基于多数据集协同分析的高光谱波段选择方法及存储介质技术

本发明专利技术公开了一种基于多数据集协同分析的高光谱波段选择方法及存储介质。该方法包括：获取K个高光谱数据集；计算每个所述初始种群中的每个个体的适应度值；对当前种群内的父代个体执行交叉或变异操作，得到第一子代个体；对当前种群之间的父代个体依跨数据迁移概率执行交叉操作，得到第二子代个体；根据适应度值更新当前种群并根据迁移概率函数更新所述跨数据集迁移概率；选择适应度值最高的个体作为当前种群的最优波段进行输出。本发明专利技术构建了一个高光谱多数据集波段选择协同分析框架，利用数据集相同的光谱范围及相似的光谱

【技术实现步骤摘要】
基于多数据集协同分析的高光谱波段选择方法及存储介质


[0001]本专利技术属于图像处理
，具体涉及一种基于多数据集协同分析的高光谱波段选择方法及存储介质。

技术介绍

[0002]高光谱图像被广泛应用于农田检测、城市规划、大气科学和军事侦察等多方面。相较于其他遥感影像，高光谱实现了地物空间信息、辐射信息和光谱信息的同步获取，因此被广泛研究。然而高光谱图像的高维数据在提供丰富的光谱信息的同时也带来了挑战，首先，高光谱图像的相邻谱带之间存在相关性，信息冗余度增加。其次，光谱信息的细节化导致分类上的“休斯现象”。最后，高维的数据具有高时空复杂度，给图像的计算和存储带来了困难。基于上述问题，降低数据维度是高光谱图像处理中的一项重要内容。波段选择是处理高光谱遥感图像的一种直接而有效的降维方法，它在减少高光谱数据的存储和计算成本的同时极大限度地保留了图像原始的空间和光谱信息。
[0003]高光谱图像类标通常由人工标注或地面测量生成，耗费大量的时间及精力，因此无监督波段选择方法的研究是高光谱图像波段选择的热点问题。无监督波段选择方法包括基于排序、基于逐点式搜索和基于分组式搜索等方法。基于排序的方法通过对每个波段进行重要性评估，直接选取排序靠前的若干波段作为所选波段集，如Chang等人提出了一种基于自互信息的波段选择(Self
‑
Mutual Information
‑
Based Band Selection，SMI
‑
BS)方法。基于逐点式搜索的方法是通过逐个获取重要波段或逐个移除冗余波段来获得最终所选波段集。如Du等人提出的基于线性预测的波段选择(Linear
‑
prediction
‑
based Band Selection，LPBS)方法。基于分组式搜索的方法将波段选择视为一个组合优化问题，通过遗传策略或模拟退火策略等不断的调整波段集，直到满足终止条件，如Gao等人提出的基于蚁群优化(ant colony optimization，ACO)的波段选择方法。
[0004]传统的波段选择算法每次只针对一个数据集进行分析，从知识零点开始搜索波段子集，不能有效地从高维高光谱图像中挖掘光谱信息来指导波段选择。然而，同一传感器获取的遥感影像具有相同的光谱范围及相似的光谱
‑
空间结构。
[0005]因此，如何建立多个数据集之间的关系，有效地共享高光谱图像的光谱信息是一个值得研究的问题。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于多数据集协同分析的高光谱波段选择方法及存储介质。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0007]一种基于多数据集协同分析的高光谱波段选择方法，包括：
[0008]S1、获取K个高光谱数据集，其中，每个所述高光谱数据集对应一个波段选择任务，基于每个所述波段选择任务产生一个包括POP个个体的初始种群；
[0009]S2、令初始化迭代次数g＝1，基于目标函数，计算每个所述初始种群中的每个个体
的适应度值；
[0010]S3、基于随机数与交叉概率的关系，对当前种群内的父代个体执行交叉或变异操作，得到第一子代个体；
[0011]S4、基于跨数据集迁移概率，对当前种群之间的父代个体执行交叉操作，得到第二子代个体；
[0012]S5、分别将所述第一子代个体和所述第二子代个体并入对应的当前种群中，并基于所述目标函数，计算所述第一子代个体和所述第二子代个体的适应度值，以根据适应度值更新当前种群并根据迁移概率函数更新所述跨数据集迁移概率；
[0013]S6、令迭代次数g＝g+1，若g未达到最大迭代次数，重复S3
‑
S6，否则，选择适应度值最高的个体作为当前种群的最优波段进行输出。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，基于每个所述波段选择任务产生一个包括POP个个体的初始种群，包括：
[0015]基于每个所述波段选择任务，从原始N维波段中随机选出M个不重复的波段的位置组成波段序列作为所述个体，由POP个所述个体组成所述初始种群。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，步骤S3包括：
[0017]比较所述当前种群的随机数与交叉概率的关系，若所述随机数小于或者等于所述交叉概率，则对所述当前种群内的两个父代个体执行交叉操作，以得到所述第一子代个体，若所述随机数大于所述交叉概率，则对所述当前种群内的两个父代个体执行变异操作，以得到所述第一子代个体。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，对所述当前种群内的两个父代个体执行交叉操作，以得到所述第一子代个体，包括：
[0019]判断是否有同时存在于所述当前种群内的两个父代个体的波段，若存在，则该波段作为优势基因；
[0020]在所述当前种群内的两个父代个体上分别随机选取除所述优势基因以外的d个波段；
[0021]将所述当前种群内的两个父代个体所选取的d个波段进行互换，以得到所述第一子代个体。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，对所述当前种群内的两个父代个体执行变异操作，以得到所述第一子代个体，包括：
[0023]判断是否有同时存在于所述当前种群内的两个父代个体的波段，若存在，则该波段作为优势基因；
[0024]从第二波段序列和所述父代个体的第一波段序列上分别随机选取除所述优势基因以外的d个波段，所述第二波段序列表示在所述高光谱数据集的所有波段中除所述第一波段序列以外的其余波段序列；
[0025]将从所述第一波段序列中选取的d个波段变异成所述第二波段序列中所选取的d个波段，以得到所述第一子代个体。
[0026]在本专利技术的一个实施例中，步骤S4包括：
[0027]S4.1、根据所述跨数据集迁移概率在所述当前种群和与其进行交流的另一种群中分别挑选出较优的tpop个个体产生跨种群交流的第一种群和第二种群；
[0028]S4.2、从所述第一种群和所述第二种群中分别选取第一个体和第二个体；
[0029]S4.3、判断是否有同时存在于所述第一个体和所述第二个体中的波段，若存在，则该波段作为优势基因；
[0030]S4.4、在所述第一个体和所述第二个体上分别随机选取除所述优势基因以外的d个波段；
[0031]S4.5、将所述第一个体和所述第二个体所选取的d个波段进行互换，以得到所述第二子代个体。
[0032]在本专利技术的一个实施例中，根据适应度值更新当前种群，包括：
[0033]分别选择并入子代个体后的当前种群中适应度值较大的POP个个体作为所述当前种群的新个体，以更新所述当前种群。
[0034]在本专利技术的一个实施例中，所述目标函数为：
[0035][0036][0037][0038]其中，X表示被选择波段的集合X＝{x1,x2,
…
,x
M
}，x
i
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多数据集协同分析的高光谱波段选择方法，其特征在于，包括：S1、获取K个高光谱数据集，其中，每个所述高光谱数据集对应一个波段选择任务，基于每个所述波段选择任务产生一个包括POP个个体的初始种群；S2、令初始化迭代次数g＝1，基于目标函数，计算每个所述初始种群中的每个个体的适应度值；S3、基于随机数与交叉概率的关系，对当前种群内的父代个体执行交叉或变异操作，得到第一子代个体；S4、基于跨数据集迁移概率，对当前种群之间的父代个体执行交叉操作，得到第二子代个体；S5、分别将所述第一子代个体和所述第二子代个体并入对应的当前种群中，并基于所述目标函数，计算所述第一子代个体和所述第二子代个体的适应度值，以根据适应度值更新当前种群并根据迁移概率函数更新所述跨数据集迁移概率；S6、令迭代次数g＝g+1，若g未达到最大迭代次数，重复S3
‑
S6，否则，选择适应度值最高的个体作为当前种群的最优波段进行输出。2.根据权利要求1所述的基于多数据集协同分析的高光谱波段选择方法，其特征在于，基于每个所述波段选择任务产生一个包括POP个个体的初始种群，包括：基于每个所述波段选择任务，从原始N维波段中随机选出M个不重复的波段的位置组成波段序列作为所述个体，由POP个所述个体组成所述初始种群。3.根据权利要求1所述的基于多数据集协同分析的高光谱波段选择方法，其特征在于，步骤S3包括：比较所述当前种群的随机数与交叉概率的关系，若所述随机数小于或者等于所述交叉概率，则对所述当前种群内的两个父代个体执行交叉操作，以得到所述第一子代个体，若所述随机数大于所述交叉概率，则对所述当前种群内的两个父代个体执行变异操作，以得到所述第一子代个体。4.根据权利要求3所述的基于多数据集协同分析的高光谱波段选择方法，其特征在于，对所述当前种群内的两个父代个体执行交叉操作，以得到所述第一子代个体，包括：判断是否有同时存在于所述当前种群内的两个父代个体的波段，若存在，则该波段作为优势基因；在所述当前种群内的两个父代个体上分别随机选取除所述优势基因以外的d个波段；将所述当前种群内的两个父代个体所选取的d个波段进行互换，以得到所述第一子代个体。5.根据权利要求3所述的基于多数据集协同分析的高光谱波段选择方法，其特征在于，对所述当前种群内的两个父代个体执行变异操作，以得到所述第一子代个体，包括：判断是否有同时存在于所述当前种群内的两个父代个体的波段，若存在，则该波段作为优势基因；从第二波段序列和所述父代个体的第一波段序列上分别随机选取除所述优势...

【专利技术属性】
技术研发人员：侍佼，张曦，周德云，雷雨，李枭扬，谭春晖，吴天成，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：