采用局部正交子空间投影的高光谱图像异常检测（可编辑）

采用局部正交子空间投影的高光谱图像异常检测（可编辑） 第 卷 第 期 光 学 精 密 工 程 1 7 8 V o l . 1 7 N o . 8 O t i c s a n d P r e c i s i o n E n i n e e r i n 年 月 p g g 2 0 0 9 8 A u . 2 0 0 9 g 文 章 编 号 ( ) 1 0 0 4 ? 9 2 4 X 2 0 0 9 0 8 ? 2 0 0 4 ? 0 7 采 用 局 部 正 交 子 空 间 投 影 的 高 光 谱 图 像 异 常 检 测 董 超 , 赵 慧 洁 , 王 维 , 李 娜 ( 北 京 航 空 航 天 大 学 仪 器 科 学 与 光 电 工 程 学 院 , 北 京 ) 1 0 0 1 9 1 摘 要 : 正 交 子 空 间 投 影 是 一 种 需 要 已 知 待 分 类 目 标 特 征 信 息 监 督 分 类 算 法 。 为 了 扩 展 该 算 法 的 应 用 , 本 文 提 出 了 局 部 正 交 子 空 间 投 影 算 法 , 并 将 其 成 功 应 用 于 高 光 谱 图 像 异 常 检 测 中 。 异 常 检 测 常 用 于 自 然 背 景 下 的 人 工 目 标 提 取 , 在 小 范 围 邻 域 内 地 物 类 型 相 对 单 一 。 基 于 此 , 以 被 检 测 点 作 为 感 兴 趣 目 标 , 被 检 测 点 邻 域 内 样 本 的 均 值 作 为 不 感 兴 趣 目 标 , 构 造 局 部 投 影 算 子 。 实 验 结 果 显 示 : 本 算 法 能 够 检 测 出 含 量 高 于 的 亚 像 元 目 标 ; 通 过 适 当 增 大 滑 动 窗 尺 寸 , 可 检 测 像 元 3 0 % 面 积 较 大 的 目 标 且 不 受 效 应 影 响 ; 当 波 段 数 为 时 , 运 算 时 间 不 足 算 法 的 / 。 得 到 的 数 据 明 , 局 部 正 H u g h e s 8 0 R X 1 1 0 交 子 空 间 投 影 算 法 检 测 精 度 高 、 运 算 速 度 快 , 适 用 于 实 时 高 光 谱 图 像 异 常 检 测 。 关 键 词 : 遥 感 技 术 ; 高 光 谱 图 像 ; 异 常 检 测 ; 正 交 子 空 间 投 影 中 图 分 类 号 : 文 献 标 识 码 : T P 7 5 1 . 1 A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? , , , D O N G C h a o Z H A O H u i ? j i e W A N G W e i L I N a ( , ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? , , ) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1 0 0 1 9 1 ? ? ? ? ? : ( ) ? ? ? ? ? ? ? ? T h e O r t h o o n a l S u b s a c e P r o e c t i o n O S P a l o r i t h m i s a s u e r v i s e d c l a s s i f i e r t h a t n e e d s g p j g p , ( ) t h e i n f o r m a t i o n o f t h e c l a s s i f i e d o b e c t s . T o e x a n d i t s a l i c a t i o n a l o c a l O S P L O S P i s d e s in t o j p p p g a p p l y t o d e t e c t t h e h y p e r s p e c t r a l i m a g e . T h e a n o m a l y d e t e c t i o n a l g o r i t h m s a r e u s u a l l y u s e d t o e x t r a c t , t h e i s o l a t e d m a n ? m a d e o b e c t s i n t h e n a t u r e b a c k r o u n d w h e r e t h e s u b s t a n c e s i n t h e s m a l l l o c a l r e ? j g , i o n a r e u s u a l l u n i f o r m . B a s e d o n t h e r i n c i l e t h e L O S P i s c o n s t r u c t e db c h o o s i n t h e d e t e c t e d g y p p y g p i x e l a s t h e i n t e r e s t e d o b j e c t a n d t h e m e a n o f i t s n e a r b y p i x e l s a s t h e s u p p r e s s e d o b j e c t . T h e e x p e r i ? , m e n t s s h o w t h a t t h e L O S P c a n d e t e c t t h e s u b ? p i x e l t a r g e t s w i t h a c o n t e n t g r e a t e r t h a n 3 0 % a n d c a n , a l s o d e t e c t t h e t a r e t s o c c u i n m o r e i x e l s b e n l a r i n t h e w i n d o w s i z e . I n a d d i t i o n L O S P i s g p y g p y g g , / r o v e d n o t t o b e a f f e c t e d b t h e H u h e s h e n o m e n o n a n d t h e c o m u t i n t i m e i s l e s s t h a n 1 1 0 t h a t p y g p p g b y R X d e t e c t o r w h e n t h e n u m b e r o f w a v e l e n g t h s i s 8 0 . L O S P i s e f f e c t i v e b o t h i n p r e c i s i o n a n d i n e f f i ? , c i e n c a n d i s a l i c a b l e t o t h e r e a l ? t i m e d e t e c t i o n o f t h e h e r s e c t r a l i m a e . y p p y p p g : ; ; ; ? ? ? ? ? ? ? r e m o t e s e n s i n t e c h n o l o h e r s e c t r a l i m a e a n o m a l d e t e c t i o n o r t h o o n a l s u b s a c e ? g g y y p p g y g p p r o j e c t i o n 收 稿 日 期 : ; 修 订 日 期 : 2 0 0 8 ? 0 9 ? 2 4 2 0 0 8 ? 1 0 ? 2 4 . 基 金 项 目 : 中 国 地 质 调 查 局 科 研 基 金 资 助 项 目 ( ) N o . 1 2 1 2 0 1 0 8 1 6 0 3 3董 超 , 等 : 采 用 局 部 正 交 子 空 间 投 影 的 高 光 谱 图 像 异 常 检 测 第 期 8 2 0 0 5 高 光 谱 图 像 在 很 大 程 度 上 符 合 线 性 混 合 模 型 。 任 意 光 谱 向 量 满 足 引 言 ? 1 , ( ) ? = α ? + ? 1 T 和 于 年 提 出 了 正 交 子 其 中 为 维 光 谱 向 量 , [ , , … , ] 为 H a r s a n y i C h a n g 1 9 9 4 ? ? ? = ? 1 ? 2 ? ? [ 1 ] 空 间 投 影 ( ) 算 法 , 解 决 了 高 光 谱 混 合 像 元 维 端 元 光 谱 矩 阵 , [ , , … , ] 为 维 O S P ? × ? = ? α α 1 α 2 α ? 的 定 量 化 分 析 问 题 , 并 成 功 应 用 于 分 类 、 目 标 探 测 混 合 系 数 向 量 , 为 噪 声 分 量 。 模 型 将 端 元 ? O S P 等 场 合 。 算 法 以 线 性 混 合 模 型 为 基 础 , 将 混 O S P 光 谱 矩 阵 进 一 步 分 解 为 感 兴 趣 目 标 和 不 ? = ? 1 合 像 元 各 组 分 分 为 感 兴 趣 目 标 和 不 感 兴 趣 目 标 , 感 兴 趣 目 标 [ , , … , ] , 则 公 式 ( ) 变 为 ? = ? ? ? 1 2 3 ? 通 过 增 强 图 像 中 感 兴 趣 目 标 的 特 征 、 压 制 不 感 兴 公 式 ( ) 。 2 趣 目 标 的 特 征 信 息 , 解 决 各 种 应 用 问 题 。 ( ) ? = α ? + α ? + ? . 2 ? ? 本 质 上 是 一 种 监 督 分 解 算 法 , 需 要 已 知 ? O S P 将 数 据 投 影 到 的 正 交 补 矩 阵 空 间 O S P ? ? ? = ? 各 种 目 标 的 光 谱 信 息 , 否 则 无 法 实 现 特 征 提 取 。 T - 1 T ( ) , 消 除 图 像 中 不 感 兴 趣 目 标 的 特 - ? ? ? ? 这 个 条 件 较 为 苛 刻 , 在 很 多 应 用 场 合 无 法 满 足 , 因 征 分 量 , 如 式 ( ) 所 示 : 3 此 衍 生 出 已 知 不 同 程 度 目 标 信 息 的 变 形 算 O S P ? ? ? ( ) ? ? = ? ? + ? ? . 3 ? ? α ? ? 法 。 对 于 仅 知 道 感 兴 趣 目 标 信 息 的 问 题 , H a r s a ? 在 此 基 础 上 , 通 过 最 大 化 信 噪 比 原 则 得 到 正 交 子 [ ] 2 提 出 了 受 限 能 量 最 小 化 ( ) 算 法 , 通 过 n i C E M y 空 间 投 影 算 子 输 出 能 量 最 小 准 则 成 功 地 提 取 目 标 特 征 信 息 。 T ? , ( ) ? = ? ? 4 O S P κ ? [ ] 3 通 过 目 标 自 动 生 成 ( ) 算 法 , 设 计 了 R e n A T G P 其 中 , 为 归 一 化 常 量 。 κ 仅 已 知 目 标 光 谱 时 的 期 望 目 标 探 测 、 分 类 算 法 ( ) , 以 及 无 任 何 先 验 信 息 下 的 自 动 目 标 检 D T D C A 局 部 异 常 检 测 算 子 3 O S P 测 、 分 类 算 法 ( ) 。 把 图 像 相 关 系 A T D C A C h a n g 数 矩 阵 的 逆 矩 阵 作 为 先 验 信 息 , 提 出 了 正 交 子 空 构 造 方 法 [ ] 4 3 . 1 间 异 常 检 测 算 子 ( ) , 并 通 过 实 验 验 证 其 O S P D A 算 法 需 要 已 知 目 标 信 息 , 否 则 无 法 构 造 O S P 与 算 子 的 相 似 性 。 提 出 目 标 受 限 、 干 扰 R X R e n [ ] 5 式 ( ) 的 投 影 算 子 , 局 部 异 常 检 测 ( ) 为 4 L A D O S P 最 小 化 算 法 ( ) , 解 决 了 多 个 感 兴 趣 目 标 T C I M F 算 法 提 供 了 这 一 问 题 的 解 决 思 路 。 通 过 对 L A D 特 征 的 逐 个 提 取 问 题 。 吴 波 使 用 技 术 , 实 A T G P 局 部 数 据 建 模 , 比 较 中 心 点 和 其 邻 域 内 像 元 光 谱 现 推 扫 型 成 像 光 谱 仪 ( ) 高 光 谱 数 据 的 端 元 提 P H I [ 6 ] 的 差 异 性 , 得 到 被 检 测 点 的 异 常 度 。 如 果 将 被 检 取 和 丰 度 估 计 。 测 点 作 为 感 兴 趣 目 标 , 邻 域 内 样 本 点 的 某 种 统 和 在 一 定 程 度 上 解 决 了 无 先 ? A T G P O S P D A 计 量 作 为 不 感 兴 趣 目 标 , 则 可 抑 制 背 景 、 增 强 被 验 信 息 时 算 法 的 求 解 问 题 , 但 其 应 用 局 限 性 O S P ? [ ] 4 较 大 。 算 法 生 成 的 目 标 精 度 较 低 , 因 此 检 测 点 特 征 , 实 现 异 常 检 测 。 若 被 检 测 点 与 背 景 A T G P 和 算 法 可 能 无 法 在 有 限 步 内 提 相 似 , 则 在 抑 制 背 景 时 , 被 检 测 点 特 征 同 样 被 削 D T D C A A T D C A [ ] 7 取 出 有 用 信 息 。 与 类 似 , 算 法 性 能 弱 , 输 出 灰 度 值 较 低 ; 否 则 , 经 算 子 投 影 后 被 R X O S P D A O S P [ 8 ] 受 效 应 影 响 , 检 测 精 度 随 谱 段 数 先 增 H u g h e s 检 测 点 与 背 景 输 出 值 差 异 较 大 , 判 定 为 异 常 。 后 降 。 另 外 , 由 于 要 计 算 大 量 矩 阵 逆 运 算 , O S P ? 按 以 上 分 析 , 将 公 式 ( ) 化 简 为 2 算 法 运 行 效 率 较 低 , 不 适 合 在 实 时 性 较 强 的 D A , ( ) ? = α ? + ? 5 ? β 场 合 应 用 , 如 军 事 侦 查 、 灾 害 救 援 。 本 文 在 上 述 研 其 中 , 表 示 被 检 测 点 光 谱 向 量 , 为 被 检 测 点 邻 ? ? ? 究 的 基 础 上 , 对 算 法 稍 作 改 动 , 提 出 了 局 部 O S P 域 内 、 除 被 检 点 以 外 所 有 样 本 点 的 统 计 量 。 应 ? ? 正 交 子 空 间 高 光 谱 图 像 异 常 检 测 算 法 , 成 功 地 解 能 够 反 映 样 本 点 的 整 体 特 征 , 其 选 取 是 否 合 适 对 决 了 无 先 验 信 息 时 异 常 目 标 的 快 速 检 测 问 题 。 算 法 性 能 影 响 较 大 , 本 文 采 用 样 本 均 值 向 量 。 局 部 ( ) 算 子 为 : O S P L O S P 算 子 2 O S P T T - 1 T [ ( ) ] , ( ) ? = ? ? - ? ? ? ? 6 L O S P κ ? ? ? ? ? T 其 中 , , 为 邻 域 内 样 本 点 。 异 常 ? = ? 受 传 感 器 空 间 分 辨 率 和 地 物 复 杂 性 的 限 制 , ? ? ? ? ? ? ? = 1光 学 精 密 工 程 第 卷 2 0 0 6 1 7 检 测 常 用 于 自 然 背 景 下 的 人 工 目 标 提 取 , 在 小 范 围 邻 域 内 地 物 类 型 相 对 单 一 , 因 此 使 用 均 值 表 征 实 验 分 析 4 样 本 数 据 特 性 比 较 合 理 。 量 化 分 析 不 同 含 量 下 算 法 的 检 测 精 度 3 . 2 4 . 1 将 被 检 测 点 光 谱 向 量 乘 以 投 影 算 子 , 其 异 常 本 实 验 定 性 地 验 证 像 元 目 标 含 量 与 检 测 精 度 度 为 之 间 的 关 系 。 实 验 采 用 基 于 传 感 器 的 模 O M I S 拟 数 据 , 共 行 , 列 , 个 波 段 , 图 像 中 共 有 1 5 0 1 0 0 9 0 ? = ? × ? = L O S P T T - 1 T 个 异 常 点 , 按 行 列 分 布 , 每 个 异 常 点 占 [ ( ) ] 4 9 7 7 2 α к ? ? - ? ? ? ? ? = ? ? ? ? T T T - 1 T 个 像 元 呈 上 下 分 布 , 如 图 ( ) 所 示 。 图 中 个 1 a 4 9 ( ) ( ) ? ? - ? ? ? ? ? ? . 7 α κ α κ ? ? ? ? 异 常 点 均 为 人 工 合 成 目 标 , 背 景 较 为 单 一 , 为 大 面 用 内 积 符 号 表 示 向 量 乘 法 运 算 , 并 令 系 数 , α κ = 1 积 农 田 、 田 间 的 道 路 和 水 渠 ; 感 兴 趣 目 标 取 自 同 一 上 式 化 简 为 公 式 ( ) : 8 航 带 光 谱 差 异 性 较 大 的 地 物 。 图 中 前 行 是 混 合 6 2 〈 , 〉 ? ? ? 〈 , 〉 ( ) ? = ? ? - . 8 像 元 , 最 后 一 行 为 纯 像 元 。 其 中 , 头 两 行 目 标 含 量 〈 , 〉 ? ? ? ? 低 于 , 、 行 目 标 含 量 在 之 间 , 3 0 % 3 4 3 5 % ~ 6 5 % 将 〈 , 〉 〈 , 〉 〈 , 〉 ( 为 两 向 量 间 ? ? = ? ? ? ? c o s ? ? ? θ θ ? 、 行 目 标 含 量 在 之 间 。 图 ( ) 为 5 6 7 0 % ~ 9 5 % 1 b 夹 角 ) 带 入 式 ( ) , 化 简 得 8 算 子 的 检 测 结 果 。 可 以 看 出 , 目 标 地 物 含 L O S P 2 〈 , 〉 ( ) ( ) ? = ? ? 1 - c o s θ . 9 量 越 低 , 其 奇 异 性 越 小 ; 当 目 标 在 被 检 测 点 含 量 低 由 此 可 以 看 出 , 被 检 测 点 异 常 度 正 比 于 被 检 测 点 于 时 , 其 异 常 度 与 背 景 近 似 , 无 法 被 检 出 。 3 0 % 与 背 景 均 值 向 量 的 相 似 程 度 。 两 者 相 似 度 越 高 , 除 个 人 工 目 标 外 , 相 对 于 大 面 积 农 作 物 , 图 像 4 9 角 越 小 , 经 投 影 后 异 常 度 越 小 ; 反 之 , θ L O S P ? 中 的 道 路 、 水 渠 也 呈 现 不 同 的 异 常 性 。 越 大 。 由 此 从 原 理 上 证 明 了 异 常 检 测 算 ? L O S P 子 的 有 效 性 。 被 检 测 点 光 谱 向 量 和 背 景 均 值 向 量 间 ? ? ? 的 相 似 程 度 主 要 取 决 于 两 方 面 因 素 。 第 一 , 被 检 测 点 为 亚 像 元 目 标 , 既 包 含 目 标 信 息 , 又 包 含 背 景 信 息 。 在 这 种 情 况 下 , 若 目 标 所 占 比 重 小 于 某 一 数 值 时 将 无 法 被 检 出 。 第 二 , 目 标 在 图 像 中 占 据 多 个 像 素 , 部 分 目 标 信 息 掺 杂 在 背 景 之 中 。 当 目 标 面 积 较 大 时 , 背 景 中 包 含 的 目 标 信 息 较 多 , 降 低 异 常 点 与 背 景 的 可 分 性 。 此 时 可 通 过 增 大 邻 域 面 ( ) 原 始 数 据 ( ) 检 测 结 果 a b 积 提 高 检 测 精 度 , 但 邻 域 不 可 过 大 , 否 则 会 因 地 物 ( ) ( ) a O r i i n a l i m a e b D e t e c t i o n r e s u l t g g 图 不 同 含 量 下 算 法 精 度 测 试 实 验 种 类 过 多 而 进 一 步 降 低 检 测 精 度 。 1 F i g . 1 P r e c i s i o n t e s t e x p e r i m e n t w i t h d i f f e r e n t c o n t e n t s 算 法 流 程 3 . 3 是 滑 动 滤 波 型 局 部 区 域 异 常 检 测 算 L O S P 不 同 大 小 目 标 下 算 法 的 检 测 精 度 4 . 2 法 。 对 图 像 中 任 意 像 素 , 均 以 其 为 中 心 , 建 立 滤 波 本 实 验 定 性 地 分 析 目 标 和 滑 动 滤 波 窗 尺 寸 与 窗 进 行 分 析 , 算 法 执 行 流 程 分 为 以 下 步 。 4 检 测 精 度 之 间 的 关 系 。 实 验 数 据 基 于 传 O M I S ( ) 以 被 检 测 点 为 中 心 , 建 立 大 小 的 滤 1 ? × ? 感 器 采 集 的 高 光 谱 图 像 , 共 行 , 列 , 个 1 5 0 1 0 0 9 0 波 窗 , 计 算 窗 内 背 景 样 本 点 均 值 向 量 ; ? ? 波 段 。 图 像 中 共 有 个 目 标 , 分 别 占 、 1 3 1 × 1 1 × ( ) 以 被 检 测 点 光 谱 为 感 兴 趣 目 标 , 均 值 2 ? 、 、 、 、 、 个 像 元 , 人 工 目 标 2 2 × 1 2 × 2 3 × 3 5 × 5 7 × 7 向 量 为 不 感 兴 趣 目 标 , 构 造 ; ? ? L O S P ? 光 谱 取 自 同 航 带 光 谱 差 异 较 大 的 地 物 , 如 图 ( ) 2 a ( ) 计 算 被 检 测 点 投 影 到 上 的 异 常 度 ; 3 ? L O S P 所 示 。 图 ( ) ( ) 为 分 别 使 用 、 和 2 b d 3 × 3 9 × 9 1 5 ~ ( ) 将 滤 波 窗 口 沿 图 像 空 间 维 滑 动 , 计 算 各 4 滑 动 滤 波 窗 时 , 算 子 的 检 测 结 果 。 可 × 1 5 L O S P 像 素 点 的 异 常 度 , 经 直 方 图 分 割 得 到 异 常 点 。董 超 , 等 : 采 用 局 部 正 交 子 空 间 投 影 的 高 光 谱 图 像 异 常 检 测 第 期 8 2 0 0 7 以 看 出 , 当 滑 动 滤 波 窗 较 小 时 , 小 目 标 被 检 测 出 数 据 降 维 。 为 保 证 降 维 后 的 图 像 包 含 尽 量 多 的 异 来 , 同 时 提 取 出 、 大 目 标 的 边 界 信 息 ; 增 常 信 息 , 使 用 谷 延 锋 提 出 的 基 于 波 段 局 部 异 常 度 5 × 5 7 × 7 [ 9 ] 大 窗 口 大 小 , 大 目 标 特 征 得 到 增 强 ; 当 窗 口 大 小 增 的 数 据 降 维 算 法 , 该 方 法 性 能 好 于 基 于 特 征 根 大 到 时 , 所 有 目 标 都 能 被 检 出 ; 此 时 由 于 排 序 的 主 成 分 分 析 方 法 。 本 文 对 谷 的 方 法 稍 加 修 1 5 × 1 5 窗 口 尺 寸 较 大 , 道 路 也 被 作 为 异 常 信 息 凸 现 出 来 。 改 , 直 接 计 算 原 始 图 像 各 波 段 平 均 局 部 峰 度 值 , 并 应 用 过 程 中 , 根 据 传 感 器 空 间 分 辨 率 和 感 兴 趣 目 将 峰 度 最 大 的 前 个 波 段 作 为 异 常 性 最 强 的 波 ? 标 实 际 尺 寸 , 选 择 不 同 大 小 的 滑 动 窗 口 , 可 实 现 特 段 , 带 入 和 算 子 进 行 检 测 。 R X L O S P 定 大 小 目 标 的 异 常 检 测 。 上 述 两 个 实 验 定 性 地 验 图 为 时 , 和 算 法 检 测 结 3 ? = 1 0 R X L O S P 证 了 目 标 含 量 、 大 小 与 检 测 精 度 之 间 的 关 系 , 与 分 析 的 结 果 完 全 吻 合 。 3 . 2 图 前 个 异 常 成 分 下 、 的 曲 线 3 1 0 R X L O S P R O C F i g . 3 R O C c u r v e s o f R X a n d L O S P w i t h t h e f i r s t t e n a n o m a l b a n d s y ( ) 原 始 数 据 ( ) 滤 波 窗 检 测 结 果 a b 3 × 3 ( ) ( ) a O r i i n a l i m a e b D e t e c t i o n r e s u l t w i t h g g 3 × 3 f i l t e r w i n d o w ( ) ( ) a ? = 1 0 b ? = 2 0 () 滤 波 窗 检 测 结 果 ( ) 滤 波 窗 检 测 结 果 c 9 × 9 d 1 5 × 1 5 () ( ) c D e t e c t i o n r e s u l t w i t h d D e t e c t i o n r e s u l t w i t h 9 × 9 f i l t e r w i n d o w 1 5 × 1 5 f i l t e r w i n d o w 图 不 同 邻 域 大 小 时 算 子 检 测 结 果 2 F i g . 2 R e s u l t s u n d e r d i f f e r e n t s i z e s o f t h e f i l t e r w i n d o w 与 比 较 4 . 3 ? ? 本 实 验 比 较 了 、 算 法 的 检 测 性 能 和 R X L O S P 计 算 效 率 。 该 模 拟 数 据 包 含 个 纯 像 元 人 工 目 ( ) ( ) 2 0 c ? = 4 0 d ? = 8 0 图 不 同 数 目 异 常 波 段 算 法 检 测 结 果 标 , 每 个 目 标 占 , 模 拟 采 用 的 基 准 数 据 与 4 R X 4 p i x e l F i . 4 R e s u l t s o f R X w i t h d i f f e r e n t n u m b e r s o f a ? g 前 个 实 验 相 同 。 算 法 检 测 精 度 受 2 R X H u g h e s n o m a l y b a n d s 效 应 的 影 响 , 随 波 段 数 增 加 而 下 降 , 在 检 测 前 需 对光 学 精 密 工 程 第 卷 2 0 0 8 1 7 表 、 算 法 计 算 时 间 ( 单 位 : 秒 ) 果 的 曲 线 。 由 于 波 段 数 较 少 , 两 算 法 均 能 1 ? ? ? ? ? ? R O C ( : ) T a b . 1 C o m u t i n t i m e o f t h e R X a n d L O S P U n i t s p g 在 较 低 虚 警 率 下 提 取 出 图 像 中 所 有 目 标 , 且 算 法 检 出 所 有 目 标 时 的 虚 警 率 远 低 于 L O S P R X 1 0 2 0 4 0 8 0 算 法 。 图 为 两 算 法 使 用 前 、 、 和 4 ~ 5 1 0 2 0 4 0 8 0 R X 1 5 . 2 3 5 3 0 . 7 6 5 9 1 . 1 8 8 3 2 8 . 5 4 7 L O S P 7 . 0 6 2 8 . 6 4 1 1 3 . 5 4 7 2 7 . 3 6 1 个 异 常 性 最 强 波 段 的 检 测 结 果 , 可 以 看 出 算 R X 法 受 效 应 影 响 较 大 , 当 增 加 到 时 , H u h e s ? 2 0 g 检 测 精 度 明 显 下 降 , 而 在 后 两 种 情 况 下 无 法 提 取 以 上 实 验 结 果 表 明 , 算 法 不 受 L O S P H u h e s g 目 标 信 息 。 而 算 法 不 受 效 应 限 效 应 影 响 , 能 够 充 分 利 用 高 光 谱 数 据 的 全 波 段 信 L O S P H u g h e s 制 , 随 增 加 , 检 测 结 果 中 噪 声 分 量 略 有 增 加 , 但 息 , 在 精 度 和 计 算 效 率 上 均 优 于 异 常 检 测 算 ? R X 仍 能 提 取 出 所 有 目 标 点 。 法 , 适 合 实 时 、 高 精 度 异 常 检 测 应 用 。 真 实 数 据 性 能 测 试 4 . 4 本 实 验 使 用 传 感 器 拍 摄 的 方 麓 茶 场 地 P H I 区 高 光 谱 图 像 , 验 证 真 实 数 据 下 算 法 的 检 L O S P 测 性 能 。 去 除 水 汽 吸 收 和 低 信 噪 比 波 段 , 实 验 数 据 有 个 波 段 , 空 间 维 为 行 、 列 , 图 ( ) 8 0 1 5 0 1 0 0 6 a ( ) ( ) a ? = 1 0 b ? = 2 0 ( ) 原 始 数 据 a ( ) a O r i i n a l i m a e g g () ( ) c ? = 4 0 d ? = 8 0 图 不 同 数 目 异 常 波 段 算 法 检 测 结 果 5 L O S P F i g . 5 R e s u l t s o f L O S P w i t h d i f f e r e n t n u m b e r s o f a ? n o m a l b a n d s y ( ) 检 测 结 果 () 检 测 结 果 b L O S P c R X 表 为 不 同 值 下 、 算 法 的 计 算 1 ? R X L O S P ( ) () b R e s u l t o f L O S P c R e s u l t o f R X 时 间 。 算 法 计 算 时 间 与 波 段 数 呈 现 幂 函 数 关 R X 图 方 麓 茶 场 地 区 高 光 谱 数 据 及 检 测 结 果 6 P H I 系 , 当 波 段 数 为 时 , 执 行 时 间 较 长 , 不 适 合 实 时 8 0 F i . 6 D e t e c t i o n r e s u l t s o f h e r s e c t r a l i m a e s o f g y p p g 性 较 强 的 应 用 场 合 。 算 法 使 用 样 本 均 值 作 L O S P F a n g L u t e a p l a n t a t i o n c o l l e c t e d b y P H I 为 不 感 兴 趣 目 标 , 不 用 计 算 样 本 的 协 方 差 矩 阵 , 大 为 该 区 域 第 波 段 的 图 像 。 图 中 大 部 分 地 物 为 大 缩 短 了 计 算 时 间 。 当 使 用 个 分 量 时 , 其 计 算 3 0 8 0 均 一 农 田 , 从 右 上 至 左 下 的 白 色 公 路 是 该 场 景 内 时 间 不 足 算 法 的 / 。 R X 1 1 0董 超 , 等 : 采 用 局 部 正 交 子 空 间 投 影 的 高 光 谱 图 像 异 常 检 测 第 期 8 2 0 0 9 的 主 要 异 常 物 质 , 另 外 还 有 少 量 的 田 埂 、 水 渠 等 人 样 本 均 值 作 为 不 感 兴 趣 目 标 , 设 计 局 部 正 交 子 空 工 目 标 。 图 ( ) 、 ( ) 分 别 为 图 像 前 个 异 常 间 投 影 算 法 , 成 功 地 解 决 了 算 法 在 异 常 检 测 6 b 6 c 2 0 O S P 性 最 强 波 段 的 和 检 测 结 果 二 值 图 , 两 应 用 中 无 先 验 信 息 的 问 题 。 异 常 检 测 应 用 中 , 图 L O S P R X 算 法 采 用 相 同 的 阈 值 进 行 分 割 。 可 以 看 出 , 像 在 小 范 围 邻 域 内 地 物 类 型 单 一 , 因 此 以 待 检 点 算 法 能 够 提 取 出 公 路 的 完 整 形 貌 , 公 路 旁 样 本 均 值 表 征 数 据 特 性 较 为 合 理 。 实 验 结 果 表 L O S P 的 小 片 白 色 地 物 也 被 检 测 出 来 , 检 测 结 果 虚 警 率 明 : 算 子 能 够 检 测 出 含 量 高 于 的 亚 像 L O S P 3 0 % 较 低 。 算 法 无 法 提 取 公 路 的 完 整 形 貌 , 且 虚 元 目 标 ; 可 通 过 适 当 增 大 滑 动 窗 尺 寸 , 提 取 大 像 元 R X 警 率 较 高 。 尺 寸 目 标 ; 当 波 段 数 为 时 , 运 算 时 间 不 足 8 0 R X 的 / 。 算 法 具 有 检 测 精 度 高 、 计 算 效 率 1 1 0 L O S P 高 、 不 受 光 谱 维 数 影 响 等 特 点 , 适 用 于 实 时 高 光 谱 结 论 5 图 像 异 常 检 测 。 本 文 以 待 检 点 为 感 兴 趣 目 标 、 待 检 点 邻 域 内 [ ] 吴 波 , 张 良 培 , 李 平 湘 非 监 督 正 交 子 空 间 投 影 高 光 6 . 参 考 文 献 : 谱 混 合 像 元 自 动 分 解 [ ] 中 国 图 象 图 形 学 报 , , J . 2 0 0 4 ( ) : 9 1 1 1 3 9 2 ? 1 3 9 6 . [ ] , 1 H A R S A N Y I J C C H A N G C I . H y p e r s p e c t r a l i m ? , , W U B Z H A N G L P L I P X . U n s u e r v i s e d o r ? p : a e c l a s s i f i c a t i o n a n d d i m e n s i o n a l i t r e d u c t i o n a n g y t h o g o n a l s u b s p a c e p r o j e c t i o n a p p r o a c h t o u n m i x h y ? [ ] o r t h o g o n a l s u b s p a c e p r o j e c t i o n a p p r o a c h J . ? ? ? ? [ ] p e r s p e c t r a l i m a g e r ya u t o m a t i c a l l y J . ? ? ? ? ? ? ? ? ? , , ( ) : ? ? ? ? ? . ? ? ? ? ? ? . ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? . 1 9 9 4 3 2 4 7 7 9 ? , , ( ) : ( ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 0 0 4 9 1 1 1 3 9 2 ? 1 3 9 6 . i n ? ? 7 8 5 . ) C h i n e s e [ ] 2 H A R S A N Y I J C . ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [ ] , 7 R E E D S Y U X . A d a p t i v e m u l t i p l e ? b a n d C F A R d e ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? t e c t i o n o f a n o p t i c a l p a t t e r n w i t hu n k n o w n s p e c t r a l [ ] : , ? ? ? ? ? ? ? ? ? D . B a l t i m o r e U n i v e r s i t y o f M a r y l a n d [ ] , , d i s t r i b u t i o n J . ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? . ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? , B a l t i m o r e C o u n t 1 9 9 3 . y , , ( ) : ? ? ? ? ? ? ? 1 9 9 0 3 8 1 0 1 7 6 0 ? 1 7 7 0 . [ ] , 3 R E N H C H A N G C I . A u t o m a t i c s e c t r a l t a r e t p g [ ] 杨 哲 海 , 冯 猛 , 张 燕 燕 高 光 谱 影 响 处 理 方 法 的 改 进 8 . [ ] r e c o g n i t i o n i n h y p e r s p e c t r a l i m a g e r y J . ? ? ? ? [ ] 海 洋 测 绘 , , ( ) : J . 2 0 0 4 2 4 4 1 3 ? 1 6 . , , ? ? ? ? ? . ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2 0 0 3 3 9 , , Y A N G Z H H F E N G M Z H A N G Y Y . I m r o v e ? p ( ) : 4 1 2 3 2 ? 1 2 4 9 . m e n t o f t e c h n i u e f o r h e r ? s e c t r a l i m a e s c l a s s i f i ? q y p p g [ ] 4 C H A N G C I .O r t h o o n a l s u b s a c e r o e c t i o n g p p j [ ] c a t i o n J . ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ( ) : O S P r e v i s i t e d a c o m p r e h e n s i v e s t u d y a n d a n a l y ? , , ( ) : ( ) ? ? ? 2 0 0 4 2 4 4 1 3 ? 1 6 . i n C h i n e s e ? [ ] , , s i s J . ? ? ? ? ? ? ? ? ? . ? ? ? ? ? ? . ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? . 2 0 0 5 [ ] , , 9 G U Y F L I U Y Z H A N G Y . A s e l e c t i v e K P C A ( ) : 4 3 3 5 0 2 ? 5 1 8 . a l g o r i t h m b a s e d o n h i g h ? o r d e r s t a t i s t i c s f o r a n o m a l y [ ] , 5 R E N H C H A N G C I . T a r e t ? c o n s t r a i n e d i n t e r f e r ? g [ ] d e t e c t i o n i n h y p e r s p e c t r a l i m a g e r y J . ? ? ? ? ? ? ? ? ? e n c e ? m i n i m i z e d a p p r o a c h t o s u b p i x e l t a r g e t d e t e c t i o n , , ( ) : ? ? . ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? . ? ? ? ? . 2 0 0 8 5 1 4 3 ? 4 7 . [ ] , , f o r h y p e r s p e c t r a l i m a g e r y J . ? ? . ? ? . 2 0 0 0 ? ? ( ) : 3 9 1 2 3 1 3 8 ? 3 1 4 5 . 作 者 简 介 : 董 超 ( ) , 男 , 博 士 研 究 生 , 主 要 赵 慧 洁 ( ) , 女 , 教 授 , 博 士 生 导 1 9 8 2 - 1 9