优文推荐 | 超像素分割和波段分割的高光谱图像去噪

文摘   科技   2024-07-09 17:22   陕西  


NO.1 论文简介


针对现有的高光谱图像去噪算法采用逐波段或者全波段方式去噪,未能充分利用高光谱图像波段相似性的问题,提出了超像素分割和波段分割的高光谱图像去噪算法。本文将构建双层图模型,包括上层图和下层图模型。首先,对高光谱图像应用超像素分割技术,得到一系列的超像素。对超像素内的像素建模为节点,像素之间用边连接,构建一系列下层图,从而充分利用高光谱图像的空间信息和保留边界信息。根据超像素分割结果,沿着波段维分割,形成超像素体,以充分利用高光谱图像的波段相似性。将超像素体建模为节点,超像素体之间用边连接,构建上层图。基于构建的图结构和图分割方式,将高光谱图像去噪问题归结为一系列的优化问题,在优化问题中利用克罗内克乘积图重新定义了图拉普拉斯正则项。最后,实验结果表明,与现有算法相比,本文所提算法具有更高的平均峰值信噪比、平均结构相似性和光谱差异性。

NO.2 主要贡献


(1)对HSI数据采用主成分分析法获得HSI的第一主成分,然后对HSI的第一主成分进行超像素分割,在同一个超像素内,像素都是相似的,具有高度的空间光谱相关性。为了捕捉每个超像素内的这些像素之间的相关性,对每个超像素内的所有像素点建模为节点,节点之间由边相连,像素点的强度定义为节点上的信号,从而构建一系列的下层图。

(2)为了充分利用HSI的波段相似性,根据每个超像素所在的区域,沿着波段维对HSI波段采用重叠滑窗的方法进行分割,得到超像素体,重叠滑窗示例如图1所示。将超像素体建模为节点,构建上层图。

图1  重叠滑窗方式分割示例
(3)乘积图可以为多层次的数据集构建图模型,超像素体具有多层次的结构,为此可以用克罗内克积去刻画超像素体的结构,刻画波段维上像素的关联性,提出KGLR正则项。
(4)根据本文的图结构和图分割方式,本文将采用局部去噪的方式。即将上层图中每个节点及其邻居节点对应的超像素体数据的去噪问题归结为一个优化问题,则可以将整个HSI去噪问题归结为一系列的优化问题。同时为了增强HSI的平滑特性,将KGLR正则项归纳于低秩模型,提出KGLRSSBS算法,并采用ADMM算法进行优化求解。

NO.3 研究结论


表1列出了6种高光谱去噪算法在WDC子区域数据集下的去噪结果。在每个情况中,对取得最优评价指标的算法进行了加粗,从表1中可以看出,本文所提出的算法取得了较好的去噪效果。

表1  不同算法在不同情况下对WDC子区域的定量去噪效果

图2为不同算法对Baoqing数据集第95波段的去噪效果,图2(a)中可以看出图像受到高斯噪声、条纹噪声、死线噪声、脉冲噪声的严重破坏。从图2(b)、(e)中可以看出LRMR、GLF很明显还存在着噪声。从图2(c)、(f)看出LRTDGTV、TSLRLN存在过平滑现象,图像细节丢失太严重。在局部放大处,NGmeet还存在着条纹噪声,并且存在着细节丢失。

图2  不同算法对Baoqing数据集第95波段的去噪效果可视化对比

NO.4 论文资助


  • 国家自然科学基金项目(62261014,62171146)

  • 广西创新驱动发展专项(桂科AA21077008)

  • 广西自然科学杰出青年基金项目(2021GXNSFFA220004)

  • 广西科技基地和人才专项(桂科AD21220112)

  • 广西研究生教育创新计划项目(YCBZ2023137)

NO.5 作者介绍


李华君(1999—),男,桂林电子科技大学硕士研究生,

E-mail:22022303063@mails.guet.edu.cn。

蒋俊正(1983—),男,教授,

E-mail:jiangjunzheng@xidian.edu.cn。

周   芳(1984—),女,副教授,

E-mail:zhoufang1026@guet.edu.cn。

全英汇(1981—),男,教授,

E-mail:yhquan@mail.xidian.edu.cn。




·引用格式·


超像素分割和波段分割的高光谱图像去噪(2024) [J/OL]. 西安电子科技大学学报, [2024-05-23]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1076.TN.20240522.1344.001.html



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http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1076.TN.20240522.1344.001.html


   编辑:许瀚樱

校对:杨   薇

   审核:牛姗姗


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