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申请/专利权人：清华大学

摘要：本申请提出了一种针对多帧图像光谱字典构建的增量学习方法，涉及遥感图像处理技术领域，包括：获取多帧光谱图像；利用第一帧光谱图像进行字典学习，获得表达第一帧光谱图像的光谱字典；通过活动率比值将表达第一帧光谱图像的光谱字典划分为普适性光谱字典和第一帧光谱图像的特异性光谱字典；利用第二帧光谱图像的特有信息与野点去除策略求解第二帧光谱图像的特异性光谱字典；使用第一帧光谱图像和第二帧光谱图像的共有信息更新普适性光谱字典；对多帧光谱图像进行迭代处理，获得由多帧光谱图像的特异性光谱字典和更新后的普适性光谱字典构成的增量字典。本申请在兼顾原有光谱图像字典表达性能的同时，有效提升了新增光谱图像的字典表达精度。

主权项：1.一种针对多帧图像光谱字典构建的增量学习方法，其特征在于，步骤S1，获取多帧光谱图像；步骤S2，在稀疏与低秩约束下，利用第一帧光谱图像进行字典学习，获得表达第一帧光谱图像的光谱字典和稀疏系数；步骤S3，使用所述表达第一帧光谱图像的光谱字典对第二帧光谱图像进行稀疏表示，得到第二帧光谱图像通过第一帧光谱图像的光谱字典表达时的稀疏系数，利用第一帧光谱图像的稀疏系数和所述第二帧光谱图像通过第一帧光谱图像的光谱字典表达时的稀疏系数，通过引入活动率比值将所述表达第一帧光谱图像的光谱字典划分为普适性光谱字典和第一帧光谱图像的特异性光谱字典；步骤S4，通过引入野点去除策略，将第二帧光谱图像的特有信息作为第二帧光谱图像的特异性光谱字典的初始值，并在稀疏与低秩约束下进行优化求解，得到第二帧光谱图像的特异性光谱字典；步骤S5，使用第一帧光谱图像和第二帧光谱图像的共有信息更新普适性光谱字典，获得由所述第一帧光谱图像的特异性光谱字典和所述第二帧光谱图像的特异性光谱字典以及更新后的普适性光谱字典构成的增量字典；步骤S6，对下一帧光谱图像进行步骤S4，对经过步骤S4处理的下一帧光谱图像和其上一帧光谱图像进行步骤S5；步骤S7，重复步骤S6，直到多帧光谱图像处理完成或者增量表达误差大于动态阈值，停止循环增量过程，获得由多帧光谱图像的特异性光谱字典和更新后的普适性光谱字典构成的增量字典；其中，所述使用所述表达第一帧光谱图像的光谱字典对第二帧光谱图像进行稀疏表示，得到第二帧光谱图像通过第一帧光谱图像的光谱字典表达时的稀疏系数，利用第一帧光谱图像的稀疏系数和所述第二帧光谱图像通过第一帧光谱图像的光谱字典表达时的稀疏系数，通过引入活动率比值将所述表达第一帧光谱图像的光谱字典划分为普适性光谱字典和第一帧光谱图像的特异性光谱字典，包括：对第一帧光谱图像的稀疏系数和第二帧光谱图像通过第一帧光谱图像的光谱字典表达时的稀疏系数逐行求取绝对值之和，求解第一帧光谱图像的稀疏系数的绝对值之和与第二帧光谱图像通过第一帧光谱图像的光谱字典表达时的稀疏系数的绝对值之和比值的最大值位置，将表达第一帧光谱图像的光谱字典中的最大值位置对应的列划分为特异性光谱字典，将表达第一帧光谱图像的光谱字典中的其余列向量划分为普适性光谱字典，其中，第一帧光谱图像的稀疏系数逐行求取绝对值之和表示为：∑j|A1j，j|其中，A1为第一帧光谱图像的稀疏系数，i为稀疏系数矩阵的第i行，j为稀疏系数矩阵的第j列，第二帧光谱图像通过第一帧光谱图像的光谱字典表达时的稀疏系数逐行求取绝对值之和表示为：∑j|A2，1i，j|其中，A2，1为第二帧光谱图像通过第一帧光谱图像的光谱字典表达时的稀疏系数，i为稀疏系数矩阵的第i行，j为稀疏系数矩阵的第j列，通过活动率比值将所述表达第一帧光谱图像的光谱字典划分为普适性光谱字典和第一帧光谱图像的特异性光谱字典表示为： Dp＝D1：，≠q其中，A1为第一帧光谱图像的稀疏系数，A2，1为第二帧光谱图像通过第一帧光谱图像的光谱字典表达时的稀疏系数，i为稀疏系数矩阵的第i行，j为稀疏系数矩阵的第j列，q为第一帧光谱图像的稀疏系数的绝对值之和与第二帧光谱图像通过第一帧光谱图像的光谱字典表达时的稀疏系数的绝对值之和比值的最大值位置，D1为表达第一帧光谱图像的光谱字典，为第一帧光谱图像的特异性光谱字典，Dp为普适性光谱字典；所述第二帧光谱图像的特有信息包括第二帧光谱图像在第一帧光谱图像的光谱字典上不能表达的光谱，所述通过引入野点去除策略，将第二帧光谱图像的特有信息作为第二帧光谱图像的特异性光谱字典的初始值，并在稀疏与低秩约束下进行优化求解，得到第二帧光谱图像的特异性光谱字典，包括：将利用野点去除策略去除野点后的第二帧光谱图像的特有信息中光谱的平均值作为特异性光谱字典的初始值，并利用第二帧光谱图像在第一帧光谱图像的光谱字典上不能表达的光谱通过求解特异性光谱字典优化函数，获得第二帧光谱图像的特异性光谱字典，其中，特异性光谱字典优化函数表示为： s.t.E2＝X2-D1A2，1其中，E2为第二帧光谱图像在第一帧光谱图像的光谱字典上不能表达的光谱，为第二帧光谱图像的特异性光谱字典，为第二帧光谱图像的特异性稀疏系数，λ1和η1为正则化参数，||||F为F范数约束，||||1为1范数约束，||||*为核范数约束，s.t.是subjectto的缩写，表示优化函数求解时应满足的条件，X2为第二帧光谱图像，D1为表达第一帧光谱图像的光谱字典，A２,1为第二帧光谱图像通过D1表达时的稀疏系数；所述使用第一帧光谱图像和第二帧光谱图像的共有信息更新普适性光谱字典，包括：利用第一帧光谱图像在第一帧光谱图像的特异性光谱字典上不能表达的光谱以及第二帧光谱图像在第一帧光谱图像的特异性光谱字典上和第二帧光谱图像的特异性光谱字典上不能表达的光谱，求解普适性光谱字典优化函数，得到更新后的普适性光谱字典，普适性光谱字典优化函数表示为： 其中，Dp为普适性光谱字典，为第一帧光谱图像的普适性稀疏系数，为第二帧光谱图像的普适性稀疏系数，||||F为F范数约束，||||1为1范数约束，||||*为核范数约束，为第一帧光谱图像在第一帧光谱图像的特异性光谱字典上不能表达的光谱，为第二帧光谱图像在第一帧光谱图像的特异性光谱字典上和第二帧光谱图像的特异性光谱字典上不能表达的光谱，λ2和η2为正则化参数。

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