混合像元分解
混合像元分解算法的比较和改进
混合像元分解算法的比较和改进混合像元分解是一种图像处理算法，通过将一幅图像分解为几个基本的图像元素，然后再通过重新组合这些元素来实现图像处理。
混合像元分解算法在计算机视觉、图像识别等领域有广泛的应用。
本文将对混合像元分解算法进行比较和改进。
首先，我们将比较几种常用的混合像元分解算法，包括：均值漂移算法、Meanshift算法、K-Means算法以及高斯混合模型算法。
均值漂移算法是一种基于颜色直方图的算法，通过不断迭代寻找局部最大概率密度点来进行图像分割。
这种方法具有较好的抗噪声能力，但在处理大规模数据时，计算复杂度较高。
Meanshift算法是一种非参数化的聚类算法，通过估计图像颜色分布中心并将其与原始图像进行对比，来实现图像分割。
这种方法在处理复杂图像时，往往需要较长的收敛时间。
K-Means算法是一种基于聚类分析的算法，通过将图像像素点划分为不同的簇来实现分割。
这种方法的计算速度较快，但在处理高维数据时，由于存在样本划分不均衡的问题，容易导致结果不稳定。
高斯混合模型算法是一种概率模型，通过对图像像素点进行统计建模，进而进行分割。
这种方法在处理复杂图像时效果较好，但计算复杂度较高。
在比较了以上几种常用的混合像素分解算法后，我们可以发现它们各自具有一定的优势和不足之处。
为了改进这些算法，我们可以考虑以下几个方面：1. 改进聚类算法：针对K-Means算法存在的问题，可以考虑使用基于密度的聚类算法，如DBSCAN。
该算法不需要预先指定簇的数目，可以有效地解决样本划分不均衡的问题。
2.引入上下文信息：在图像分割过程中，通过引入上下文信息，如空间信息、纹理信息等，可以提高图像分割的准确性。
例如，可以将像素点与其周围像素点之间的关系纳入考虑，以更好地描述图像的结构特征。
3.结合深度学习方法：深度学习在图像处理任务中已经取得了重要的突破，可以将其应用于混合像素分解算法中。
通过使用深度神经网络来学习图像的特征表示，可以提高图像分割的性能。
混合像元分解法操作步骤
混合像元分解法操作步骤1.数据准备-获取多光谱图像数据，可以使用航空或卫星遥感数据。
- 准备高分辨率的真实地物标记（Ground Truth），用于评估分解结果的准确性。
2.选择变量-选择用于混合像元分解的变量，一般是多光谱图像的波段数据。
-可以利用统计学方法、专家知识或试错法来选择最适合的变量。
3.确定光谱参考-选择用于确定混合像元分解的光谱参考数据。
-光谱参考可以是单一的像素或像元组合。
-光谱参考应该具有代表性，并且包含不同地物的特征光谱。
4.混合像元分解-使用混合像元分解模型来计算每个像素的混合成分比例。
-混合像元分解模型通常假设图像中的每个像素是由多个地物的混合成分组成，并输出每个地物的比例。
- 常用的混合像元分解模型包括Spectral Mixture Analysis（SMA）和Linear Spectral Mixture Analysis（LSMA）等。
5.分解结果评估-使用真实地物标记来评估混合像元分解的准确性。
-可以使用混合像元分解的结果与真实地物标记进行对比，计算混淆矩阵或其他评估指标。
-可以根据评估结果来调整或优化混合像元分解模型的参数。
6.结果解释-根据混合像元分解得到的地物比例，进行图像分类、植被指数计算等应用。
-可以通过阈值或其他分类方法将分解得到的比例转化为具体的地物类别。
-可以根据混合像元分解的结果进行地物变化检测、遥感图像解译等分析。
7.结果可视化-可以使用各种图像处理软件将混合像元分解的结果可视化。
-可以使用颜色编码、图形绘制等方法将混合像元分解的结果与原始图像进行对比。
-可以生成分类图像或指数图像等用于进一步分析或展示的结果。
总之，混合像元分解法是一种通过对多光谱图像像素进行分解来获取地物混合成分比例的方法。
它具有广泛的应用前景，并可以通过合理的参数选择和模型优化来提高分解结果的精度和准确性。
python 混合像元分解方法 -回复
python 混合像元分解方法-回复什么是混合像元分解方法？混合像元分解方法（Mixture Pixel Decomposition）是一种用于解析遥感图像中复杂地物的探测和提取的技术。
遥感图像包含了不同地物的混合像元，即一个像素内存在多种地物的信号。
混合像元分解方法可以将混合像元分离为不同的地物成分，从而获得每个地物的光谱信息，进一步实现对地物进行分类和定量分析。
混合像元分解方法的原理混合像元分解方法通过数学模型对混合像元进行分解，其中最常用的数学模型是线性模型。
假设一个像元包含K 个地物成分，那么混合像元可以表示为K 个地物的线性组合。
即：I = ∑( f * ρ)其中，I 是观测到的混合像元，f 是混合像元中每个地物的系数，表示该地物在混合像元中的比例，ρ是对应地物的光谱响应曲线。
通过对I 进行解析，可以求解出每个地物的成分系数f。
常见的混合像元分解方法1. N-FINDR：N-FINDR 法（Normalized Maximum Likelihood Feature Discrimination）是一种经典的混合像元分解方法。
它通过最大似然估计寻找最优的像元组合，将混合像元分解为基础地物。
N-FINDR 法常用于无监督的遥感图像分类。
2. SISMA：SISMA 法（Spectral Information Subtraction Maximum Likelihood Algorithm）是一种监督的混合像元分解方法。
它引入了监督样本，通过最大似然估计计算每个地物的成分系数。
SISMA 法可以有效地提高分类精度和抑制混合像元效应。
3. VCA：VCA 法（Vertex Component Analysis）是一种基于顶点的混合像元分解方法。
它通过在N 混合像元图中选择顶点，进行解析，找到与顶点最接近的纯地物光谱，从而实现混合像元的分解。
VCA 法适用于对大尺度遥感图像进行定量分析。
混合像元分解方法的应用混合像元分解方法广泛应用于遥感图像解析、地物分类、环境监测等领域。
混合像元分解研究综述——端元内光谱差异问题
混合像元分解研究综述——端元内光谱差异问题或叫做端元变异，端元不稳定(Endmember variation)。
一般的混合像元分解算法假设相同地物都有相同的光谱特征，因而对整幅图像采用相同的端元光谱。
但由于同物异谱现象的存在，端元的光谱并非恒定的值，这就是端元内光谱差异现象。
这种现象的存在常常会导致分解结果的误差。
目前，解决该问题的方法可以分为四类：(1) 多端元方法多端元方法指对每一类地物选取多个端元光谱参与混合像元分解。
其中最典型的方法是由Roberts等(1998)[49]提出的MESMA(Multiple Endmember Spectral Mixture Analysis)方法。
该方法首先为每类地物选取多条光谱，并以此生成多个端元组合（每个端元组合由不同地物中的某一条光谱组成），接着对每个像元寻找最小二乘法误差最小的端元组合，进而求出每个像元的端元比例。
该方法在很多研究中被证实是十分有效的[50-54]。
Bateson等(2000)[55]提出了一种端元束的方法，该方法对每类地物生成端元束（一个端元束由许多同一类地物的光谱组成），将所有端元束的光谱作为端元进行混合像元分解。
因为端元数目超过光谱波段数，方程组欠定，所以只能求解出每一类地物（也就是一个端元束内所有光谱的比例之和）的最小值和最大值，再对其作平均得到每类地物的比例。
该方法的优点在于可以得到每类地物比例的误差范围。
多端元方法机制明确，但计算复杂，耗时过长。
(2) 光谱变换在很多情况下，同类地物的光谱的差别来自绝对值的变化，而光谱形状是相似的。
因此通过对光谱进行一定的变换可以减少端元的光谱差异。
Wu（2003）[56]提出将光谱除以各个波段的均值，再作混合像元分解，并应用于城市监测；Garcia-Haro等（2005）[57]将光谱作标准化后再作混合像元分解；Asner等(2003)[58]将光谱作微分后再作混合像元分解。
Juan Pablo Guerschman等(2009)[59]利用原始光谱计算出归一化差分植被指数（Normalized Difference VegetationIndex, NDVI）和纤维素吸收指数（Cellulose Absorption Index，CAI），假设两个指数也满足线性混合模型，利用两个指数求得光合植被、非光合植被及裸土的比例。
混合像元分解提取植被
混合像元分解提取植被
混合像元分解是一种常用的遥感图像处理方法，它可以将遥感图像中的每个像元分解为不同的成分，从而提取出图像中的各种信息。
其中，植被是遥感图像中常见的一种成分，因此混合像元分解可以被用来提取植被信息。
混合像元分解的基本原理是将遥感图像中的每个像元分解为不同的成分，这些成分包括植被、土壤、水体等。
其中，植被成分可以通过NDVI指数来计算得到。
NDVI指数是一种反映植被覆盖度的指数，它的计算公式为：
NDVI = (NIR - RED) / (NIR + RED)
其中，NIR代表近红外波段的反射率，RED代表红色波段的反射率。
通过计算NDVI指数，可以得到遥感图像中每个像元的植被覆盖度。
除了NDVI指数，混合像元分解还可以使用其他的方法来提取植被信息。
例如，基于像元的分类方法可以将遥感图像中的每个像元分为不同的类别，其中包括植被、土壤、水体等。
通过对每个类别进行统计分析，可以得到遥感图像中植被的分布情况。
混合像元分解可以被广泛应用于植被监测、土地利用、环境保护等领域。
例如，在植被监测中，可以通过混合像元分解来提取植被信息，从而得到植被的分布情况、生长状态等信息。
在土地利用中，可以通过混合像元分解来分析土地利用类型的分布情况，从而为土
地规划和管理提供参考。
在环境保护中，可以通过混合像元分解来监测水体和土壤的污染情况，从而及时采取措施进行治理。
混合像元分解是一种非常有用的遥感图像处理方法，可以被用来提取植被信息以及其他各种信息。
在实际应用中，需要根据具体的需求选择合适的方法和参数，以得到准确的结果。
04 混合像元分解截取
混合光谱
光谱混合模型
光谱混合模型的数学表达式
假设：在一个给定的场景里，地表由少数的几种地物（端元）组成， 并且这些地物具有相对稳定的光谱特征，那么，遥感图像像元的反 射率可以表示为端元光谱和它们的面积百分比（丰度）的函数：
S f (x1 , x 2 ,..., x n , f1 , f 2 ,..., f n ) subject to: fi 1, fi 0, i 1,..., n
Y (y1 , y 2 ,..., y n ) G ( g1 , g 2 ,..., g n )T
29 混合像元分解新探索
上述最优化问题可以写为 T minimize 1- YG y S
subject to:
i
i
gi
1, gi 0, i 1,...n
由于 yS 1，YG 1 有
D S, XF PXFj (ln PXFj ln PSj ) PSj (ln PSj ln PXFj )
j 1 i 1
b
b
其中PXFj ( XF ) j / ( XF ) j , PSj S j / S j
j 1 i 1
b
b
混合像元分解新探索
由于光照、地形、阴影、大气等的影响，地物组分
BSMA (Song,2005)、MDA (Ju,2003)
19
端元内光谱差异问题
MESMA
Fraction image showing NPV(nophotosyntheticvegetation), GV(green vegetation) and soil fractions as red, green, and blue, respectively.
高光谱遥感影像混合像元分解
04
混合像元分解实验与分析
实验数据介绍
数据来源
01
实验数据来自中国的某高光谱遥感卫星，覆盖了多个地区和不
同的土地利用类型。
数据特点
02
数据具有高光谱分辨率，包含了数百个波段，能够提供丰富的
地物光谱信息。
数据预处理
03
为了提高混合像元分解的精度，需要进行数据预处理，包括辐
射定标、大气校正、几何校正等。
端元数量与分解精度
实验结果表明，随着端元数量的增加，混合像元分解的精度逐渐提高。但端元数量过多会导致解的不稳定，因此需要 选择合适的端元数量。
不同土地利用类型的识别
通过混合像元分解，可以有效地识别不同类型的土地利用，如植被、水体、城市等。这为土地利用变化监测、生态保 护等方面提供了有力支持。
比较不同方法的结果
混合像元分解的必要性
为了更准确地提取地物信息，提高遥感应用的效果，对高光谱遥感影像进行混合像元分解是必要的。通过混合像 元分解，可以将一个混合像元分解成若干个纯像元的线性组合，从而更准确地表达地物的光谱特征。
混合像元分解研究现状
早期研究方法
早期的研究主要采用端元提取和丰度反 演的方法进行混合像元分解。端元提取 的方法主要基于空间和光谱的统计分析 ，从高光谱数据中提取出纯像元；丰度 反演的方法则是基于线性混合模型，通 过优化算法反演出各纯像元的丰度。
VS
近期研究方法
近年来，随着深度学习技术的发展，越来 越多的研究开始采用深度学习的方法进行 混合像元分解。深度学习方法能够自动地 学习和提取高光谱数据中的复杂结构和特 征，从而更准确地分解混合像元。目前， 常见的深度学习方法包括卷积神经网络 （CNN）、生成对抗网络（GAN）等。
混合像元分解笔记
光谱混合分析（SMA）1.光谱分析法：利用光谱学的原理和实验方法以确定物质的结构和化学成分的分析方法。
特点：（1）分析速度较快（2）操作简便（3）不需要纯样品（4）可同时测定多种元素或化合物，省去复杂的分离操作（5）选择性好。
可测定化学性质相近的元素和化合物（6）灵敏度高（7）样品损坏少探随着新技术的采用，定量分析的线性范围变宽，使高低含量不同的元素可以同时测定，还可以进行微区分析。
局限性：光谱定量分析建立在相对比较的基础上，必须有一套标准样品的组成和结构状态应与被分析的样品一致。
2•高光谱遥感：指利用很多很窄的电磁波波段获得观测目标的相关信息。
（即高光谱分辨率）特点：波段数目多，波段宽度窄，波段分布连续，光谱分辨率高，图谱合一。
f 地物识别、分类具有优势，适用于混合像元分析。
高光谱遥感影像分析f 集中于对光谱维信息的提取和定量分析。
（1）影像立方体X, Y:普通影像的长和宽乙由波长长短顺序叠加形成的。
（上短下长）图：单个像元沿Z轴的不同亮度值形成了一条连续的光谱曲线波(X 长，Y亮度)f描述每个像元所代表的地物光谱特征。
(2)光谱数据库：自然条件下，仪器实测的各种地物光谱数据。
人为控制下，测得的矿物，植物矿片等光谱数据。
每条光谱记录都对应有其测量的仪器，气象条件，周围环境等详细信息。
(3)光谱匹配：将地物光谱与实验室测量的参考光谱进行匹配，或将地物光谱与参考光谱数据库进行比较，求得它们之间的相似性或差异性，以达到识别地物的目的。
3.混合光谱分析纯像元：仅包含一种土地覆盖类型。
记录的是该土地覆盖类型的光谱响应特征或光谱信号。
混合像元：包含不止一种土地覆盖类型。
记录的是不同土地覆盖类型光谱响应特征的综合。
(1)线性混合：指传感器无法分辨的多种小地物光谱的线性合成。
只要这些不同小地块的光谱能互不干扰地到达传感器，就可用线性方法通过像元亮度值估算不同地块比例f (各地块分布紧密的区域) 包括：物理学描述，代数学描述，几何学描述。
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注：由于计算量较大，所以将图像分成三块进行处理，另外此步骤在ENVI Classic里面完成
一：纯像元提取（PPI）
1、MNF变换
选择Spectral→MNF Rotation→Forward MNF→Estimate Noise Statistics from Data
在弹出的窗口中选择13-4-26a.img文件，点击ok
在弹出的窗口中设定保存路径，文件命名为13-4-26amnf，点击ok
2、PPI计算
选择Spectral→Pixel Purity Index→[FAST]New Output Band
在弹出的窗口中选择13-4-26amnf文件，点击ok
在弹出的窗口中设置输出文件，13-4-26appi，点击ok，这一步要等很久。
将获取的纯像元变为ROI：Basic Tools→Region of Interest→Band Threshold to ROI，选择13-4-26appi文件，点击ok
弹出的窗口中：
3、构建n维窗口，选择端元波谱
选择Spectral→n-Dimensional Visualizer→Visualize with New Data
在弹出窗口中选择13-4-26amnf文件，点击ok，选中1-5波段
（1）在n-D Controls面板中，设置适当的速度（Speed），单击Start按钮，在n-D Visualizer 窗口中的点云随机旋转，当在n-D Visualizer窗口中的点云有部分聚集在一块时，单击Stop 按钮。
借助<-，->，New按钮可以一帧帧从不同视角浏览以辅助删除分散点。
（2）在n-D Controls面板中，选择Class->Items 1:20->red，可选择标志颜色
（3）在n-D Visualizer窗口中，用鼠标左键勾画“白点”集中区域，右键结束
4、输出端元波谱
在n-D Controls面板中，选择Options->Mean All，在Input File Associated with n-D Scatter Plot 对话框中选择原图像13-4-26a，单击OK
（2）获取的平均波谱曲线绘制在n_D Mean绘图窗口中。
（3）识别每条波谱曲线对应的地物类型。
（4）在n_D Mean绘图窗口中，选择File->Save Plot As->Spectral Library（或者ASCII），将端元波谱保存为波谱库文件或者文本文件。
命名为13-4-26asp
二：丰度解混
Spectral ->Mapping Method-> spectral angle mapper 打开要分类的图像13-4-26a.img,点击ok 在弹出的窗口中，选择Import->form Spectral Library File
选择13-4-26asp文件
选择所有端元，点击apply，命名为13-4-26ax
三：利用端元分类
Spectral ->Mapping Method->Liner spectral unmixing 打开要分类的图像13-4-26a.img
在弹出的窗口中，选择Import->form Spectral Library File
选择13-4-26asp文件
选择所有端元
点击apply，命名为13-4-26aclass，注意将第一行选项改为yes，这样加权平均值才为1
AOI提取端元波谱
1、打开原图像（能目视解译的图像就行）右键原图像New Region of Interest新建一个roi 图层，修改roi name和color，在原图上画多边形勾出相应地类。
点击添加地类
2、在tool窗口中optionS-send rois to n-D Visualizer ,点击ok
3、等一会儿，出现n-D Visualizer窗口，选中1-5，option-Mean all，选择要分类的图像
4、出现波普曲线，点击export-spectral library ,保存为波谱文件。
提取端元波谱成功。