专利名称：一种高光谱图像稀疏表示的可视化方法
技术领域：
本发明属于高光谱遥感图像可视化技术领域，具体涉及一种对高光谱图像稀疏表示的可视化方法。
背景技术：
自80年代成像光谱仪问世以来，高光谱图像(Hyperspectral imagery, HSI)越来越广泛地被应用到军事、农业、海洋、环境等方面，相应的可视化技术也受到国内外研究人员的日益关注。高光谱数据覆盖范围广、同时包含地物空间及光谱信息，目标的相对面积小、背景较为复杂而且容易出现噪声、模糊、阴影等。另外，在HSI中大量存在的混合像元，对混合象元的分析处理及显示问题已成为遥感技术深入发展的重要障碍。混合像元一般只是几种端元的叠加，而非所有图像中的端元。也就是说，每个端元的丰度只是分布于空间中的一部分区域，因此具有一定的稀疏度。作为近年来研究的热点，稀疏表示就是用字典中少数原子的线性组合来表示信号的方法。当图像投影到字典中所有原子组成的特征子空间时，少部分同时处于活跃状态的原子即产生了该图像的稀疏表示。稀疏表示可以较好地描述HSI的像元特性，并已成功应用于高光谱图像分类，混合像元分解，目标检测等领域。彩色显示技术是对混合像元类别信息空间分布的直观呈现，对于科学决策和信息利用意义重大。良好的混合像元定量分析技术可以为图像的高分辨率彩色显示提供重要信息，而后者则为前者的直观呈现提供平台。但是，在彩色空间中显示出HSI中所含的大量信息是一个具有挑战性的难题。现有的显示稀疏表示结果的方法，通常是基于单一像元稀疏系数的显示，或是一列像元的二维稀疏系数变化图像，或是利用分类结果显示某像元主要类别的颜色。但以上显示方法各有弊端。单一的稀疏系数图像过于独立，无法整体分析稀疏系数的结果。二维系数变化图像仅能显示一个像元向量的变化情况，且原数据像元在生`成图像中使用的像素较多因而不适宜显示较多像元。此外，这两种方法都损失了图像的空间特性。只显示分类结果的方法并不直观，光谱信息损失严重，而且可视化效果依赖于后续方法的分类性能。Q. Du, S. Cai, M. Cui等人提出了几种高光谱混合像元的显示方法，但是这些方法仍然无法满足HSI高信息量的显示要求。其中提及的多层显示方法虽然能够在同一幅图像内显示更多的信息，但该方法仍无法完整表述HSI的光谱信息。并且这些显示方法是在某种假设的前提下进行显示，即混合像元是端元的线性混合，而混合光谱并非完全线性，因此以上方法无法正确且直观表述混合像元的光谱信息。另外，现存的HSI可视化方法都存在着单向性，无法通过图像数据对原始高光谱数据立方体进行重建，这将导致信息利用率的降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种满足距离保持特性且具有较好类间可分性的彩色图像显示方法。本发明的目的是这样实现的本发明包括如下步骤( I)确定字典原子颜色标签I)提取稀疏表示中的字典原子；2)将字典原子经由主成分分析进行数据降维，取前两个主成分作为各字典原子的2维色品值，将2维色品坐标向量沿两坐标轴方向进行缩放，并归一化到半径为100的圆内，得到各字典元素的色品坐标3)确定字典原子的明度值，使字典元素的标签颜色= 1，2^"1满·
足距离差的加权和E最小，SP ￡=Σ(1-D2值最小时的最优解Li，其中i3s，t为s，t两位
置字典元素向量间的距离，Ds, t为彩色图像中两像元Cf、 5间的距离，最终得到的{ 3}即为字典元素的标签颜色；(2)根据已选择的字典原子颜色以及像素的稀疏系数进行颜色混合，生成混合彩色图像当已知像素相应稀疏系数为P(i，j)时，像素的最终颜色可表示为c(i，j)=Cp (i, j)，其中C为字典原子颜色标识矩阵，在CIELab空间中像元点集的颜色标识矩阵为
权利要求
1.一种高光谱图像稀疏表示的可视化方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)确定字典原子颜色标签 1)提取稀疏表示中的字典原子； 2)将字典原子经由主成分分析进行数据降维，取前两个主成分作为各字典原子的2维色品值，将2维色品坐标向量沿两坐标轴方向进行缩放，并归一化到半径为100的圆内，得到各字典元素的色品坐标"·Γ；^ ; 3)确定字典原子的明度值，使字典元素的标签颜色== 1，2，…M，满足距离差的加权和E最小，>值最小时的最优解Li，其中@^为8，七两位置字典元素向量间的距离，Ds, t为彩色图像中两像元(:s3、C 间的距离，最终得到的K1丨即为字典元素的标签颜色； (2)根据已选择的字典原子颜色以及像素的稀疏系数进行颜色混合，生成混合彩色图像当已知像素相应稀疏系数为P (i，j)时，像素的最终颜色可表示为c(i，j) =Cp(i，j)，其中C为字典原子颜色标识矩阵，在CIELab空间中像元点集的颜色标识矩阵为
2.根据权利要求I所述的一种高光谱图像稀疏表示的可视化方法，其特征在于，还可使用如下方法显示所述各像素系数组成细节图用不同色调和方向的裂片，表示不同类别的原子，用裂片的透明度来表示像素中该原子的稀疏系数，在0° 180°中等间隔选取所有类别的方向角，每种特定方向的裂片表示一种原子，在每个混合像元中起作用的原子裂片组成一束；裂片的颜色值就是该原子所对应的类别标签颜色；裂片透明度即为各原子的稀疏系数，其取值范围是
;为消除对整体纹理显示的干扰，在绘制纹理阵列图像时引入随机抖动。
全文摘要
本发明属于高光谱遥感图像可视化技术领域，具体涉及一种对高光谱图像稀疏表示的可视化方法。本方法包括(1)确定字典原子颜色标签；(2)根据已选择的字典原子颜色以及像素的稀疏系数进行颜色混合，生成混合彩色图像；(3)显示各像素系数组成细节图。本发明能够保证本方法遵循距离保持特性，且具有较大的类间可分性，进而保证生成的图像的色彩变化有意义且具有较好的视觉效果，不仅能够在宏观上清晰地显示地物，而且能够直观且完整的显示出每个象元的具体组成情况，根据这些详细的信息对原始HSI进行重建。
文档编号G06T3/40GK102945546SQ201210398560
公开日2013年2月27日 申请日期2012年10月19日 优先权日2012年10月19日
发明者王立国, 刘丹凤, 赵亮 申请人:哈尔滨工程大学