Band-Wise Nonlinear Unmixing for Hyperspectral Imagery Using an Extended Multilinear Mixing Model

多线性映射 高光谱成像 非线性系统 混合(物理) 计算机科学 正规化(语言学) 最大值和最小值 算法 标量(数学) 像素 数学优化 数学 人工智能 物理 数学分析 几何学 量子力学 纯数学
作者
Bin Yang,Bin Wang
出处
期刊:IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:56 (11): 6747-6762 被引量:36
标识
DOI:10.1109/tgrs.2018.2842707
摘要

Most nonlinear mixture models and unmixing methods in the literature assume implicitly that the degrees of multiple scatterings at each band are the same. However, it is commonly against the practical situation that spectral mixing is intrinsically wavelength dependent, and the nonlinear intensity varies along with bands. In this paper, a band-wise nonlinear unmixing algorithm is proposed to circumvent this drawback. Pixel dependent probability parameters of the recent multilinear mixing model that represent different orders of nonlinear contributions are vectorized. Therefore, each band can get a scalar probability parameter which explicitly corresponds to the nonlinear intensity at that band. Before solving the extended model, abundances' sparsity and probability parameters' smoothness are exploited to build two physical constraints. After incorporating them into the objective function as regularization terms, the issue of local minima can be well alleviated to produce better solutions. Finally, alternating direction method of multipliers is applied to solve the constrained optimization problem and implement the nonlinear spectral unmixing. Experiments are further carried out with current model-based simulated data, physical-based synthetic data of virtual vegetated areas, and real hyperspectral remote sensing images, to provide a more reasonable validation for the developed model and algorithm. In comparison with state-of-the-art nonlinear unmixing methods, this method performs better in explaining the band dependent nonlinear mixing effect for improving the unmixing accuracy.

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