基于近邻传播聚类和稀疏多核学习的高光谱图像分类方法与流程

文档序号:14686160发布日期:2018-06-14 23:35阅读:来源:国知局
技术特征:

1.一种基于近邻传播聚类和稀疏多核学习的高光谱分类方法,包括:

(1)获取训练样本集Xp和测试样本集Xq:

输入高光谱图像:1≤i≤l,该图像包含l个光谱波段,n个样本;

随机取这些样本的10%组成初始训练样本集:1≤i≤l,其余样本组成初始测试样本集1≤i≤l,其中,pp,qq分别代表初始训练样本和初始测试样本的数量,满足pp+qq=n;

对训练样本集Xpp和测试样本集Xqq分别进行列归一化操作,得到列归一化后的训练样本集Xp和测试样本集Xq;

(2)获取训练样本集Xp的核矩阵集合K:

(2a)抽取初始训练样本集Xp中第i个波段1≤k≤p,p表示列归一化后初始训练样本的数量;

(2b)利用中任意两个样本和计算高斯核矩阵其中σj是第j个核参数;通过m个不同核参数构成核矩阵m=5,1≤j≤m;

(2c)抽取训练样本集Xp中所有l个波段通过上述(2a)和(2b)步骤得出核矩阵集合为:共有m×l个核矩阵,将做变换,即则K表示为K={K1,K2,…,Kt,…,Kml},1≤t≤ml;

(3)计算核矩阵集合K中任意两个核Ka,Kb基于核排列的相似度,得到一个m×l行m×l列的相似度矩阵S(Ka,Kb),其中Ka和Kb是核矩阵集合K={K1,K2,…,Kt,…,Kml}中第a个和第b个核矩阵,1≤a≤m×l,1≤b≤m×l;

(4)通过近邻传播聚类算法,对K中包含的m×l个核进行聚类,得到c个核矩阵聚类中心序列{λ1,λ2,…,λγ,…,λc},1≤γ≤c,并保留该聚类中心序列的核,对核矩阵集合K进行更新,得到更新后的核矩阵集合

(5)对训练样本集和测试样本集进行更新:

根据核矩阵聚类中心序列{λ1,λ2,…,λγ,…,λc},1≤γ≤c,通过计算出选择的波段序列编号{β1,β2,…,βγ,…,βc},并去掉重复的序列编号,得到最终的波段序列编号{β1,β2,…,βs,…,βd};1≤s≤d≤c

根据最终的波段序列编号将训练样本集更新为:将测试样本集更新为:

(6)将更新后的核矩阵集合K′、训练样本集Xp′、训练样本标签集Yp={yk=±1,1≤k≤p},通过多核学习方法,学习出核矩阵集合K′的核权重和SVM分类器的支撑向量系数;使用该SVM分类器,对测试样本集合Xq′进行分类,得到所有测试样本的类别标签Yq,即为高光谱图像的分类结果。

2.根据权利要求1所述的高光谱图像分类方法,其中步骤(3)中计算核矩阵集合K中任意两个核的基于核排列的相似度S(Ka,Kb),按如下步骤进行:

当a≠b时,通过下式计算核矩阵集合K中任意两个核Ka和Kb之间基于核排列的相似度:

其中,〈Ka,Kb〉F代表核矩阵Ka和Kb的Frobenius积,∑表示求和符号,Tr表示矩阵迹函数,和分别表示训练样本集中第u个样本和第v个样本;

(2.2)当a=b时,计算核矩阵集合K中任意一个核Ka和由训练样本类别标签Yp构成的理想核矩阵Kideal=YpYpT之间基于核排列的相似度:

其中,T表示向量的转置。

3.根据权利要求1所述的高光谱图像分类方法,其中步骤(4)中通过近邻传播聚类算法,对K中包含的m×l个核进行聚类,按如下步骤进行:

(4.1)将吸引度矩阵R和归属度矩阵A初始化为m×l行m×l列全0矩阵,迭代次数g初始化为1;

(4.2)令g=g+1,通过公式<3>至<5>进行迭代,更新吸引度矩阵R和归属度矩阵A,其中,吸引度矩阵R中第a行第b列的元素R(a,b)和归属度矩阵A中第a行第b列的元素A(a,b)表示如下:

其中,S(a,b)表示核矩阵集合K中第a个核Ka和第b个核Kb之间基于核排列的相似度,S(a,b')表示核矩阵集合K中第a个核Ka和第b'个核Kb'之间基于核排列的相似度,b'≠b,R(b,b)表示吸引度矩阵R中第b行第b列的元素,R(a',b)表示吸引度矩阵R中第a'行第b列的元素,a'≠a和A(a,b')表示归属度矩阵A中第a行第b'列的元素,b'≠b;

(4.3)重复步骤(4.2),直到迭代次数g=1000,迭代结束;

(4.4)根据迭代结束后得到的吸引度矩阵R和归属度矩阵A,如果满足A(a,a)+R(a,a)>0,其中A(a,a)表示归属度矩阵A中第a行第a列的元素,R(a,a)表示吸引度矩阵R中第a行第a列的元素,将所对应的序列号a组成聚类中心{λ1,λ2,…,λγ,…,λc},1≤γ≤c,γ=a,其中c是聚类中心的个数。

4.根据权利要求1所述的高光谱图像分类方法,步骤(6)中通过多核学习方法,学习出核权重dγ和SVM分类器的支撑向量系数α;使用该分类器,对测试样本集合Xq′进行分类,得到所有测试样本的类别标签Yq,按如下步骤进行:

(6.1)输入训练样本集Xp′、训练样本标签集Yp,核矩阵集合K′,根据如下L1稀疏约束的多核学习优化目标函数<6>,通过交替优化,得到支撑矢量系数α和核权重dγ:

其中,C是一个平衡因子,其取值为常数,p是训练样本的个数,αk和αu分别表示支撑矢量系数α中第k个和第u个元素,yk和yu分别表示训练样本标签集Yp中第k个和第u个元素,是训练样本集Xp′中样本的第k个样本xk′和第u个样本xu′的核;

(6.2)利用支撑矢量系数α和核权重dγ,通过下式<7>计算求得SVM偏执量b:

其中,S={xk′,1≤k≤p,αk≠0}表示支撑矢量样本的集合,NS是S集合中支撑矢量样本对应的支撑向量的个数;

(6.3)利用支撑矢量系数α,核权重dγ,SVM偏执量b,通过下式<8>得到测试样本集合Xq′的类别标签Yq:

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