第四章：混合像元分解

python 混合像元分解方法-回复什么是混合像元分解方法？混合像元分解方法（Mixture Pixel Decomposition）是一种用于解析遥感图像中复杂地物的探测和提取的技术。

遥感图像包含了不同地物的混合像元，即一个像素内存在多种地物的信号。

混合像元分解方法可以将混合像元分离为不同的地物成分，从而获得每个地物的光谱信息，进一步实现对地物进行分类和定量分析。

混合像元分解方法的原理混合像元分解方法通过数学模型对混合像元进行分解，其中最常用的数学模型是线性模型。

假设一个像元包含K 个地物成分，那么混合像元可以表示为K 个地物的线性组合。

即：I = ∑( f * ρ)其中，I 是观测到的混合像元，f 是混合像元中每个地物的系数，表示该地物在混合像元中的比例，ρ是对应地物的光谱响应曲线。

通过对I 进行解析，可以求解出每个地物的成分系数f。

常见的混合像元分解方法1. N-FINDR：N-FINDR 法（Normalized Maximum Likelihood Feature Discrimination）是一种经典的混合像元分解方法。

它通过最大似然估计寻找最优的像元组合，将混合像元分解为基础地物。

N-FINDR 法常用于无监督的遥感图像分类。

2. SISMA：SISMA 法（Spectral Information Subtraction Maximum Likelihood Algorithm）是一种监督的混合像元分解方法。

它引入了监督样本，通过最大似然估计计算每个地物的成分系数。

SISMA 法可以有效地提高分类精度和抑制混合像元效应。

3. VCA：VCA 法（Vertex Component Analysis）是一种基于顶点的混合像元分解方法。

它通过在N 混合像元图中选择顶点，进行解析，找到与顶点最接近的纯地物光谱，从而实现混合像元的分解。

VCA 法适用于对大尺度遥感图像进行定量分析。

混合像元分解方法的应用混合像元分解方法广泛应用于遥感图像解析、地物分类、环境监测等领域。

混合像元分解提取植被
混合像元分解是一种常用的遥感图像处理方法，它可以将遥感图像中的每个像元分解为不同的成分，从而提取出图像中的各种信息。

其中，植被是遥感图像中常见的一种成分，因此混合像元分解可以被用来提取植被信息。

混合像元分解的基本原理是将遥感图像中的每个像元分解为不同的成分，这些成分包括植被、土壤、水体等。

其中，植被成分可以通过NDVI指数来计算得到。

NDVI指数是一种反映植被覆盖度的指数，它的计算公式为：
NDVI = (NIR - RED) / (NIR + RED)
其中，NIR代表近红外波段的反射率，RED代表红色波段的反射率。

通过计算NDVI指数，可以得到遥感图像中每个像元的植被覆盖度。

除了NDVI指数，混合像元分解还可以使用其他的方法来提取植被信息。

例如，基于像元的分类方法可以将遥感图像中的每个像元分为不同的类别，其中包括植被、土壤、水体等。

通过对每个类别进行统计分析，可以得到遥感图像中植被的分布情况。

混合像元分解可以被广泛应用于植被监测、土地利用、环境保护等领域。

例如，在植被监测中，可以通过混合像元分解来提取植被信息，从而得到植被的分布情况、生长状态等信息。

在土地利用中，可以通过混合像元分解来分析土地利用类型的分布情况，从而为土
地规划和管理提供参考。

在环境保护中，可以通过混合像元分解来监测水体和土壤的污染情况，从而及时采取措施进行治理。

混合像元分解是一种非常有用的遥感图像处理方法，可以被用来提取植被信息以及其他各种信息。

在实际应用中，需要根据具体的需求选择合适的方法和参数，以得到准确的结果。

光谱混合分析（SMA）1.光谱分析法：利用光谱学的原理和实验方法以确定物质的结构和化学成分的分析方法。

特点：（1）分析速度较快（2）操作简便（3）不需要纯样品（4）可同时测定多种元素或化合物，省去复杂的分离操作（5）选择性好。

可测定化学性质相近的元素和化合物（6）灵敏度高（7）样品损坏少探随着新技术的采用，定量分析的线性范围变宽，使高低含量不同的元素可以同时测定，还可以进行微区分析。

局限性：光谱定量分析建立在相对比较的基础上，必须有一套标准样品的组成和结构状态应与被分析的样品一致。

2•高光谱遥感：指利用很多很窄的电磁波波段获得观测目标的相关信息。

（即高光谱分辨率）特点：波段数目多，波段宽度窄，波段分布连续，光谱分辨率高，图谱合一。

f 地物识别、分类具有优势，适用于混合像元分析。

高光谱遥感影像分析f 集中于对光谱维信息的提取和定量分析。

（1）影像立方体X, Y:普通影像的长和宽乙由波长长短顺序叠加形成的。

（上短下长）图：单个像元沿Z轴的不同亮度值形成了一条连续的光谱曲线波(X 长，Y亮度)f描述每个像元所代表的地物光谱特征。

(2)光谱数据库：自然条件下，仪器实测的各种地物光谱数据。

人为控制下，测得的矿物，植物矿片等光谱数据。

每条光谱记录都对应有其测量的仪器，气象条件，周围环境等详细信息。

(3)光谱匹配：将地物光谱与实验室测量的参考光谱进行匹配，或将地物光谱与参考光谱数据库进行比较，求得它们之间的相似性或差异性，以达到识别地物的目的。

3.混合光谱分析纯像元：仅包含一种土地覆盖类型。

记录的是该土地覆盖类型的光谱响应特征或光谱信号。

混合像元：包含不止一种土地覆盖类型。

记录的是不同土地覆盖类型光谱响应特征的综合。

(1)线性混合：指传感器无法分辨的多种小地物光谱的线性合成。

只要这些不同小地块的光谱能互不干扰地到达传感器，就可用线性方法通过像元亮度值估算不同地块比例f (各地块分布紧密的区域) 包括：物理学描述，代数学描述，几何学描述。

混合像元分解
混合像元分解（MixedPixelDecomposition，MPD）是一种不需要任何理论假设的半监督算法，用于自动地从复杂的观测图像中分解出多个不同的像元组。

MPD是计算机视觉和图像处理领域的一个关键技术，它支持多种现代视觉任务，包括目标检测、跟踪、语义分割、深度学习等。

MPD技术应用于图像处理，首先要建立一个模型，该模型由不同的像元组成，比如彩色图像的RGB通道，使用MPD技术，可以将彩色图像分解成RGB三个通道，也可以分解成更多的像元，比如灰度、噪声、亮度、颜色等像元。

使用MPD技术可以方便地处理复杂的图像，将它们分解成可操作的不同像元集。

MPD技术采用半监督学习方法，把原始图像分解成不同的像元，可以是灰度、噪声、亮度、颜色等像元，这样就可以很容易地提取，保存和操作不同的像元，MPD技术的优点是不需要任何理论假设，只要输入输入完整的图像，就可以得到准确的结果。

MPD技术的基本流程是：输入原始图像，通过全局优化算法，得到混合像元，然后使用机器学习模型，学习每个混合像元的结构，最终得到像元分解的结果。

MPD技术的应用非常广泛，可以应用在图像分类和识别、目标检测、图像处理领域，深度学习、自然语言处理等领域。

比如在目标检测任务中，可以使用MPD技术训练的模型来识别目标物体或背景中的特征；在图像处理领域，可以用MPD技术来分离图像中的不同像元，
从而得到更高质量的图像；在深度学习和自然语言处理领域，MPD技术也可以用来提取文本特征和语义信息。

总之，MPD是一种非常有用的技术，可以应用于图像处理、目标检测、深度学习、自然语言处理等领域，可以有效处理复杂的图像信息，提取出单像素或多像素的信息，以及文本特征和语义信息等，为图像分析和处理提供了可靠的基础。

一基于PPI的端元提取借助纯净像元指数（PPI）和n维可视化工具用于端元波谱收集。

第一步、获取纯净像元这个步骤是在MNF变换的结果上计算纯净像元指数（PPI），之后选择阈值范围从PPI图像上获得感兴趣区，感兴趣区包含的像元就是比较纯净的像元。

（1）打开高光谱数据。

（2）在ENVI主菜单中，选择Spectral ->MNF Rotation- > Forward MNF -> Estimate Noise Statistics From Dat a。

在标准ENVI文件选择对话框中，选择高光谱图像文件。

（3）打开Forward MNF Transform Parameters面板，选择MNF输出路径及文件名，单击OK执行MNF变换。

（4）在波段列表中输出MNF影像及特征曲线值。

从图中可以看出，大约20个波段以后的MNF的特征值很小（5）MNF变换后，在ENVI主菜单中，选择 Spectral-> Pixel Purity Index->[FAST] New Output Band。

在打开的Pixel Purity Index Input File对话框中，选择MNF变换结果，单击Spectral Subset按钮，选择前面10个波段（MNF后面波段基本为噪声），单击OK。

（6）在Display窗口中显示PPI结果。

选择Overlay->Region of Interest，在ROI Tool 面板中，选择Options->Band Threshold to ROI，选择PPI图像作为输入波段，单击OK，打开Band Threshold to ROI 面板（图14.19）。

Min Thresh Value：10，Max Thresh Value：空（PPI图像最大值），其他默认设置，单击OK计算感兴趣区，得到的感兴趣区显示在Display窗口中。

第二步、构建n维可视化窗口（1）在ENVI主菜单中，选择Spectral ->n-Dimensional Visualizer，在n-D Visualizer Input File 对话框中选择MNF变换结果，单击OK。

端元就相当于一个像素里的亚像元，只包含一种地物的光谱信息，根据多光谱或高光谱的高光谱分辨率可以提取出来。

端元只包含一种地物信息，一般的像元都为混合像元，包括多种地物，在进行混合像元分解的时候，可以对一个像元中包括的几种端元进行定量描述，求得每个像元中几种端元在这个像元中的面积百分比，即端元的丰度。

混合像元分解(2011-06-10 14:46:57)转载▼分类：ENVI/IDL学习标签：杂谈混合像元是指在一个像元内存在有不同类型的地物，主要出现在地类的边界处。

混合像元的存在是影响识别分类精度的主要因素之一,特别是对线状地类和细小地物的分类识别影响较为突出，在土地利用遥感动态监测工作中,经常遇到混合像元的难题，解决这一问题的关键在于通过一定方法找出组成混合像元的各种典型地物的比例。

线性混合像元分解由于线性模型是应用最广泛，也是研究最多的算法，下面重点介绍基于线性模型的混合像元分解算法。

一般而言，混合像元分解算法包括数据降维、端元选取和反演三个步骤。

１.数据降维尽管数据降维不是混合像元分解算法的一个必需步骤，但由于大多数算法都将其作为一个流程，我们也将其当作一个步骤。

常用的降维算法有主成分分析（Principle Component Analysis，PCA）、最大噪声比变换（Maximum Noise Fraction，MNF）和奇异值分解（Singular Value Decomposition，SVD）。

(1) 主成分分析：遥感图像各波段之间经常是高度相关的，因此所有的波段参加分析是不必要的。

PCA就是一种去除波段之间相关性的变换。

PCA通过对原数据进行线性变换，获得新的一组变量，即主成分。

其中前几个主成分包含了原数据主要方差，同时各个主成分之间是不相关的。

(2) 最大噪声比变换：最大噪声比变换（Maximum Noise Fraction，MNF）[24]由Green等（1989）提出，该变换通过引入噪声协方差矩阵以实现对噪声比率的估计。

常见混合像元分解方法(2011-04-20 20:35:42)转载▼标签：分类：遥感技术混合像元亚像元分解方法线性波谱分离教育常见的混合像元分解方法，主要包括线性波谱分离(Liner Spectrl Unmixing )、匹配滤波(MF )、混合调谐匹配滤波(MTMF）、最小能量约束(CEM）、自适应一致估计（CE）、正交子空间投影(OSP)等。

0000下面分别对几种分类方法原理一一说明。

0000(1)线性波段预测(Liner Bnd Prediction)0000线性波段预测法（LS-Fit）使用一个最小方框（lest squres）拟合技术来进行线性波段预测，它可以用于在数据集中找出异常波谱响应区。

LS-Fit先计算出输入数据的协方差，用它对所选的波段进行预测模拟，预测值作为预测波段线性组的一个增加值。

还计算实际波段和模拟波段之间的残差，并输出为一幅图像，残差大的像元（无论正负）表示出现了不可预测的特征（比如一个吸收波段）。

0000(2)线性波谱分离(Liner Spectrl Unmixing )0000Liner Spectrl Unmixing可以根据物质的波谱特征，获取多光谱或高光谱图像中物质的丰度信息，即混合像元分解过程。

假设图像中每个像元的反射率为像元中每种物质的反射率或者端元波谱的线性组合。

例如：像元中的25%为物质，25%为物质B，50%为物质C，则该像元的波谱就是三种物质波谱的一个加权平均值，等于0.25+0.25B+0.5C，线性波谱分离解决了像元中每个端元波谱的权重问题。

0000线性波谱分离结果是一系列端元波谱的灰度图像（丰度图像），图像的像元值表示端元波谱在这个像元波谱中占的比重。

比如端元波谱的丰度图像中一个像元值为0.45，则表示这个像元中端元波谱占了45%。

丰度图像中也可能出现负值和大于1的值，这可能是选择的端元波谱没有明显的特征，或者在分析中缺少一种或者多种端元波谱。

混合像元分解应用《混合像元分解应用》篇一混合像元分解，这听起来就像是一个超级高大上、充满科技感的玩意儿。

我第一次听到这个词的时候，脑袋里就像进了一团浆糊，完全搞不懂这是啥。

混合像元分解，简单来说，就像是要把一锅乱炖的菜给分得清清楚楚。

你看啊，在我们用卫星图像观察地球的时候，就好比从高空俯瞰一个大餐桌，上面摆满了各种各样的“菜”，也就是不同的地物。

可是呢，有时候一个像元里就包含了好几种不同的地物，就像一道菜里有肉、有菜、有调料混在一起。

混合像元分解就是要把这些混在一起的东西给区分开。

我记得有一次，我们老师给我们展示了一张卫星拍摄的城市和郊区的图片。

那画面看起来就像是一幅色彩斑斓的拼图，但是又乱乱的。

老师说这里面很多像元都是混合的。

比如说，城市边缘的像元，可能既有高楼大厦的信息，又有农田或者荒地的信息。

这时候混合像元分解就可以大显身手啦。

它就像是一个超级侦探，通过分析像元的光谱特征之类的东西，把这些混在一起的信息给揪出来。

也许有人会说，这有啥用呢？嘿，用处可大了去了。

就拿环境监测来说吧。

如果我们不能准确地分解混合像元，那我们怎么能知道一片区域到底有多少森林被破坏了，又有多少新的建筑建在了不该建的地方呢？这就好比你要统计家里的财产，结果你把钱和各种杂物都混在一个大箱子里，你能清楚知道自己到底有多少钱吗？肯定不能啊。

我自己就试着做过一些简单的混合像元分解模拟。

我从网上找了一些简单的图像数据，然后按照书上的方法，一步一步地试着分解。

哎呀，那过程就像是在黑暗里摸索，我总是担心自己是不是算错了，是不是把这个当成那个了。

有时候我觉得自己好像找到了正确的路，可是下一个数据又把我给搞懵了。

就像你在走迷宫，刚觉得自己找到出口了，结果发现是个死胡同。

不过，当我终于有一点点成果的时候，那种感觉就像是挖到了宝藏一样。

我想，这就是混合像元分解的魅力吧，虽然它很难，就像一座难以攀登的高峰，但当你爬上一小段的时候，那种成就感是无法言喻的。

常见混合像元分解方法混合像元分解方法是一种将多源遥感数据中的混合像元拆解成纯净的地物或覆盖类型的方法。

这种方法在遥感影像解译、土地利用/覆盖分类、环境遥感监测等领域具有广泛的应用。

下面将介绍一些常见的混合像元分解方法。

1. 直接解混模型（Direct Unmixing Model）：这是最简单的混合像元分解方法，基于像元的混合像元可以表示为纯净地物的线性组合。

通过线性代数的方法，可以求解出混合比例和纯净地物的光谱特征。

然而，这种方法假设地物的光谱特征是线性可加性的，忽略了光谱混合、非线性效应等因素。

2. 混合参数遥感解译（Mixed Pixel Based Classification）：这种方法是通过将混合像元分解成不同地物类型的纯净像元，然后利用单纯像元的光谱特征进行分类。

常见的做法是选择一个纯净地物的光谱特征作为模板，并利用相似性度量方法（如最小二乘法）将混合像元分解成若干训练样本，然后使用分类算法进行分类。

这种方法适用于光谱混合较小、类别纯度较高的情况。

3. 物理模型解混（Physical Model Based Unmixing）：这是一种基于物质反射特性的混合像元分解方法。

它基于物理模型，将混合像元的反射率建模为纯净地物的反射率和大气效应的线性组合。

通过迭代求解，可以得到混合像元的反射率、大气效应和混合比例。

这种方法能够处理光谱混合、非线性效应等问题，但对数据的大气校正要求较高。

4. 线性光谱混合分析（Linear Spectral Mixture Analysis）：这种方法是在直接解混模型基础上引入非负约束，使得混合比例和纯净地物光谱反射率均呈非负值。

通过最小二乘法等方法，可以求解出混合像元的混合比例和纯净地物光谱反射率。

线性光谱混合分析方法在处理光谱混合问题上比较稳健，但对光谱反射率的非负性要求较高。

5. 稀疏解混分析（Sparse Unmixing Analysis）：这种方法假设混合像元是由少量纯净地物组成的，并通过稀疏表示方法来实现解混。

混合像元分解算法的比较和改进
混合像元分解是一种用于图像压缩和图像分割的算法。

在传统图像压缩中，利用DCT或者小波变换对图像进行变换，然后采用量化和编码的方式进行压缩处理。

然而，这些方法不能得到图像的结构信息，从而导致图像压缩的效果较差。

混合像元分解算法（HMRF）结合了有监督和无监督方法，能够有效地提取图像的结构信息，从而得到更好的图像压缩效果。

HMRF的基本思想是将图像分割为多个区域，并且每个区域采用不同的编码方式进行压缩。

具体来说，HMRF算法包含以下几个步骤：
3.编码：将每个区域内的像素点进行压缩编码，可以选择传统的DCT 或者小波变换等方法进行编码。

4.重构：将压缩后的编码数据进行解码和重构，得到压缩后的图像。

与传统的图像压缩方法相比，HMRF算法的优势主要体现在以下几个方面：
1.结构信息提取：HMRF能够有效地提取图像的结构信息，从而得到更好的图像压缩效果。

传统的压缩方法只能对像素点进行变换和量化，而无法提取图像的结构信息。

然而，HMRF算法也存在一些问题，需要改进：
综上所述，混合像元分解算法是一种有效的图像压缩和分割方法，能够提取图像的结构信息，得到更好的压缩效果。

然而，该算法还存在一些问题，需要进一步改进，提高压缩率和迭代的效率。

完全约束最小二乘法混合像元分解是一种用于遥感影像处理的方法，其主要目的是将遥感像元分解为其混合的成分，通过这种方法可以更好地理解遥感图像所包含的信息，从而更好地支持遥感应用和研究。

1. 混合像元分解的原理完全约束最小二乘法混合像元分解是基于遥感图像混合像元模型的理论，通过最小二乘法来确定每个像元由哪些成分混合而成。

在这个过程中，对于每个像元来说，其反射率可以被表示为各种地物类型的反射率及其混合比例之和。

通过这种方式，可以更加真实地还原遥感图像所代表的地物信息。

2. 完全约束最小二乘法的优势相比较其他的像元分解方法，完全约束最小二乘法混合像元分解有着一些独特的优势。

完全约束最小二乘法混合像元分解可以更加准确地还原遥感像元的混合成分，这对于地物分类和识别有着重要的意义。

这种方法可以充分利用各种地物类型的光谱特征，减少了信息的损失，从而有利于提高遥感图像的解译精度。

3. 完全约束最小二乘法混合像元分解的应用完全约束最小二乘法混合像元分解在遥感领域有着广泛的应用。

它可以用于提取地表覆盖类型的信息，对于土地利用、土地覆被变化等研究具有重要意义。

这种方法还可以应用于环境监测、资源调查等领域，为相关研究提供重要的数据支持。

完全约束最小二乘法混合像元分解还可以应用于城市规划、灾害监测等领域，为城市发展和灾害监测提供重要的科学依据。

4. 完全约束最小二乘法混合像元分解的未来发展随着遥感技术和数据处理方法的不断发展，完全约束最小二乘法混合像元分解也将会得到进一步完善和扩展。

未来，我们可以期待这种方法在时序遥感数据分析、高光谱遥感数据处理等领域的应用，从而更好地支持遥感科学研究和应用。

完全约束最小二乘法混合像元分解是一种重要的遥感数据处理方法，其在地物信息提取、环境监测、资源调查等领域都具有重要的应用价值，并且有着广阔的发展前景。

相信随着遥感技术的不断进步和完善，完全约束最小二乘法混合像元分解将会在更多领域展现其重要作用，为遥感科学研究和应用提供更为可靠的数据支持。

混合像元分解模型综述吕长春,王忠武,钱少猛(中国科学院遥感应用研究所,北京9718信箱100101)摘要:介绍了五种混合像元分解模型,分别为线性模型、概率模型、几何光学模型、随机几何模型和模糊分析模型,并对其中几种常用模型的优缺点及其适用性进行总结讨论。

并对不同模型之间的相似和差异性进行比较分析。

关键词:遥感;混合像元分解;模型中图分类号:T P751文献标识码:A文章编号:1000-3177(2003)71-0055-041前言遥感影像中像元很少是由单一均匀的地表覆盖类组成的,一般都是几种地物的混合体。

因此影像中像元的光谱特征并不是单一地物的光谱特征,而是几种地物光谱特征的混合反映。

它给遥感解译造成困扰。

混合像元无论直接归属到哪一种典型地物,都是错误的,因为它至少不完全属于这种典型地物。

如果每一混合像元能够被分解而且它的覆盖类型组分(通常称为端元组分)占像元的百分含量(丰度)能够求得的话,分类将更精确,因混合像元的归属而产生的错分、误分问题也就迎刃而解,这一处理过程称之为混合像元分解。

混合像元问题不仅是遥感技术向定量化深入发展的重要障碍,而且也严重影响计算机处理的效果或计算机技术在遥感领域中的应用。

大多数遥感影像分类算法并不考虑这一现象,只是利用像元光谱间的统计特征进行像元分类。

光谱混合分解技术考虑了这一现象,不仅能给出组成像元各地表覆盖类的丰度,而且能给出分类的图像。

2混合像元分解模型分解像元的途径是通过建立光谱的混合模拟模型。

通常,模型是这样建立的:像元的反射率可以表示为端元组分的光谱特征和它们的面积百分比(丰度)的函数;在某些情况下,表示为端元组分的光谱特征和其他的地面参数的函数。

Char les Ichoku(1996)[1]将像元混合模型归结为以下五种类型:线性(linear)模型、概率(probabilistic)模型、几何光学(geo-metric-optical)模型、随机几何(sto chastic geometric)模型和模糊分析(fuzzy)模型。