tan Lee;;基于非负矩阵分解和向量相似测度的语音与音乐分离算法[A];第十一届全国人机语音通讯学术会议论文集(一)[C];2011年

相关博士学位论文 前10条

1 杨士准;基于样本和特征的迁移学习方法及应用[D];国防科学技术大学;2013年

2 叶军;基于正则化方法的非负矩阵分解算法及其应用研究[D];南京理工大学;2014年

3 陆玉武;图像分类中流形回归与非负矩阵分解研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

4 张恩德;在线社会网络分析与挖掘若干关键问题研究[D];东北大学;2014年

5 张翔;投影非负矩阵分解算法研究及其应用[D];国防科学技术大学;2015年

6 胡俐蕊;非负矩阵分解方法及其在选票图像识别中的应用[D];安徽大学;2013年

7 殷海青;图像分析中的非负矩阵分解理论及其最优化和正则化方法研究[D];西安电子科技大学;2011年

8 杨洪礼;非负矩阵与张量分解及其应用[D];山东科技大学;2011年

9 史加荣;多尺度张量逼近及应用[D];西安电子科技大学;2012年

10 方蔚涛;人脸识别特征抽取算法的研究[D];重庆大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 谢昊;非负矩阵分解初始化及其应用[D];暨南大学;2015年

2 王一;凸与半非负矩阵分解的近点梯度方法研究[D];东北师范大学;2015年

3 项磊;基于乳腺癌计算机辅助诊断的病理图像分析[D];南京信息工程大学;2015年

4 王丹;基于非负矩阵分解的脑电信号特征提取算法研究[D];燕山大学;2015年

5 马春霞;非负矩阵分解及在基因表达数据分析中的应用研究[D];曲阜师范大学;2015年

6 崔艳荣;基于非负矩阵分解的高光谱遥感数据融合方法分析及应用[D];电子科技大学;2014年

7 赖淑珍;非负矩阵分解若干算法研究与应用[D];电子科技大学;2014年

8 赵龙;基于多流形正则化非负矩阵分解的多视图聚类[D];大连理工大学;2015年

9 黄震;基于多视角非负矩阵分解的同名区分算法研究[D];大连理工大学;2015年

10 邵强;改进的非负矩阵分解算法及其在人脸识别中的应用[D];河北工业大学;2015年



本文编号:2268637

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/2268637.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户563a6***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com