高光譜衛星圖像協同處理理論與方法（簡體書）

本書從一體化數據處理鏈路的視角出發，結合前沿進展和研究熱點，分別介紹了高光譜協同觀測理論、幾何和輻射一致化模型與方法、數據降維及融合分類技術與方法，並利用國產高分衛星數據進行了實驗分析。全書共6章：第1章從遙感衛星載荷參主要數指標及其相互關係、應用導向的載荷參數指標優化、多源衛星及遙感器協同觀測3個方面，介紹高光譜協同觀測的主要理論方法；第2章主要針對多源遙感衛星圖像協同中的幾何一致化問題，介紹多源遙感衛星圖像幾何校正中的幾何成像模型、幾何正射糾正以及幾何配准3個主要環節；第3章主要針對多源中高分辨率衛星圖像的輻射歸一化問題，介紹輻射歸一化原理與流程、地表反射率反演、地表反射率圖像輻射歸一化模型與方法；第4章主要針對基於像元光譜的經典高光譜數據降維方法的不足，介紹空譜信息協同的高光譜圖像降維理論與方法；第5章主要介紹基於圖嵌入理論的高光譜圖像特徵表示方法與多源高光譜圖像協同分類技術；第6章主要介紹基於馬爾可夫隨機場和數學形態學進行光譜特徵與全色圖像空間結構特徵、熱紅外圖像輻射特徵協同分類的方法。
本書內容突出研究熱點和前沿進展，包含較為詳盡的算法分析和實驗驗證，能夠幫助該領域研究學者和學生更加系統地掌握高光譜衛星圖像協同處理的相關理論與方法。

張兵
中國科學院空天信息創新研究院研究員、副院長，中國科學院大學崗位教授，IEEE Fellow、國家傑出青年科學基金獲得者、國家萬人計劃科技創新領軍人才。主要從事遙感科學與應用研究，發表SCI論文160餘篇、EI論文150餘篇，撰寫遙感學術專著10部，獲得國家科技進步獎二等獎、中國科學院傑出科技成就獎、軍隊科技進步獎一等獎等10項。
李山山
中國科學院空天信息創新研究院副研究員。主要從事高光譜圖像處理算法研究，先後主持了多項國家自然科學基金、科技部等部委科研項目，發表學術論文40餘篇，其中SCI收錄10餘篇。
張浩
中國科學院空天信息創新研究院副研究員。主要從事遙感輻射定標、大氣輻射傳輸與大氣校正等研究工作，先後主持了多項國家自然科學基金、科技部、中國科學院等部委科研項目，發表論文20餘篇，獲得中國科學院傑出科技成就獎、北京市科學技術二等獎。
李偉
北京理工大學信息與電子學院教授、博士生導師，國家優秀青年科學基金獲得者，入選北京市科技新星計劃。主要從事高光譜圖像處理研究，以第一 通信作者發表SCI論文50餘篇（被穀歌學術引用4 500餘次），其中，ESI高引用論文11篇。擔任IEEE SPL、IEEE JSTARS國際期刊編委，第11屆IEEE CISP-BMEI圖像信號處理國際會議大會主席。
楊博
武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室副研究員。主要從事攝影測量與遙感應用研究，發表SCI和EI論文20餘篇，撰寫學術專著1部，獲得省部級一等獎等共4項。
高連如
中國科學院空天信息創新研究院研究員、博士生導師，國家優秀青年科學基金獲得者。長期從事高光譜圖像處理與信息提取技術研究，發表學術論文150餘篇， 其中，SCI收錄70餘篇，授權國家發明專利28項。獲得國家科技進步二等獎、中國科學院傑出科技成就獎以及IEEE JSTARS、TGRS期刊優秀審稿人獎等多項獎項。

本書將面向多源衛星光學數據處理鏈路中的關鍵問題，彙集中科院遙感地球所、武漢大學等優秀學者團隊在多源光學衛星圖像協同處理領域10多年來的研究成果，通過系統梳理和邏輯銜接，結合研究熱點和前沿進展進行算法分析和試驗驗證，幫助學生或者相關從業者更加完整系統的學習掌握的多源光學衛星圖像協同處理理論與方法。

第1章 高光譜協同觀測理論 01
1.1 遙感衛星載荷主要參數指標及相互關係 01
1.1.1 光譜分辨率 03
1.1.2 空間分辨率 05
1.1.3 信噪比 07
1.1.4 參數指標的相互關係 08
1.2 應用導向的載荷參數指標優化 11
1.2.1 載荷參數指標對信息提取的影響 12
1.2.2 載荷參數指標優化方法及驗證 20
1.3 多源衛星及遙感器協同觀測 24
1.3.1 主要影響因素 24
1.3.2 多星聯合成像規劃模型 25
1.3.3 多遙感器協同觀測 28
1.4 本章小結 31
參考文獻 32

第2章 多源遙感衛星圖像幾何一致化模型與方法 34
2.1 遙感衛星成像幾何模型 34
2.1.1 空間坐標系 34
2.1.2 時間基準定義 39
2.1.3 嚴格幾何成像模型 39
2.2 遙感衛星圖像幾何處理 47
2.2.1 有理函數模型 47
2.2.2 RPC模型幾何正射糾正 48
2.3 多源遙感衛星圖像幾何配准 50
2.3.1 圖像配准 50
2.3.2 SIFT特徵點匹配法 52
2.3.3 多光譜圖像幾何配准方法 54
2.3.4 基於RPC模型的多源遙感衛星圖像幾何配准方法 61
2.4 應用案例 66
2.4.1 GF-1全色與GF-5多光譜圖像幾何一致化實驗 66
2.4.2 GF-1/6全色與GF-5多光譜/高光譜圖像幾何一致化實驗 69
2.5 本章小結 73
參考文獻 73

第3章 多源中高分辨率衛星圖像輻射歸一化模型與方法 75
3.1 輻射歸一化的基本原理與技術流程 75
3.2 地表反射率反演 77
3.2.1 地表反射率反演的基本原理 77
3.2.2 地表反射率業務化反演算法 81
3.2.3 地表反射率反演實例 83
3.3 地表反射率圖像輻射歸一化 85
3.3.1 地物光譜庫的建立 85
3.3.2 光譜匹配因子計算 90
3.3.3 圖像與光譜庫的匹配轉換 91
3.3.4 逐像元輻射歸一化模型 92
3.4 應用案例 93
3.4.1 Landast-8 OLI與Sentinel-2A MSI輻射歸一化 93
3.4.2 基於GF-5地物光譜的GF-1與GF-6輻射歸一化 99
3.5 本章小結 102
參考文獻 102

第4章 空譜信息協同的高光譜圖像降維理論與方法 104
4.1 基於空譜去相關分析的核最小噪聲分數變換方法 104
4.1.1 主成分分析算法原理 104
4.1.2 最小噪聲分數變換算法原理 107
4.1.3 核最小噪聲分數變換算法原理 109
4.1.4 基於空譜去相關分析的核最小噪聲分數變換算法原理 111
4.1.5 實驗結果和分析 117
4.2 基於圖像空間分割的核最小噪聲分數變換方法 129
4.2.1 基於圖像空間分割的核最小噪聲分數變換算法原理 130
4.2.2 實驗結果和分析 134
4.3 基於超像元分割及核最小噪聲分數的降維分類一體化算法 140
4.3.1 基於超像元分割及核最小噪聲分數的降維分類一體化算法原理 140
4.3.2 實驗結果和分析 143
4.4 本章小結 147
參考文獻 147

第5章 基於圖嵌入理論的高光譜圖像特徵提取與分類 151
5.1 基於稀疏表示圖的特徵表示 151
5.1.1 圖嵌入理論框架 152
5.1.2 稀疏圖構建及特徵表示 153
5.2 基於稀疏與低秩表示圖的特徵表示 156
5.2.1 稀疏與低秩圖構建 156
5.2.2 實驗結果與分析 159
5.3 基於局部保留與低秩表示圖的特徵提取 174
5.3.1 局部保留與低秩圖構建 174
5.3.2 實驗結果與分析 177
5.4 基於圖嵌入理論的多源高光譜圖像協同分類 186
5.5 本章小結 190
參考文獻 190

第6章 高光譜協同多源遙感圖像分類 194
6.1 基於自適應馬爾可夫隨機場模型的高光譜協同高空間數據分類 194
6.1.1 空間鄰域 194
6.1.2 馬爾可夫隨機場模型 196
6.1.3 相對同質性指數 199
6.1.4 自適應馬爾可夫隨機場模型 201
6.1.5 高光譜協同高空間數據分類實驗 202
6.2 基於邊緣約束的馬爾可夫隨機場模型的高光譜協同激光雷達數據分類 208
6.2.1 馬爾可夫隨機場初始能量獲取 208
6.2.2 馬爾可夫隨機場空間項權重係數提取 209
6.2.3 高光譜協同LiDAR數據分類實驗 213
6.3 基於數學形態學的高光譜協同熱紅外數據分類 218
6.3.1 數學形態學 218
6.3.2 基於LCP數學形態學的高光譜協同熱紅外數據分類 219
6.3.3 基於數學形態學的高光譜和熱紅外圖像的特徵提取 226
6.3.4 高光譜圖像與熱紅外數據融合分類 226
6.3.5 高光譜協同熱紅外數據實驗 227
6.4 本章小結 234

參考文獻 234
名詞索引 236