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国土资源遥感  2018, Vol. 30 Issue (2): 80-86    DOI: 10.6046/gtzyyg.2018.02.11
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多流形LE算法在高光谱图像降维和分类上的应用
吴东洋(), 马丽()
中国地质大学(武汉)机械与电子信息学院,武汉 430074
Multi-manifold LE algorithm for dimension reduction and classification of multitemporal hyperspectral image
Dongyang WU(), Li MA()
School of Mechanical Engineering and Electronic Information,China University of Geosciences(Wuhan), Wuhan 430074, China
全文: PDF(3210 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

传统的流形学习算法假设不同类的数据位于同一个流形结构上,然而由于不同类别数据的特征不同,其位于各自不同的流形结构上的假设更加合理,因此,多流形假设更适合数据分类问题。通过借鉴多流形谱聚类算法中的多流形思想,研究多流形LE算法及其在高光谱数据降维和分类上的应用,结合高光谱数据特点,通过添加空间信息和数据标记信息进一步改进多流形LE算法。实验结果表明,在多种高光谱数据中,多流形LE算法能取得比LE算法更高的分类精度,同时改进的多流形LE算法也取得比LE和多流形LE算法更高的分类精度,这说明多流形假设更符合高光谱数据的特点,也说明了改进算法的有效性。

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吴东洋
马丽
关键词 流形学习多流形假设高光谱数据分类    
Abstract

The traditional manifold learning algorithms are based on the assumption that categories of data are located in the same manifold structure; nevertheless, due to the different features of different data categories, it is more reasonable that the data are in respective different manifold structures. Hence, the assumption of multi-manifold is more applicable for data classification. This paper adopts the thought of multi-manifold spectral clustering algorithm, mainly focuses on multiple manifolds LE algorithm, and applies this algorithm to the processing of hyperspectral data. Combined with the features of the hyperspectral data, the multiple manifolds LE algorithm is further improved by adding the spatial information and data maker information. The experimental results show that, in many kinds of hyperspectral data, the multi-manifold LE algorithm has higher precision than the LE algorithm. In addition, the improved multi-manifold LE algorithm could classify data with higher precision than the LE algorithm and multi-manifold LE algorithm. The authors have reached the conclusion that the assumption of multi-manifold is in better agreement with the features of hyperspectral data and the improved algorithm is of high performance.

Key wordsmanifold learning    multi-manifold hypothesis    hyperspectral data    classification
收稿日期: 2016-07-25      出版日期: 2018-05-30
:  TP79  
通讯作者: 马丽
引用本文:   
吴东洋, 马丽. 多流形LE算法在高光谱图像降维和分类上的应用[J]. 国土资源遥感, 2018, 30(2): 80-86.
Dongyang WU, Li MA. Multi-manifold LE algorithm for dimension reduction and classification of multitemporal hyperspectral image. Remote Sensing for Land & Resources, 2018, 30(2): 80-86.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/gtzyyg.2018.02.11      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2018/V30/I2/80
Fig.1  添加空间信息前后的光谱曲线对比
Fig.2  为块赋类别
算法 训练数据比例
10% 30% 50%
LE 0.666 0.742 0.766
MLE 0.706 0.783 0.800
MLE_Spatial 0.875 0.915 0.929
MLE_Spatial_Label 0.920 0.954 0.970
Tab.1  不同算法在BOT数据上的最优总体分类精度
算法 训练数据比例
10% 30% 50%
LE 0.754 0.796 0.812
MLE 0.756 0.806 0.821
MLE_Spatial 0.834 0.880 0.893
MLE_Spatial_Label 0.865 0.913 0.918
Tab.2  不同算法在KSC数据上的最优总体分类精度
算法 训练数据比例
10% 30% 50%
LE 0.646 0.667 0.670
MLE 0.670 0.720 0.731
MLE_Spatial 0.730 0.770 0.786
MLE_Spatial_Label 0.771 0.845 0.846
Tab.3  不同算法在PU数据上的最优总体分类精度
Fig.3  不同数据各类的分类精度
纯净点数 块数
40 80 120 160 200 240
未添加空间信息时 275 418 558 689 758 853
添加空间信息时 654 1 047 1 254 1 392 1 480 1 502
  BOT数据(1 580个点)不同块数对应的纯净点数
纯净点数 块数
20 60 100 140 180 220
未添加空间信息时 484 565 655 814 879 949
添加空间信息时 564 952 1 105 1 231 1 284 1 357
  KSC数据(1 870个点)不同块数对应的纯净点数
纯净点数 块数
100 150 200 250 300
未添加空间信息时 313 434 554 683 793
添加空间信息时 812 1 078 1 294 1 460 1 564
  PU数据(2 138个点)不同块数对应的纯净点数
Fig.4  不同块数下的分类精度
Fig.5  同一类数据在添加空间信息前后2个波段的数据分布
Fig.6  不同邻域大小的最优分类精度
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