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高光谱图像unmixing在MATLAB中实现SpectralSuperResolution:光谱超分辨率。

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简介:
该存储库提供了专门为高光谱数据设计的MATLAB代码和脚本,用于实现光谱超分辨率。该项目提出的方法采用稀疏表示 (SR) 学习框架,从低分辨率形式生成高光谱分辨率的3D数据立方体。具体而言,该框架将低光谱分辨率和高光谱分辨率的数据立方体表示为对经过训练的完整字典元素的稀疏线性组合。为了评估所提出的光谱超分辨率方案的性能,我们利用了EO-1 NASA的Hyperion卫星高光谱地球观测场景。由于Hyperion场景具有极高的光谱覆盖率,它在遥感领域被广泛应用于分类和光谱分离任务。我们选取了2015年8月30日于夏威夷岛拍摄的高光谱场景,并利用了可见光和近红外光谱范围内的67个光谱带,其波长范围从436.9纳米到833.83纳米。在字典训练阶段,我们设计了一种耦合字典学习方案,基于 ADMM 算法对高光谱分辨率和低光谱分辨率的特征空间进行了建模。通过从100,000组低和高光谱分辨率的数据立方体中训练512个代表性字典原子,完成了字典的构建。

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  • 解的Matlab代码-SpectralSuperResolution:
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    SpectralSuperResolution是一款用于执行高光谱图像分解的Matlab工具。它通过先进的算法提供高效的光谱超分辨率处理,增强图像细节和质量。 该存储库包含了用于高光谱数据的光谱超分辨率设计的MATLAB代码与脚本。所提出的方法通过运用稀疏表示(SR)学习框架,从低分辨率形式中合成出具有高光谱分辨率的三维数据立方体。基于SR框架,各种低和高光谱分辨率的数据立方体可以被表达为来自已学过的过完备字典元素的稀疏线性组合。 所提出的方案性能通过使用EO-1 NASA Hyperion卫星获取的夏威夷岛2015年8月30日的高光谱场景进行评估。该场景覆盖了可见光和近红外范围内的67个波段,从436.9到833.83纳米。 对于字典训练阶段,我们设计了一种基于ADMM稀疏耦合字典学习方案来建模高光谱分辨率与低光谱分辨率的特征空间。通过使用10万个训练数据对(包括高低两种分辨率的数据立方体),我们构建了包含512个代表元素的词典。
  • 基于相似性的方法
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    本研究提出一种新颖的方法,利用高光谱图像中像素间的光谱相似性进行超分辨率重建。通过增强空间和光谱信息,显著提升图像细节与质量,为遥感、医疗成像等领域提供有力支持。 基于光谱相似性的高光谱图像超分辨率算法是一种用于提升高光谱遥感图像空间分辨率的技术。该技术结合了成像技术和光谱分析方法,能够获取从紫外到远红外区域的电磁波数据,并生成包含丰富信息的窄带连续光谱图像。这种技术常被应用于监测植被、土壤湿度、矿物分布及环境污染等场景。 在处理高光谱图像的过程中,超分辨率重建是指通过低分辨率图来构建出高质量高空间分辨力的新图的过程。对于这类图像而言,除了提高其物理尺寸外,还需保证每个像素点所携带的光谱信息准确无误。这是因为不同的物质如植物种类和矿物成分等可以通过它们独特的光谱特征加以区分。 该算法利用了像元间普遍存在的相似性来优化重建效果。通过将这种光谱上的相近关系作为约束条件,并结合主成分分析(PCA)技术降低数据维度,从而提高计算效率的同时保证图像的分辨率与质量不受影响。 具体而言,首先应用结构自相似性的概念提升空间细节;其次利用PCA减少波段数量以加速处理流程;最后基于像元间的光谱一致性构建算法约束项来确保重建结果的真实性和精确性。实验结果显示该方法在提高图像质量和保持原始光谱信息方面优于传统的双三次插值和SRSM等传统技术。 此外,这项创新不仅提高了单个通道的超分辨率能力,并且成功扩展到了处理数百乃至上千波段的数据集上,在保证运算效率的同时实现了高精度重建结果。因此它具有广泛的应用前景,尤其是在环境监测、资源勘探、农业评估以及军事侦察等领域中展现出巨大潜力和价值。 该研究得到了国家自然科学基金(***)及科技支撑计划项目的资金支持(201),为深入探讨与应用推广奠定了坚实基础。
  • 线解混MATLAB代码-Online-Unmixing-PLMM:基于变异性的多时段处理
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    本项目提供了一套用于多时段高光谱图像在线解混的MATLAB代码,采用具有光谱变异性的PLMM模型,旨在提升高光谱数据分析效率和精度。 高光谱图像分离的MATLAB代码描述了处理多时相高光谱图像在线解混的方法,并考虑到了光谱可变性的影响。相关方法由P.-A.Thouvenin、N.Dobigeon和J.-Y.Tourneret在《IEEE Transactions on Image Processing》期刊上发表,卷25,第9期,页码3979-3990,出版日期为2016年9月。 实验说明:为了运行文章中报告的真实数据上的代表性实验,请配置并执行main.m脚本。依赖关系:当前代码包含了由相关作者开发的MATLAB函数,并参考了以下文献中的描述: [1] J.M.Nascimento和J.M.Bioucas-Dias,顶点分量分析:一种分离高光谱数据的快速算法, IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 卷43, 第4期,页码898-910,2005年4月。 [2] J.M.Bioucas-Dias和M.A.T.Figueiredo,“约束稀疏回归”,未提供具体文献信息。
  • 紫外Offner成仪的设计
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    本研究设计了一种基于Offner架构的高光谱分辨率紫外成像光谱仪,旨在优化光学系统以实现卓越的图像质量和高精度光谱分析能力。 紫外成像光谱仪是遥感探测仪器的重要组成部分之一,在机载和星载领域,遥感平台正逐步要求光谱仪在实现高分辨率的同时,设备趋于轻量化和小型化。针对紫外成像光谱仪的这些特点,我们研究了基于Offner结构的紫外成像光谱系统,并设计了一种工作波段为250~400 nm、狭缝长40 mm、光谱分辨率为0.3 nm的高分辨率紫外成像光谱仪。分析结果显示,在38.5 lp/mm处调制传递函数达到0.76以上,实现了接近衍射极限的优良成像质量;同时,该设计下的系统在像元尺寸10%以内控制了谱线弯曲和色畸变。 此外,我们在此基础上缩小了原Offner结构系统的体积,从而满足紫外遥感仪器小型化、轻量化的要求,并且易于加工及装调。这一设计方案符合机载和星载遥感应用的需求。
  • 混合元的解(Unmixing
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    光谱混合像元的分解是指通过数学和统计方法分离出混合像素中端元及其丰度信息的过程,在遥感图像分析中有广泛应用。 混合象元分解是遥感图像处理中的关键技术之一,在高光谱成像领域尤为重要。在遥感图像中,每个像素通常包含多种地物的信息,这种现象称为混合像元。混合象元分解的目标是从一个像素的光谱响应中分离出多个纯地物(端元)的贡献,从而提取更详细的地物信息。 主要存在两种模型用于处理遥感图像中的混合象元:线性混合模型和非线性混合模型。在线性混合模型中,假设每个像元的光谱可以表示为各个端元光谱的加权组合,权重即为该端元在像素内的占有率或丰度。这一过程可以用以下数学公式描述: \[ \mathbf{R} = \sum_{i=1}^{n} f_i \mathbf{E}_i + \mathbf{N} \] 其中,\(\mathbf{R}\) 是像元的光谱反射率向量,\(f_i\) 表示第 \(i\) 个端元在该像素中的占有率或丰度值,\(\mathbf{E}_i\) 则是第 \(i\) 个端元的光谱反射率向量;\(n\) 是总的端元数量,而 \(\mathbf{N}\) 表示噪声项。 混合象元分解的关键在于如何有效地估计各个端元和它们在像素中的占有率。一种常用的技术是最小二乘法(Least Squares),通过最小化残差平方和来确定最佳的端元及相应的丰度值。然而,在实际应用中,可能需要加入一些约束条件以确保解的有效性,例如占用率非负性和总和为1。 关于“带限制条件的求解各端元量的方法”,这通常指的是在计算过程中加入了上述提到的一些约束来优化问题解决过程。可以通过多种算法实现这些方法,包括但不限于非负矩阵分解(Non-negative Matrix Factorization, NMF)、迭代最小二乘法、遗传算法以及变分方法等。 “tree_soil - 副本”可能是一份示例数据集,用于展示树木和土壤混合的场景。在进行混合象元分解之前,通常需要对这样的数据执行预处理步骤,例如光谱校正、去噪及大气校正操作以减少误差并提高后续分析的质量。 混合象元分解技术广泛应用于环境监测、资源调查、城市规划以及灾害评估等多个领域。该方法能够帮助识别森林、农田和水体等不同地物的分布情况;在气候变化研究中,它还可用于分析植被变化及土壤湿度等生态指标的变化趋势。 因此,混合象元分解是遥感图像处理中的关键技术之一,通过利用不同的算法与约束条件的应用可以实现对复杂场景的精确解析。对于给定的数据集“tree_soil - 副本”,我们可以通过应用这些技术来分离树木和土壤各自的光谱贡献,从而获得更为详尽的地物信息。
  • matlab类_programe.rar__类_显示
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    本资源包提供MATLAB程序用于处理高光谱图像数据,包括分类和可视化功能。适用于研究与应用领域中对高光谱数据分析的需求。 使用MATLAB进行高光谱数据显示(显示分类后图像)。
  • 析系统的开发设计
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    本项目致力于研发一种新型高分辨率宽光谱光谱分析系统,旨在实现对不同波长范围内的光线进行精确测量与高效解析。该系统能够广泛应用于科学研究、环境监测及工业检测等多个领域,为用户提供全面的光谱数据支持和深入的数据分析能力。 结合光学像差理论与光栅色散原理,并采用像元分辨率匹配方法,本段落提出了一种设计宽光谱高分辨率Czerny-Turner型光栅光谱仪初始结构的方法。在考虑机械加工装调及通光效率的基础上,该方法被应用于波长范围为200~1000 nm、分辨率为0.01 nm的光学系统中。通过ZEMAX软件对设计进行了仿真和优化,结果表明此设计方案能够满足光谱探测范围、分辨率以及通光孔径等各项要求,并且仪器的设计性能均符合指标需求。
  • Matlab的数据融合代码-SupReME:单传感器多
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    SupReME是专为MATLAB设计的数据融合工具,用于处理来自单一传感器的多光谱和多分辨率图像,以提高空间分辨率并增强细节。 数据融合MATLAB代码用于处理来自单个传感器的多光谱多分辨率图像以实现超分辨率技术,作者为何塞·比奥卡乌斯·迪亚斯(Jose Bioucas-Dias),版权所有2017年:苏黎世联邦理工学院和里斯本大学。版本变化0.1,首次发布。 重要提示:如果您使用此软件,则应在任何所得的出版物中引用以下内容: [1] Super-Resolution of Multispectral Multiresolution Images from a Single Sensor, C.Lanaras, J.Bioucas-Dias, E.Baltsavias, K.Schindler. CVPRW,Honolulu,USA,July2017。 该代码是作者对文献[1]的实现,使用MATLAB编写。包含以下文件: - apexSample.mat:模拟Sentinel-2响应的APEX图像示例。 - ms_fusion_apex.m:执行SupReME演示脚本。 - ./functions: 所有必要的函数 - 许可证:代码的GPL许可证 注释与真实Sentinel-2图像一样对待不同分辨率通道的共配准。
  • 基于全变去噪算法-MATLAB
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    本研究提出了一种基于光谱全变分理论的高光谱图像去噪方法,并在MATLAB中实现了该算法。通过优化光谱和空间信息,有效提升了去噪效果与图像质量。 该软件包提供了用于频谱总变化(STV)降噪算法的MATLAB代码,这是一种适用于高光谱图像的新降噪方法,能够从观测数据中估计整个频谱轴上的噪声水平。STV去噪算法的命令格式为:out_stv = 光谱电视(hyper_noisy, opts);其中 hyper_noisy 是输入图像,opts 是参数设置。输入图像是一个3D噪声图像(即高光谱图像或视频)。在使用该命令前,请将 opts.beta 设置为 [1 1 0.1]。输出结果会存储在变量 out_stv.f 中。更多详细信息请参考随附的用户指南。 有关更多信息和引用文献,可查阅: Chien-Sheng Liao、Joon Hee Choi、Delong Zhang、Stanley H. Chan 和 Ji-Xin Cheng,“通过总变异最小化对受激拉曼光谱图像进行降噪”,物理化学杂志 C,2015 年。
  • ATGP_;PCA解;混合解;源码.rar
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    本资源包包含用于处理高光谱图像的代码和文档,重点介绍了基于PCA的高光谱数据降维及混合像元分解技术,适用于科研与教学。 高光谱图像;高光谱分解_PCA;混合像元分解;高光谱源码.rarrar